科学计算可视化是利用计算机图形图像处理技术,将数据转换成图形或者图像,并在屏幕上显示出来的理论和技术。矢量场可视化是科学计算可视化研究的一个重要课题,在天气预报、流体力学、航空航天、涡轮机设计等方面都有所应用。在气象领域,对矢量场数据进行可视化,研究气象规律,从而可以预防灾害,减少人员伤亡和财产损失。本文系统地介绍了在对气象矢量场数据进行可视化时运用到各种技术,重点研究了流线可视化和纹理可视化。针对流线可视化方法,主要考虑如何选择流线的种子点以及如何对流线附上颜色这两个问题,并以此展开研究。对如何选择流线种子点,采用Sobol序列确定种子点位置,可以得到分布比较均匀的流线。为展示更多的矢量场数据信息,故对流线附上颜色。针对基于纹理的矢量场可视化方法,主要考虑线积分卷积后的灰度纹理如何与矢量场数据映射后颜色值融合的问题,改进可视化流程,并对可视化效果进行了分析。本文的主要创新点和完成的主要工作如下:(1)针对如何在流线上显示矢量场场强信息,提出了根据矢量场场强分布特征自适应选择映射方式的流线着色方法。首先对输入矢量场场强大小数据进行偏度系数计算,再与设定的阈值进行比较,以确定颜色映射方式。最后在生成流线的同时对其进行着色,使得流线上的颜色能够更准确地表达矢量场场强信息。(2)针对如何通过纹理显示矢量场方向信息,提出了结合图例的LIC颜色增强算法。分别对两次线积分卷积后的灰度纹理和矢量场数据映射到HSV颜色空间后的颜色值增强,再进行融合得到彩色纹理。最后配合图例展示可视化结果,从而解决在纹理图中矢量方向二义性问题。(3)对矢量场数据采用一种静态的可视化方式,包括点图标法和聚类法。采用SOM聚类方法对矢量场数据在矢量方向上进行聚类。在进行颜色映射时,增加与获胜神经元的相似度,使得每一类内部颜色存在明暗变化,从而更好地表达矢量场方向信息。(4)对矢量场数据采用一种动态的可视化方式,包括二三维粒子对流和动态纹理噪声法。动态噪声纹理法在每一帧绘制时,沿矢量方向对噪声进行融合更新,同时叠加颜色映射,以一种微粒运动的方式,将矢量纹理、矢量方向、矢量大小动态表达出来。最后,基于已经实现的算法构建了一个可视化插件,集成到三维平台上,以展示最后的实验结果。