摘要：针对传统三维矢量场纹理映射方法中矢量场方向信息表现不明确的问题,在经典冷暖光照模型基础上,提出了基于冷暖源的渐变光照模型和基于噪声中心的冷暖光照模型.首先应用Halton序列和Gauss滤波生成稀疏噪声,然后引入冷暖源、距离因子等概念,分别通过距离因子控制和基于纹理片元噪声变化的规律,实现了由纹理冷暖色温的变化来清晰地反映矢量场方向信息.实验结果表明,文中提出的2种光照模型均能够通过冷暖色温的变化清晰地从整体和局部两个方面反映出矢量场方向信息,有效地提高了可视化的表现效果.

摘要：分析了流场特征,提出一种基于BP神经网络的可选择智能流场特征提取方法,由用户选择关注特征区域并将该区域作为输入样本进行训练,利用训练后的神经网络对新数据进行识别预处理,抽取出用户关注的特征区域;提出一种基于"鱼眼视图"技术的多分辨率流场特征绘制方法,将原始数据场采用层次细节二叉树表示,以减少绘制数据量.基于上述方法,设计并实现了一个原型系统,对用户关注区域进行详细信息显示,同时保持了整个数据场的概貌,实现了具有良好交互性的可选择流场特征可视化.

摘要：由于视线方向上的网格单元前后相互影响,导致3D流场可视化面临遮挡和混乱问题,为此提出一种基于流场特征的多分辨率绘制方法.首先利用基于GPU的BP网络流场特征提取方法对流场典型特征或用户关注的新特征进行选取、训练和识别;在此基础上,利用Voronoi图技术对特征数据构造特征树;最后基于鱼眼视图多分辨率技术进行绘制.对绘制和性能进行测试的实验结果表明,该方法能有效地提取流场特征,降低遮挡和混乱对可视化效果影响.

摘要：引入模糊理论对流场特征的描述,提出了一种流场特征区域描述与提取算法.通过采用模糊理论对流场特征区域进行描述,从基本属性Φ、衍生属性?、关联属性Π这3个层次建立了测度规则,然后对各规则分析建立了相应的特征向量,并基于特征向量偏差给出了模糊测度隶属度的确定方法.理论分析表明,该描述与提取算法在最小平方和准则下是对流场区域的最优模糊划分,并具有良好的划分性质.实验结果表明,与传统的提取方法相比,该方法能够更准确地提取各种流场的典型特征区域,既可以有效地支持流场特征强度变化的定量分析,又易于设计转换函数,从而有效地解决3D流场可视化存在的遮挡和混淆问题.

摘要：特征可视化能揭示流场的拓扑结构,是流场可视化的重要手段之一.传统特征可视化侧重于描述流场中各临界点间的拓扑关系,而较少重视各特征的区域范围.作为特征的重要属性,合理定义描述特征的有效影响范围,对于研究流场特征性质及其变化非常重要.为此,分析了平面流场拓扑特征,定义了流场典型特征的有效区域范围,提出了一种描述流场性质及变化的新方法——拓扑Voronoi图.该方法借鉴了传统Voronoi图区域分割的思想,针对流场矢量性特点引入了流线距离概念.然后在此基础上,与临界点方法相结合,量化给出了流场内各临界点的特征区域范围.设计了有效的拓扑Voronoi图生成算法.实验数据与合成数据测试表明:该方法能有效描述流场特征结构,对分析流场性质变化具有重要的意义.

摘要：传统的基于拓扑分析方法的特征可视化系统的扩展性、通用性和交互性较差。本文分析了流场的特征,在此基础上提出了一种基于BP神经网络的可选择智能流场特征提取方法,设计了一种三层BP神经网络结构,用户可以对感兴趣的新特征进行选取并进行训练和提取,而无须修改程序。该方法利用神经网络较强的非线性映射能力,提高了系统的扩展性、通用性和交互性。基于上述方法,设计并实现了一个流场可视化原型系统。实验表明,该方法对流场任意特征具有高识别率和较低的误警率、漏报率。

摘要：在计算流体力学领域,对复杂流场进行数值模拟时常用非结构化网格划分空间,并广泛采用迎风型有限体积法求解流场。该方法将数值解存储在非结构化网格单元(控制体)中心,产生格心数据,并假设物理量在相邻单元邻接面上形成"间断"。然而,在可视化此类数据时,目前的重构方法破坏了间断约束,导致"流间断"信息丢失,严重制约了绘制质量。为此,在多遍光线投射算法框架下,设计了基于双控制体的采样点间断态重构方法,确保了邻接面上产生间断的流场值,使重构结果如实反映数值计算结果;并针对该重构过程,设计了基于间断片段的图像合成方案,将数值解中的"流间断"信息传递给绘制数据。实验表明,方法能显著提高绘制质量,清晰准确地显示流场内部特征。

摘要：3D非结构化网格格心格式数据是近年流场数值模拟结果的常见形式,目前的可视化方法无法直接绘制此类数据,通常采用外推技术将其转换为格点格式数据后再进行绘制,导致数据精度损失,严重影响绘制质量.在多遍光线投射算法框架下,设计一种非结构化网格格心格式数据直接采样计算方法(避免外推),使采样过程中的所有计算任务基于原始数据完成,以提高采样计算精度.具体为:设计了基于胞心值和单元梯度的采样点流场数据重构方法;采用基于面通量的格林公式计算单元梯度;考虑流场中物理量的相互关联,首次在流场可视化中引入Roe平均方法,用相邻单元胞心值构造面通量.分析和实验表明,该方法能明显提高采样计算精度,产生高质量的体绘制图像,使用户更准确地洞察和分析流场特性.

摘要：光照在提高体绘制质量方面发挥重要作用,而梯度计算是实现体光照的关键。与结构化网格相比,非结构化网格拓扑关系复杂,使得顶点梯度估计困难,采样点梯度计算复杂度高,且不易采用GPU加速,阻碍了算法的实时性。因此,绝大多数非结构化网格体绘制尚未添加体光照。本文提出一种高精度的非结构化网格顶点梯度计算方法:先采用格林公式估计单元梯度,再通过体积加权外推和反转距离外推获得顶点梯度。同时,提出一种基于单元散度的高效采样点梯度计算方法,与目前的全线性插值方法相比,明显降低了计算开销。此外,精心设计了GPU数据结构,实现了基于GPU的实时采样点梯度与光照计算,对较大规模数据,绘制性能可满足实时交互。

摘要：分布交互式视景是飞行模拟系统中的重要组成部分,是实现多机单通道(多通道)联网编队飞行的基础。提出了一种基于Mantis的分布交互式视景仿真系统,对视景系统的视景数据库、视景控制程序及网络结构进行了总体设计,构建了一个具有基本仿真功能,并且相对通用的分布式可视化实时视景仿真系统。并对多通道视景的同步、模拟器之间的时空一致性和三维模型简化等关键技术进行了研究与实现。该系统已经应用于实践,实现了直升机模拟器之间在同一环境下的联网飞行,并且取得了预期的视觉效果。