基于新型動態(tài)圖元的流場可視化技術(shù)研究.pdf

1、三維矢量場的可視化是一個富有挑戰(zhàn)的領(lǐng)域，尤其是在計算流體力學(xué)（Computational Fluid Dynamics, CFD）領(lǐng)域方面。可視化效果的好壞直接影響人們分析數(shù)據(jù)和洞察數(shù)據(jù)背后所隱藏的信息。直觀有效的可視化方法能夠使研究人員比較容易的理解和判斷矢量場數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，進而做出正確的決定。因此，矢量場可視化具有較大的研究意義和良好的實用背景。
　　本文深入研究了流線和圖元表示三維流場的可視化方法，針對流線和圖元可視化流場

2、中存在的一些問題，設(shè)計了一種新的多向性圖元和提出了產(chǎn)生圖元流動效果的動態(tài)圖元方法來可視化三維流場。本文主要工作和取得的研究成果如下：
　　1.針對左右對稱且上下對稱的圖元不能表達流場的方向性的問題，提出了一種新的非完美對稱性圖元。針對圖元表示流場中多維數(shù)據(jù)的問題，提出了一種多向性圖元。實驗結(jié)果表明，非完美對稱性圖元在可視化流場要比像圓面、棱形、矩形等一些不僅左右對稱而且上下對稱的圖元表達效果更佳。多向性圖元在表示速度矢量數(shù)據(jù)時能夠

3、更加準(zhǔn)確地表示速度矢量的各個分量大小，表示細節(jié)信息更加清晰，可視化效果得到較大提升。
　　2.針對流場中直觀有效地表示流場數(shù)據(jù)流動的問題，提出了自適應(yīng)追蹤的動態(tài)圖元可視化算法。該方法是一種有效地可視化三維矢量場復(fù)雜結(jié)構(gòu)的方法，既能解決點圖標(biāo)無法揭示出三維矢量場數(shù)據(jù)的內(nèi)在連續(xù)性問題，又能避免流線中種子點選取不佳而遺漏矢量場的重要特征和細節(jié)，以及流線的過于繁多而引起的視覺混亂的現(xiàn)象。實驗結(jié)果表明，通過這種方法既能觀察矢量場局部的細節(jié)信

4、息，又能觀察到整個矢量場的全局結(jié)構(gòu)。
　　3.本文實現(xiàn)了動態(tài)圖元算法可視化軟件模塊，并采用三角翼、海棠臺風(fēng)、洛倫茲力吸引子和血液等多批數(shù)據(jù)進行了實驗，取得了良好的實驗效果。實驗結(jié)果表明，此動態(tài)圖元軟件模塊能夠有效地表示流場中粒子動畫的效果，并且能夠?qū)崿F(xiàn)GB級數(shù)據(jù)的實時動畫效果。
　　綜上所述，本文設(shè)計了一種非完美對稱性圖元和一種多向性圖元，實現(xiàn)了自適應(yīng)追蹤的動態(tài)圖元可視化算法，并把動態(tài)圖元模塊集成到TH-CPVS軟件中。實驗