随着高性能计算的迅猛发展，科学计算已经越来越成为科学与工程研究人员除了理论与实践之外的第三只眼睛。高性能计算产生大规模的科学数据，如何分析、可视大规模科学数据给可视化研究提出了新的挑战。同时，Internet的发展使得基于Web的可视化方法成为研究热点。 矢量场在科学计算和工程分析中扮演着非常重要的角色，描述了许多非常重要而且常见的物理现象，可视化方法是理解矢量场运动变化规律的有力工具。本文紧密结合实际应用问题，针对大规模数据、互连网等带来的挑战，进行了矢量场可视化算法研究与系统设计，主要工作和创新如下： 1)提出了流线纹理合成(STS) 新算法。STS将1D方向纹理映射到流线，利用流线纹理合成2D矢量场的可视化图象，通过宽度流线绘制加快合成。STS计算速度明显快于基于纹理的LIC等算法，且很容易生成矢量场动画，并能实现3D曲面流的可视化。 2)提出了多粒度LIC纹理和图象混合技术，它们能很好地同时表示矢量的大小和方向，从而克服了LIC纹理方法只能表示矢量方向而不能表示矢量大小的缺点。 3)采用Intel(?) PentiumⅢ(Pentium 4)处理器的流SIMD扩展(SSE)，首次实现了3D曲线网格流线计算的指令级并行，与传统算法相比，向量类库编码实现的SSE算法将性能提高了55％左右，嵌入汇编实现提高了75％左右。 4)针对大规模非结构网格，提出了两种基于PC的流线可视化方法：内存映像文件方法(MMFM)和多线程out-of-core方法(MTOM)。方法MMFM将大规模数据文件映像成虚拟RAM，利用空间分块组织数据，减少缺页请求；方法MTOM利用多线程技术实现out-of-core流线构造，重叠I/O与计算，适合并行处理。测试结果表明，两种方法都可利用较少内存进行大规模非结构网格的流线可视化，性能良好。 5)在可视化数据流模型中引入误差处理，对3D流场的数值粒子跟踪计算进行了误差分析。针对显式Runge-Kutta法的粒子跟踪，采用Richardson外推、改变单步误差容限重复积分等方法对误差作出了估计，并实现了误差的可视化。 6)基于VTK进行可视化原型系统设计，实现了CFD、高速碰撞等仿真数据集的可视化。 7)研究了基于Web的可视化的参考模型，设计了两种可视化Web服务器的原型架构：VRML可视化服务器和基于CORBA的可视化服务器。