基于物理特征的海洋流场可视化技术研究

论文摘要

科学计算可视化是发达国家二十世纪八十年代后期提出并发展起来的一门新兴技术。它将科学计算过程中及计算结果的数据转换为几何图形及图像信息在屏幕上显示出来并进行交互处理,成为发现和理解科学计算过程中各种现象的有力工具。矢量场可视化是可视化技术中最具挑战性的研究领域之一。矢量场可视化技术是运用图形学的理论与方法将数据场庞大的数据集中所隐含的信息用图形符号及颜色等表示出来,以帮助研究者们去探索矢量场中无法用传统的方法得知的复杂物理规律。它已成为科学研究、工程计算中不可缺少的重要手段,在许多领域有着广阔的应用前景。矢量场可视化有多种方法,虽然形式和适用范围不同,但大致可以分为点、线、面、基于拓扑的、基于纹理的等几类。其中以场线显示为代表的线表示方式能够很好地揭示流场的走向,是实现流带、流管、流面等表示方法的基础。因此,对这种方法的研究是一个热点。本文研究了科学计算可视化的产生及发展情况,简要描述了矢量场可视化的方法步骤及各种映射方法。并对基于流线的可视化技术作了深入研究,重点研究了流线可视化中种子点布局问题。针对目前矢量场全局可视化多用拓扑分析技术的情况,本文提出了基于物理特征的可视化方法。通过计算,我们可以获取一定阈值内的特征区域,在这些区域内布置种子点,所得到的流线便能体现出该区域的流动特征。文中采用这种方法就具体海洋数据加以实现,取得了很好的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 0 引言
• 0.1 课题的提出
• 0.2 论文的结构
• 0.3 论文的创新点
• 1 科学计算可视化概述
• 1.1 科学计算可视化的提出
• 1.2 科学计算可视化的研究内容
• 1.3 科学计算可视化的应用
• 1.4 矢量场可视化的提出
• 1.5 科学计算可视化的发展方向
• 2 矢量场可视化技术分析
• 2.1 矢量场可视化过程
• 2.2 矢量场可视化的数据处理
• 2.3 流场可视化的映射方法
• 2.3.1 直接可视化
• 2.3.2 几何可视化
• 2.3.3 纹理可视化
• 2.3.4 特征可视化
• 3 基于流线技术的流场可视化研究
• 3.1 LIC 算法
• 3.1.1 LIC 算法的提出
• 3.1.2 LIC 算法的具体描述
• 3.2 矢量场拓扑结构分析法
• 3.2.1 临界点的定位
• 3.2.2 临界点的分类
• 3.2.3 积分曲线的绘制
• 3.3 局部流线的构造技术
• 3.4 流线布局及密度控制
• 3.5 流线表现能力的增强
• 3.6 广义的流线技术
• 4 基于物理特征的海洋流场可视化技术
• 4.1 离散二维矢量场中旋度和散度的概念及计算方法
• 4.1.1 旋度的概念及计算方法
• 4.1.2 散度的概念及计算方法
• 4.2 基于物理特征的流场可视化技术分析
• 4.2.1 数据处理
• 4.2.2 旋度和散度等的具体计算
• 4.2.3 种子点的布局
• 4.3 实验效果分析
• 5 总结及展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文