基于特征的大规模流场可视化

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流场是科学与工程数值模拟中重要的数据场,例如大气海洋模拟、飞机与汽车数值模拟和燃烧模拟等,对流场的可视化分析是理解这些数值模拟的关键步骤。而流场可视化也一直是科学可视化的热点与难点。  对流场进行可视化有很多种方法,采用绘制流线的方式是对流场可视化的一种非常重要的方法。对大规模流场采用流线的方式进行可视化是一个相对比较复杂的问题。首先,流线种子点的选取是生成流线一个关键问题。流线的种子点放置关系到最终的流场可视化效果,种子点放置过多,绘制出的流线繁杂交错,并且含有很多并不被关心的流线,很难看清流场的内部结构;而种子点放置过少,最终结果会丢失流场的重要信息。其次,流场整体与局部的矛盾影响最终的视觉效果,整体流场的绘制结果较好时,局部细节的体现并不一定有满意的效果,反之亦然。再次,先进的种子点选取算法能够展示流场中的大部分重要信息,但不能覆盖流场的所有信息,放大了种子点放置规模流线就可能增多从而扰乱最终结果。  为解决以绘制流线的方式对流场进行可视化的复杂问题,本文研究的主要成果有:  (1)提出了一种改进的流线种子点放置方法,将流场中的临界点识别与流场区域信息熵检测相结合,在适当的位置有效的放置种子点。  (2)设计了基于图像空间的交互操作,能够很好的解决在2D流场与球面流场中整体与局部展示的问题。  (3)提出了一种流线的空间几何复杂性聚类的方法,能够从大量流线中将比较平缓的流线与比较曲折的流线分离开单独显示,从而有效的观察流场内部的复杂信息。  (4)工程方面,设计开发了一个插件,集成了多种种子点选取方法,将从流线种子点选取到流线复杂性聚类自动化,解决了流场中以试探的形式放置种子点来获取较好结果的难题。
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