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基于特征的时变流体可视化研究

梅健强  
【摘要】:可视化起源于科学计算领域,其目的是利用计算机图形学及图像处理方法将数据转换为图像并进行交互处理。近年来,可视化技术已经逐渐在计算机辅助设计,医疗分析和信息处理等众多领域得到了广泛应用。 本文的主要研究内容为基于特征的可视化,主要研究对象为来自流体力学和空气动力学的各种流体,主要研究目的是在特征分析的基础上,寻找一个合适的途径来分析时变特征的行为,并研究如何利用可视化工具来协助科学家更好地理解数据本身的内在属性,进而更好的改进实验和仿真,力求以最小的实际代价换取期望的实际效果。 本文首先对可视化技术的起源、发展、现状和应用进行了简要综述,并在讨论各种数据网格结构的基础上,侧重介绍了当前在可视化领域中发展较快、应用较为广泛的时变体数据;随后,文章又对基于特征的流体可视化技术展开了分析和比较,并针对时变流体体数据提出了基于透明度阈值的特征提取、基于预测与校正的特征跟踪以及流体特征事件的检测,该方法允许用户从复杂的环境中选取感兴趣的区域,并实现对其时域的跟踪;同时,文章又对时变特征的后处理进行了着重研究,包括特征的存储、管理以及其时变信息的淡入效果渲染等,达到了用图像呈现体数据内部特征变化规律的目的;最后,本文还提出了一种基于用户选定的度量尺度对特征进行过滤,比较,提取和跟踪的方法,该方法提供了多种可供选择的度量尺度对特征之间的相似性进行衡量,实现了流体数据内部特征之间相似性的比较。 实验结果表明,通过本文提出的特征提取与跟踪、时变信息的绘制和相似性的度量等方法,可以在节省空间和时间的基础上,有针对性的对时变流体体数据内部的时变信息进行更全面深入的认识和探索。通过综合考虑特征之间的相似性,本文方法可以详尽的传递流体内部的时变模式信息,为用户更为深入的理解流体内部的变化规律奠定基础。


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