科學計算可視化理論及智能虛擬顯示系統(tǒng)的研究.pdf

1、科學計算可視化是在計算機圖形圖像學基礎上發(fā)展起來的一個嶄新的領域?？茖W計算可視化（Visualization in Scientific Computing,簡稱ViSC）的目的就是借助計算機的圖形圖像處理能力，將科學計算的結果用直觀的圖形或圖像輸出代替數(shù)字輸出，即實現(xiàn)將計算中涉及與產(chǎn)生的數(shù)字信息轉變?yōu)橐詧D形或圖像表示的物理現(xiàn)象后，呈現(xiàn)在研究者面前，使研究者一目了然地獲得被研究現(xiàn)象的變化規(guī)律及分布情況，從而使人們擺脫了只能對計算輸出的大

2、量數(shù)據(jù)進行抽象分析這種費時而繁瑣的過程，縮短研究周期，提高研究效率。 當前科學計算可視化的研究內(nèi)容和方向主要為：體可視化、流場可視化、可視化人機交互、科學計算可視化的數(shù)據(jù)建模、可視化基本原理的研究、復雜對象形狀的建模和復雜數(shù)據(jù)集基于模型的可視化等。在虛擬儀器或信號處理軟件中、科學計算可視化也是重要組成部分，且是重要的人機交互窗口，是虛擬儀器參數(shù)測量、光標讀數(shù)、細化觀察等的重要途徑。 本文研究了計算機圖形顯示理論、研究科學

3、計算可視化、體繪制理論及方法、二維/三維大數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)場的簡化算法及快速顯示方法等；軟件構件技術、軟件體系結構的構建模式和軟件體系結構，基于面向對象構建模式和插接式軟件體系結構，完成多模式、可擴展的顯示系統(tǒng)或顯示器構架；以及虛擬儀器或信號處理領域的科學計算可視化模式與特點如時間系列、波形圖、XY圖、直方圖、參數(shù)顯示、色譜圖、瀑布圖、地形圖以及特殊的顯示模式，如小波包分解圖等，并在插接式軟件體系結構的支持下，用戶可以增加自定義的其它顯示模式

4、和方法及人機交互方式如單光標、雙光標、參數(shù)統(tǒng)計、放大、移動、旋轉、色彩映射、切片分析等，在此基礎上研究開發(fā)了一套科學計算可視化系統(tǒng)。 本文的研究目的為研究圖形顯示原理、可視化建模和可視化人機交互理論，根據(jù)軟件工程和軟件體系結構知識，開發(fā)一種主要應用于信號處理和虛擬儀器的速度快、可擴展的實時/非實時可視化系統(tǒng)。通過對科學計算可視化理論與方法的研究和創(chuàng)新，尤其歸納、總結、提煉虛擬儀器對顯示模式、交互方式和儀器特點，研究的科學計算可視

5、化系統(tǒng)具有強大的功能和豐富的顯示模式，且用戶可以自定義顯示模式及方法，不同的模式間可以切換和自由組合顯示，特別適合測試測量儀器系統(tǒng)的各種顯示和交互。研究一種通用的科學計算可視化軟件系統(tǒng)是對虛擬儀器或測控軟件系統(tǒng)都是很有實用價值的,它也是降低虛擬儀器軟件編程難度、增加可復用性的有效途徑，具有學術價值和應用價值。 本文在儀器概念方面，提出了智能虛擬顯示器的概念；在可視化理論和算法方面,提出了一種數(shù)據(jù)重抽與三角網(wǎng)格簡化算法，加快可視化

6、顯示時間，為示波器、動態(tài)信號分析儀等實時采集、實時分析顯示提供了有效解決方案；在數(shù)據(jù)結構與軟件設計方面，提出了數(shù)據(jù)統(tǒng)一模型，使輸入的各類數(shù)據(jù)和參數(shù)都由數(shù)據(jù)倉庫管理，減小程序設計難度，且程序更易管理、修改和升級；提出了軟件適配器、區(qū)域配置和任務調(diào)度策略等方法，完成智能虛擬顯示器規(guī)劃的功能和多線程間的協(xié)調(diào)。完成基于GDI/GDI+和OPENGL的智能虛擬顯示器，為虛擬儀器、信號分析處理和科學計算等提供了簡易、獨特的顯示系統(tǒng)，并在科學計算、虛