《計算流場典型特徵描述、提取與紋理可視化方法》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由蔡勛擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：計算流場典型特徵描述、提取與紋理可視化方法
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：蔡勛
- 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目針對目前計算流場可視化領域存在的三維複雜流動特徵缺乏統一的特徵描述與提取理論方法、已有的三維流場特徵紋理可視化存在遮擋和混亂、難以滿足對複雜流動現象可視化分析需求等問題。研究基於模糊理論的三維複雜流動結構特徵模糊描述理論與方法，建立複雜流場漩渦、激波、湍流等典型特徵的統一描述理論體系；基於流動結構描述理論，研究形式語義方法，設計典型流場特徵的提取方法。結合紋理可視化特點，研究特徵驅動的稀疏紋理繪製、多解析度平流紋理繪製算法，提出適合流動結構紋理可視分析的真實感和非真實感融合光照模型；設計並實現一個基於模糊特徵描述的流場特徵高效紋理可視化軟體原型系統，驗證研究理論、方法與技術的有效性和實用性。本項目的研究成果將有力推動三維複雜流動特徵紋理可視化技術發展，為開發我國新一代計算流場可視化平台提供有效支撐，具有十分重要的理論意義和套用價值。
結題摘要
流場可視化是可視化領域研究的重要方向之一。目前已有的複雜流場特徵描述理論與提取方法仍存在通用性和擴展性較差，並且可視化繪製精度低和互動分析弱等問題。針對存在的問題，對流場特徵描述、提取、可視化及互動式可視分析進行了深入研究。取得的研究成果包括如下幾個方面：1、針對複雜流場特徵精確描述與提取困難問題，採用模糊理論對流場典型特徵區域進行了統一描述，提出了一種基於模糊理論的流場特徵區域提取算法。理論分析和實驗表明該算法在最小平方和準則下是對流場區域的最優模糊劃分，並具有良好的劃分性質。針對傳統的選單式互動方式和確定的特徵提取算法難以保證對複雜流場特徵所具有的不確定性進行有效描述問題，在此基礎上，提出了一種模糊特徵描述語言和基於該語言的互動式模糊特徵提取算法。2、針對流場紋理可視化方法面臨的遮擋問題，提出了一種基於流場特徵模糊提取的自適應稀疏紋理繪製方法。同時為提高稀疏紋理的方向感，提出了兩種冷暖光照方法。實驗表明，通過生成與流場特徵重要性成正比的LIC卷積紋理，能有效改善流場的遮擋現象。3、針對已有體可視化互動方法缺乏直觀性以及效率不高問題，提出一種直觀高效的直接體過濾互動體繪製方法。該方法適用於體可視化方法和轉換函式設計。採用基於草圖的互動界面，提供了支持RGBA 四個通道分通道直接編輯的轉換函式編輯器，支持自然直接的數據分析和編輯操作，可以根據用戶需要突出顯示所關注特徵，編輯的結果基於所見即所得模式。4、提出了GPU-pair 的圖像合成開銷模型，該模型建立了GPU 間讀寫性能差異的數學關係，為進一步減少合成通信開銷奠定了理論基礎。實驗表明，在4 個GPU 的系統上且解析度為2048x2048 的情況下，設計實現的圖像合成過程耗時僅需5ms，比傳統訊息傳遞合成方法性能提高1 倍以上。5、基於THCPVS可視化系統設計實現了特徵檢測與紋理可視化模組。系統驗證了上述主要研究成果的有效性、先進性與實用性。
