[发明专利]一种间隔基本均匀的三维流线放置方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于流线的流场可视化方法，特别涉及一种间隔基本均匀的三维流线放置方法，属于科学计算可视化技术领域。

背景技术

在工程和科研领域，常常需要对流场进行可视化处理，将不可见的流场模拟数据或者是测试数据，转化为可见的流场图像。在现有的流场可视化技术和方法中，流线是最为常用的方法之一，因为流线能比较直观地展现流场模式。但是，基于流线的流场可视化面临如何在流场中放置流线的问题。只有在流场的适当位置放置适当数量的流线，才能建立比较好的流场可视化效果。流线太少难以形成有效的流场模式，流线太多则容易产生视觉混乱。

为了在适当的位置放置适当数量的流线，国内外学者已经针对二维流场提出了很多流线放置方法，例如图像引导的流线放置方法(参见G.Turk and D.Banks.Image-guided streamline placement.Proc.ACM SIGGRAPH’96，1996：453-460.)、流引导的流线放置方法(参见V.Verma，D.Kao，and A.Pang.A flow-guided streamline seeding strategy.Proc.IEEE Visualization’00，2000：163-170.)、最远点流线放置策略(参见A.Mebarki，P.Alliez，and O.Devillers.Farthest point seeding for efficient placement of streamlines.Proc.IEEE Visualization’05，2005：479-486.)、邻近点流线放置策略(B.Jobard and W.Lefer.Creating evenly-spaced streamlines of arbitrary density.Proc.8th EG Workshop on Visualization in Scientific Computing，1997：45-55.)，等等。

对于三维流场，则由于三维空间的复杂性以及三维流线的遮挡问题，目前仅有少数几个三维流线放置方法，其中比较有代表性的是：

(1)Mattausch等人提出的三维流线放置方法(参见O.Mattausch，T.Theuβl，H.Hauser and E.Strategies for Interactive Exploration of 3D Flow Using Evenly-Spaced Illuminated Streamlines.Proc.Nineteenth Spring Conf.on Computer Graphics，2003：213-222.)。该方法是从二维邻近点流线放置策略扩展而来的，基本思想是：先任意放置一条初始流线，针对该流线的采样点，在其周围选择6个围绕该流线且彼此间隔距离等于某一预先设定值的点，以这些点作为新流线的候选种子点；然后从候选种子点中选择有效的种子点计算新流线，并针对新流线继续查找候选种子点；不断重复这一过程，直到不再有新流线产生为止。为了使流线分布尽可能均匀，该方法在计算新流线的时候，不断检测新流线与已有流线之间的间隔距离，确保流线之间的最小间隔不低于某一预选设定的值。该方法能够在三维空间放置间隔基本均匀的流线。然而，不足的是：该方法的计算量比较大，执行时间比较长，因为候选种子点的有效性判别以及流线的间隔控制，都需要大量计算点与点之间的距离。这种基于点距的流线间隔控制影响了该方法的性能和效率。

(2)Ye等人在二维流引导的流线放置方法基础上提出的基于种子点模板的三维流线放置方法(参见X.Ye，D.Kao and A.Pang.Strategy for Seeding3D Streaml ines.Proc.IEEE Visualization’05，2005：471-478)。该方法的基本思想是：先提取流场临界点，并依靠临界点识别流场不同区域的流动模式；然后针对不同的流动模式，采用不同的种子点模板在临界点周围放置流线；最后按照Poisson分布在空白区域放置附加的流线。该方法能够捕获流场的基本流动模式，强调流场拓扑结构特征，其实质是一种基于流场拓扑特征的流线放置方法，需要事先进行流场拓扑分析。流场拓扑分析不仅算法复杂，而且计算量也很大。因此，Ye等人的三维流线放置方法在性能和效率上不太理想。

鉴于上述现状，本发明提出了一种新的三维流场流线放置方法。该方法不依赖于流场拓扑分析，也不采用基于点距的流线间隔控制，但是能够在三维流场放置间隔基本均匀的三维流线。该方法计算量小，效率高，容易实现。

发明内容