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基于拓扑法的与时间相关二维矢量场可视化

作　者: 曹太林
导　师: 顾耀林
学　校: 江南大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 矢量场可视化拓扑法封闭流线迹线分离面
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

矢量场可视化是科学计算可视化的研究热点,广泛应用于计算流体力学等领域。在矢量场中,传统可视化方法仅表示某些特定点附近矢量的分布特征,而无法反映矢量场的整体结构信息。矢量拓扑结构分析法是一种提取临界点的特征可视化,能够表示整个矢量场的空间结构。本文对基于拓扑法的与时间相关二维矢量场可视化方法进行研究。首先对矢量线可视化进行研究,针对传统方法检测封闭流线时完全依赖网格的问题。本文提出基于拓扑法的封闭流线检测和可视化方法,它通过采用特征流场跟踪流线上的临界点,然后运用鞍状连接符从临界点开始,按照雅可比矩阵特征向量的方向对流面进行积分,检测到封闭流线。其次对矢量面可视化进行研究,对检测分离面时流面积分的不连续以及映射离散的问题,提出基于拓扑法的分离面检测和可视化,它通过采用图象分析的方法去检测流面与分离面的相交线,即种子曲线;然后选择种子曲线上的任一点,对其进行积分得到迹线,由所有种子点积分得到的迹线构成的面就是所要检测的分离面。实验结果表明,本文提出的封闭流线检测和可视化方法,解决依赖网格问题。该方法通过跟踪临界点,使得封闭流线在第一步就被检测到,同时可以检测到特殊时间步的封闭流线。分离面检测和可视化方法解决了流面积分不连续和映射离散问题,检测精度有所提高。因此本文提出的方法是有效的。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-16
  1.1 可视化简介  7-10
    1.1.1 可视化的概念  7-8
    1.1.2 可视化的意义  8
    1.1.3 可视化的主要特点  8-9
    1.1.4 可视化的分类  9
    1.1.5 可视化的应用  9-10
  1.2 可视化参考模型  10-14
    1.2.1 基于可视分析研究模型  11
    1.2.2 可视化过程模型  11-13
    1.2.3 基于可视可听扩展模型  13-14
  1.3 论文范围及意义  14-15
  1.4 本文的主要工作  15
  1.5 内容组织  15-16
第二章矢量场可视化方法研究  16-28
  2.1 矢量场可视化的基本流程  16
  2.2 矢量场可视化的映射技术  16-20
    2.2.1 基于几何形状的矢量场映射方法  17-18
    2.2.2 基于光学特性的矢量场映射方法  18
    2.2.3 基于颜色映射的矢量场映射方法  18-19
    2.2.4 基于纹理的矢量场映射方法  19-20
  2.3 LIC 算法  20-24
    2.3.1 LIC 算法的基本思想  20
    2.3.2 种子点的选择  20-21
    2.3.3 流线的生成  21-23
    2.3.4 卷积  23-24
  2.4 特征可视化  24-26
    2.4.1 基于拓扑结构分析法  24-26
    2.4.2 特征结构跟踪  26
    2.4.3 基于选择的特征可视化  26
  2.5 本章小结  26-28
第三章流线可视化研究  28-38
  3.1 引言  28
  3.2 流线概述  28-30
    3.2.1 流线的生成  28-30
    3.2.2 流线的合理布局  30
  3.3 基于拓扑法的封闭流线检测和可视化  30-35
    3.3.1 跟踪S 临界线的特征流场  31-33
    3.3.2 鞍状连接符的基本思想  33-34
    3.3.3 检测封闭流线的算法  34-35
  3.4 实验结果及分析  35-37
  3.5 本章小结  37-38
第四章基于拓扑法的分离面检测和可视化  38-45
  4.1 引言  38
  4.2 理论和相关工作  38-39
    4.2.1 迹线概述  38-39
    4.2.2 庞加莱映射  39
  4.3 检测分离面  39-42
    4.3.1 Sobel 算子算法检测种子曲线  40-41
    4.3.2 检测分离面的算法  41-42
  4.4 实验结果分析  42-44
  4.5 本章小结  44-45
第五章总结与展望  45-46
致谢  46-47
参考文献  47-51
攻读硕士学位期间发表的论文  51

基于拓扑法的与时间相关二维矢量场可视化

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