三维流场流线放置方法研究

论文摘要

流场可视化是科学计算可视化的研究热点之一。在各种流场可视化技术中,流线是一种使用较为广泛采用的技术。目前,大部分基于流线的流场可视化技术都是针对二维流场的。对于三维流场的流线放置问题,虽然也提出了不少方法,但是仍然没有一个较为理想的解决方案。本文针对三维流场的流线放置问题,在分析国内外研究现状的基础上,探讨了基于特征的三维流线放置方法以及不依赖于流场特征的三维流线放置方法,并尝试了基于区域分割的三维并行流线放置。围绕这些内容,本文完成了以下几方面的工作:(1)基于国内外研究现状,分析了流场拓扑特征以及旋涡特征的提取方法。(2)结合流场特征信息,给出了一种在流场特征指导下的三维流线放置方法。该方法先提取三维流场的临界点,然后在一个控制网格的控制下,采用不同的种子点模版在不同的临界点附近放置初始流线,最后基于一致分布的思想在流场空白区域放置其他流线。(3)提出了一种基于一致分布的三维流场流线放置方法。该方法是对已有二维流线放置方法的扩展,其特点是算法简单、计算量小。在未知流场结构特征的情况下,该方法通过构造一个控制网格,实现了流线种子点的自适应选择,以及流线密度的自适应控制,能够产生尽可能均匀分布的流线。(4)针对三维流线计算量大响应速度慢的问题,给出了一种并行处理策略,实现了三维流场流线的并行放置。(5)开发了一个三维流场流线放置工具软件,实现了本文的三维流场流线放置方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 科学计算可视化简介
• 1.2 流场可视化
• 1.3 常用流线放置方法
• 1.4 本文研究内容和主要工作
• 1.5 本文内容安排
• 第2章 三维流场特征提取
• 2.1 临界点检测
• 2.2 临界点分类
• 2.2.1 二维临界点分类
• 2.2.2 三维临界点分类
• 2.3 旋涡检测
• 2.3.1 物理检测法
• 2.3.2 几何方法
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于特征的三维流线放置
• 3.1 基本过程
• 3.2 种子点模版的设计
• 3.2.1 临界点查找
• 3.2.2 模版设计原理
• 3.3 空余区域的填充
• 3.4 实验测试结果
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于一致分布的三维流线放置方法
• 4.1 基本思想
• 4.2 一致分布的基本过程
• 4.2.1 控制网格的构造
• 4.2.2 种子点的计算
• 4.2.3 流线积分过程
• 4.3 实验测试结果
• 4.3.1 与基于特征的方法进行对比
• 4.3.2 与其他方法进行对比
• 4.4 本章小结
• 第5章 三维流线放置过程的并行处理
• 5.1 并行的目的
• 5.2 并行处理技术和方法
• 5.3 并行测试结果
• 5.4 本章小结
• 第6章 三维流线放置软件的设计与实现
• 6.1 需求分析
• 6.2 系统设计
• 6.3 系统流程
• 6.4 系统展示
• 6.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单
• 致谢