[发明专利]一种基于多面体管道的三维流场多变量数据可视化方法

说明书

本发明涉及一种基于管道的流场多变量数据可视化方法，属于科学计算可视化中的流场数据可视化领域。本发明的方法通过构造彩色的多面体管道可视化三维流场多变量数据。其基本步骤是：计算流线，沿流线构造多面体管道，通过管道形状可视化流场矢量方向，然后在管道侧面通过颜色映射可视化多个标量属性数据，由此实现多个标量属性数据与流场矢量数据的联合可视化。这不仅增加了对三维流场进行多变量关联分析的灵活性，还提高了对多变量数据进行可视化分析的效率。

技术领域

本发明涉及一种三维流场多变量数据可视化方法，特别涉及一种基于管道的流场多变量数据可视化方法，属于科学计算可视化中的流场数据可视化领域。

背景技术

三维流场是计算流体力学和气象数值模拟等领域广泛存在的数据场。为了分析三维流场数据，需要对三维流场进行可视化处理，通过可视化的图形或图像了解流场内部的现象。

流线(streamline)和流管(streamtube)是常用的三维流场可视化方法。借助流线或流管可以有效地了解流场的流动方向，探索三维流场的模式结构。然而，由于自身几何形状的原因，流线和流管的可视化能力都是有限的。流线的几何形状只适合表现流场的流动方向。传统的流管除了表现流场方向外，还可以通过管道的粗细表现一个附加的物理量(例如流速的大小)。如果加上颜色属性，则流线和流管都可以通过颜色映射可视化另外一个物理量(例如温度)。除此之外，如果有更多的物理量需要可视化，则流线和流管都难以承载。在实际应用中，三维流场一般都是多变量数据场，除了描述流速的矢量数据外，往往还有温度、压力、密度等多个物理量。这些物理量一般都是描述某个物理属性的标量数据。为了分析这些物理属性数据之间相互关系或内在联系，通常希望能够对这些物理属性数据进行联合可视化。

针对上述需求，本发明提供了一种适合于三维流场多变量数据的可视化方法。该方法根据三维流场的矢量数据构造多面体管道，然后在管道的各个侧面通过颜色映射编码不同的标量属性数据，从而实现多个标量属性数据与流场矢量数据的联合可视化。

发明内容

本发明的目的是提供一种适合于三维流场的多变量数据可视化方法，实现多个标量属性数据与流场矢量数据的联合可视化，以此提高三维流场多变量数据的可视化分析效率。

这里所说的三维流场多变量数据包含：描述三维流场流速的矢量数据，以及多个描述流场物理量的标量属性数据；如果属性数据不是标量数据，可以将其拆分为多个标量数据。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种基于多面体管道的三维流场多变量数据可视化方法，包括以下步骤：

步骤1、输入三维流场多变量数据，其中包括描述三维流场流速的矢量数据以及多个描述流场物理量的标量属性数据，对各个属性数据分别进行归一化处理。

步骤2、从属性数据中选取多个需要可视化的物理量，将其分别标记为a₁、a₂、…、a_M，其中M为选取的物理量的数目，M大于或等于3。

步骤3、在三维流场内部选取一个或多个流线种子点，根据流线种子点和流场矢量数据计算流线，其中计算流线的方法包括但不限于Euler算法和Runge-Kutta算法。

步骤4、选取步骤3得到的部分或全部流线，针对每条流线L执行步骤5,其中选取流线的方法包括但不限于随机选取或者根据流线编号依次等间隔选取。

步骤5、从流线L上第一样本点开始，依次取两个相邻的样本点P_i和P_i+1，执行步骤6到步骤8。