[发明专利]基于旋转因子的曲面流场涡特征提取方法

说明书

技术领域

本发明涉及曲面流场涡特征提取方法，尤其是基于旋转因子的曲面流场涡特征提取方法。

背景技术

随着高性能计算机性能的飞速提升，科学计算产生的数据规模越来越大（TB-PB级）。面对如此海量数据，特征提取技术发挥了重要作用，该技术能够帮助研究人员迅速定位与提取数据场中的重要特征，剔除大量的冗余信息，准确保留数据的重要信息，使得用较小的存贮空间保存大规模数据的重要特征。

涡是流场中的重要物理特征，目前涡可视特征的主要提取方法有λ₂方法、Q-标准、M_z-标准、基于信息熵的特征提取等。这些方法不能够准确提取流场中的全部特征，容易出现错误提取的现象；同时，λ₂方法、Q-标准、M_z-标准等方法只适用于2维平面数据和3维体数据，对曲面数据无法进行特征提取；基于信息熵的特征提取适用于曲面特征提取但是存在严重的误检，这主要是因为该方法不能有效区分涡核区域和鞍点区域。

涡特征的定义最早于1972年提出，涡是指大量物质点围绕一个公共中心点的旋转运动状态。因此，涡特征包含涡核点和涡区两个方面，其中这一公共的中心点为涡核点，大量粒子所占的空间为涡区。在通常情况下，涡核点为流场中的临界点，其中临界点是指流场中速度为零的数据点，但并不是所有的临界点都是涡核点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对曲面流场提出一种基于旋转因子的曲面流场涡特征提取方法，解决三角网格曲面流场涡特征的准确提取问题。

本发明具体的技术方案是：首先，通过顶点矢量数据的大小检测出矢量场中所有的临界点；然后，根据临界点周围圆环的旋转系数确定临界点中哪些为涡核点；最后，通过涡核点周围非临界顶点的旋转系数来确定涡区的范围。确定了流场中涡核点和涡区的范围也就完成了涡特征的提取。

具体的技术方案是：

第一步：由曲面顶点数据vertexList[M][6]、网格数据faceList[N][3]，得到各个顶点的邻接面片索引vertexNeighberList[M]。其中vertexList[M][6]和faceList[N][3]为代表曲面流场的两个数组。vertexList[M][6]为曲面流场的顶点数据，M为曲面流场中的顶点数目，每一个顶点对应的6个浮点数分别为该顶点的三维坐标值和流场矢量的三个分量；faceList[N][3]为面片数据，N为曲面流场中的面片数目，每个面片对应3个整数，这三个整数为三角形面片三个顶点在vertexList[M][6]数组中的顶点编号；邻接面片索引数组vertexNeighberList[M]存储每个顶点的邻接面片链表（顶点的邻接面片是指以该点作为面片顶点的所有面片）的首指针，每个链表存储顶点的相邻面片，邻接面片链表的元素为描述面片信息的结构，其中包括面片号、链表中下一元素指针。获得vertexNeighberList[M]主要是为了方便以后的计算，如法向量计算等方面。得到各个顶点的邻接面片索引vertexNeighberList[M]的具体方法是：

1.1：初始化邻接面片索引数组vertexNeighberList[M]，将其元素均赋值为NULL。

1.2：初始化面片序号循环变量i₁等于0。

1.3：序号为i₁的面片是其顶点faceList[i₁][0],faceList[i₁][1],faceList[i₁][2]的邻接面片，因此，需要将序号为i₁的面片作为上述三个顶点的邻接面片分别插入到各自的邻接面片链表中。具体步骤为：对上述三个顶点的邻接面片链表分别进行遍历，如果三个顶点中任意一个顶点的邻接面片链表中有元素的面片号为i₁，则转到1.4步；如果不存在面片号为i₁的元素，则将序号为i₁的面片作为链表的最后一项插入到链表vertexNeighberList[faceList[i₁][x]]中，其中x为0、1或2，然后执行1.4步。

1.4：i₁增加1。

1.5：若i₁小于N则转到1.3步，否则执行第二步。