基于OpenGL的科学计算可视化方法研究与应用

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科学计算可视化技术广泛应用于科学研究、工程技术等领域,是一门有着广泛发展前景的技术。通过科学计算可视化技术,人们能够发现数据中潜在的特征及规律,从而更好地完成科学研究、设计优化等工作。深入研究科学计算可视化技术,对拓展其在数据处理、分析领域的应用有着重要的意义。本文在对现有的科学计算可视化技术总结的基础上,着重于标量场数据可视化技术与矢量场数据可视化技术研究与应用。本文首先对科学计算可视化技术中使用的基本网格数据结构和数据预处理使用的插值算法作了分析。之后,介绍了标量场与矢量场数据可视化算法的实现及应用。在标量场可视化技术方面,本文对一维序列数据可视化,二、三维空间的标量数据的等值线算法及基于OpenGL图元的等值线快速填充方法、基于像素的填充方法的实现进行了详细地说明。在矢量场可视化技术方面,本文主要针对其中的两个研究方向——基于几何图形与基于纹理的矢量场可视化技术进行了研究。实现了矢量场数据的箭标图法和基于三角形、四边形网格的二维平面的彩色流线绘制,以及基于四面体网格的三维空间的彩色流线、流面及粒子追踪算法。另外,本文从多个角度对基于纹理的LIC算法进行了改进。新的方法在图像质量、生成速度等方面上有了很大提高,并且通过纹理动画增强了矢量场纹理图像的表现力。在本文的最后,从实际应用角度,介绍了可视化系统的框架、交互功能等方面的具体实现。经过实际应用,可视化系统的数据可视化结果准确,能够满足用户的需求。其中的一些科学计算可视化算法封装后,已经应用于有限元分析系统,并取得了满意的效果。
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