[发明专利]一种增强特征的二维流场方向性稀疏纹理合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种流场纹理合成方法，特别涉及一种能够展示流场方向并增强流场特征的二维流场稀疏纹理合成方法，属于流场可视化技术领域。

背景技术

在流场可视化领域，线积分卷积（LIC，Line Integral Convolution）是一种合成流场纹理的基本方法。该方法将输入流场与随机白噪声纹理进行卷积操作，得到一个反映流场模式的纹理图像，从而实现流场的可视化（B.Cabral,C.Leedom.Imaging vector fields using line integral convolution.In Proc.SIGGRAPH’93,1993,pp.263-270.）。LIC方法输出的纹理是密集纹理（dense texture），可以反应流场模式，但是并不包含确切的流场方向信息，不能区分正向流和反向流。为此，Wegenkittl等人提出了OLIC（Oriented LIC）方法，采用斜坡类型的卷积核，将输入流场与稀疏白噪声纹理进行卷积操作，得到了能够反映流场方向信息的纹理图像（R.Wegenkittl,E.W.Purgathofer.Animating flow fields:rendering of oriented line integral convolution.In Proc.Computer Animation’93,1997,pp.15-21.）。通过OLIC方法得到的流场纹理，实际上是由大量小细流（streamlet）组成的稀疏纹理。每个streamlet都可以看作是一个小墨滴（droplet）沿一小段流线（steamline）流动的痕迹。由于沿着流的方向，streamlet的光亮度逐渐增加，因此OLIC能够消除LIC在表现流场方向信息时的二义性。为了提高OLIC的效率，Wegenkittl等人进一步提出了快速绘制OLIC（FROLIC，Fast Rendering OLIC）方法（R.Wegenkittl and E.Fast Oriented Line Integral Convolution for vector field visualization via the Internet.In Proc.IEEE Visualization’97,1997,pp.309-316.）。

OLIC和FROLIC方法的可视化效果取决于所要求的稀疏输入纹理。稀疏输入纹理可以看作是droplet的集合。droplet的分布将决定最终输出的可视化图像。为了避免遗漏流场重要特征，droplet通常是密集分布的。然而，如果droplet太密集的话，会导致streamlet之间互相重叠。这不仅会引起混淆，还会模糊流场的方向信息。此外，在OLIC和FROLIC生成的流场纹理图像中，streamlet通常是均匀分布的。这样的流场图像通常缺乏视觉焦点，难以强调流场特征。

发明内容

本发明的目的是提供一种增强特征的二维流场方向性稀疏纹理合成方法。借助该方法解决现有OLIC方法由于streamlet密集分布而缺乏视觉焦点、难以强调流场特征的问题，从而改善流场可视化效果。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种增强特征的二维流场方向性稀疏纹理合成方法，包括以下步骤：

（1）输入流场数据；

（2）构造一个覆盖输入流场定义域的正交控制网格，网格单元的大小按照实际需要设定；

（3）计算控制网格中每个网格单元的复杂度，方法是：计算每个网格单元中心点的旋度，将旋度值的大小作为网格单元的复杂度；

（4）基于网格单元的相似性，将控制网格划分为不同的区域；

（5）计算每个区域的复杂度，并将每个区域标记为可用区域，区域复杂度计算方法是：将区域内所有网格单元的复杂度累积起来求平均值，将该值作为区域复杂度；

（6）判断是否存在可用区域，如果存在可用区域，则转步骤（7），否则转向步骤（9）；

（7）取出具有最高复杂度的可用区域，放置一个droplet，并计算相应的streamlet，方法是：在取出的具有最高复杂度的可用区域内，选择在该区域内具有最大复杂度的单元格，在该单元格的中心放置一个droplet，然后依据该droplet计算streamlet，其中streamlet的长度与droplet所在区域的复杂度成反比，streamlet的宽度沿流动方向从一个预设的初始值逐渐递增到一个限定的上限值；

（8）将步骤7中的streamlet所触及的区域标记为不可用区域，然后转向步骤（6）；