《爆炸流場特徵提取及其可視化軟體開發》是依託北京理工大學，由張文耀擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：爆炸流場特徵提取及其可視化軟體開發
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：張文耀
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
流場特徵提取是分析大規模流場數據的需要，也是流場可視化技術發展的重要方向。本項目以爆炸流場為研究對象，研究高效可靠的爆炸流場特徵提取算法，跟蹤特徵變化過程，分析特徵的時空變化模式，檢測特徵事件，並對特徵以及特徵的變化過程進行可視化處理；在此基礎上，開發相應的軟體工具和分析程式，幫助物理學家分析爆炸流場數據，洞察爆炸現象的內在規律。為了提高分析效率，本項目將採用特徵預測技術，把靜態特徵提取與動態特徵跟蹤結合起來，減少特徵搜尋空間，降低計算量；同時採用並行機制對相關算法進行最佳化設計，利用多核多處理器計算資源，提高軟體系統的實時性和互動性。最後，選擇典型的爆炸力學問題，結合物理實驗和數值模擬結果，對所設計的算法和軟體系統，進行測試與驗證。
結題摘要
流場特徵提取是分析大規模流場數據的需要，也是流場可視化技術發展的一個重要方向。本項目以爆炸流場數據分析及其可視化需求為背景，開展流場特徵提取及其可視化方法研究，並在此基礎上開發實用的可視化軟體和系統。圍繞這些內容，本項目完成了如下研究工作並取得了相應的研究成果：（1）在流場特徵提取方面，研究了二維流場和三維流場的拓撲分析方法，提出了基於虛擬邊界的平面流場拓撲分析方法、基於虛擬邊界的極限流線提取方法。（2）在流場及其特徵可視化方面，提出了一種由流場拓撲驅動的平面流場流線放置方法、一種基於雙重控制格線的二維流場流線放置方法、一種間隔基本均勻的三維流場流線放置方法；藉助這些方法，實現了爆炸流場及其拓撲特徵的可視化。（3）針對二維流場紋理合成，提出了基於HSV顏色模型的二維流場可視化方法，可以同時可視化流速大小和方向，並將其套用二維爆炸場的可視化處理。（4）研究了基於流線的多解析度流場可視化，提出了適用於二維流場和三維流場的多解析度分析方法。（5）為了加速大規模流場的可視化處理，研究了基於流線的二維流場並行可視化問題，提出了一種無數據共享衝突的並行流線放置方法，實現了多核多處理器平台上的並行流線放置，填補了這方面的技術空白。（6）針對三維爆炸場體繪製過程計算量大耗時長的問題，研究並實現了三維爆炸場的快速可視化，通過加速處理提高了三維爆炸場可視化的實時性和互動性。（7）在分析爆炸衝擊波物理屬性的基礎上，結合三維數據場的體繪製過程，提出了一種基於壓力梯度值的衝擊波特徵檢測與可視化方法；藉助該方法可以清晰揭示三維衝擊波的形成發展過程。（8）開發了三個特徵提取和可視化方面的工具軟體，分別是：二維流場特徵提取及可視化系統、基於流線的二維流場並行可視化軟體、互動式二維流場流線編輯工具軟體。基於上述研究工作，申請國家發明專利5項，其中1項已經獲得授權；申報並獲得計算機軟體著作權登記3項；發表學術論文13篇，其中可視化領域頂級國際期刊IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics論文1篇（SCI、EI檢索），EI檢索國內期刊論文7篇，EI檢索國際會議論文5篇。此外，在本項目的支持下，培養博士研究生1名，碩士研究生4名。
