基于Virtools的数据可视化及加速绘制方法的研究

论文摘要

虚拟现实可视化技术可以在仿真过程中将科学数据,包括测量数据、图像以及计算得到的多物理场数据等以直观的图形图像信息提供给研究者,在工程中有广泛的应用。然而随着模型复杂程度的增加,虚拟现实中可视化显示效率不断降低。基于此,本文对大模型数据的加速绘制方法进行了研究,开发了基于Virtools的数据可视化系统。首先,本文介绍了虚拟现实可视化技术与多层次细节(LOD)算法的发展及其应用,根据虚拟场景可视化的一般流程,详细地设计了可视化系统的总体结构与功能。然后,本文研究了可视化显示功能的模型显示、结果显示、叠加显示、多窗口显示及剖面显示的实现方法。针对剖面显示,设计并实现了一种基于约束边界的快速Delaunay三角化算法,有效地提高了剖面生成速度。提高虚拟场景中显示效率是可视化的关键。针对可视化加速绘制,本文提出了一种带物理属性的边折叠三角形网格简化算法,实现了模型的简化。该算法计算折叠代价时以模型边曲率和边上物理属性的增量以及三角形正则度作为权因子,边上物理属性的增量使简化后的模型很好地保留了原模型的物理属性特征,而添加三角形正则度优化了简化后模型三角形的形态。同时引入折叠效应计算和折叠边合法性检查,保证了边折叠过程中的拓扑正确性,并结合多项选择技术处理候选折叠边提高了折叠简化的计算速度。在此基础上,研制了基于Virtools的数据可视化系统,该系统可以实现在虚拟现实环境中显示物体运动过程中典型工况下关键时刻的应力、应变等多物理场数据的分布情况。通过实例验证和对比分析,证明了基于物理属性简化算法的有效性、正确性。最后,对全文工作进行了总结。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 虚拟现实技术简介
• 1.2 问题的提出
• 1.3 国内外现状
• 1.4 课题的目的与意义
• 1.5 本文的主要研究内容与组织结构
• 2 虚拟试验数据可视化系统设计
• 2.1 虚拟场景可视化的一般流程与开发平台
• 2.2 系统总体结构及各功能模块设计
• 2.3 数据结构设计
• 2.4 本章小结
• 3 基于Virtools 可视化的实现
• 3.1 模型显示
• 3.2 多物理场数据显示
• 3.3 数据叠加显示
• 3.4 多窗口显示
• 3.5 剖面显示
• 3.6 本章小结
• 4 基于物理属性的加速绘制方法
• 4.1 LOD 算法
• 4.2 基于物理属性的LOD 算法
• 4.3 算法分析
• 4.4 本章小结
• 5 可视化系统应用
• 5.1 可视化应用
• 5.2 LOD 应用
• 5.3 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录