[发明专利]一种基于流线长度累加的三维流场可视化方法

说明书

本发明涉及一种基于流线长度累加的三维流场可视化方法，属于流场可视化技术领域。该方法首先在三维流场放置大量分布基本均匀的流线；然后通过累加体素单元格内的流线长度将流线体素化，形成流线体数据；再利用直接体绘制技术绘制流线体数据，得到三维流场的可视化结果。该方法通过流线体素化和体绘制技术，改善了三维流场中流线的遮挡情况，增强了流场内部结构特征的显示，有助于三维流场的交互式可视化分析。

技术领域

本发明涉及一种三维流场可视化方法，特别涉及一种基于流线长度累加的三维流场可视化方法，属于流场可视化技术领域。

背景技术

流场可视化在空气动力学和流体力学等领域具有广泛的应用。其应用的目的之一是将包含在流场数据中的流场特征揭示出来，以便更好地研究和理解流场特性和规律。对于二维流场，这个目的并不难实现。常规的流线可视化技术，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.)，即可很好地展示流场结构和流场的流动模式。然而，对于三维流场，却不太容易通过常规的流线可视化技术来揭示流场结构和流动模式。

目前，比较有代表性的直接采用流线可视化三维流场的方法主要有：(1)Mattausch等人提出的基于邻近点放置策略的三维流线放置方法(参见O.Mattausch,T.Theuβl,H.Hauser and E.Strategies for Interactive Exploration of 3DFlow Using Evenly-Spaced Illuminated Streamlines.Proc.Nineteenth SpringConf.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，能够在三维空间放置间隔基本均匀的流线；(2)Zhang等人提出的基于控制网格的三维流线放置方法(参见Zhang W,Ning J,Zhang M,et al.Multiresolution StreamlinePlacement Based On Control Grids.Integrated Computer-Aided Engineering,2014,21(1):47-57.)，该方法采用三维控制网格控制流线的放置过程，使流线分布尽可能均匀，具有计算量小执行效率高的特点。

但是，由于三维流场维度高且空间结构复杂等原因，上述三维流线放置方法在处理三维流场时都面临共同的问题与不足。这主要表现在：少量流线很难有效揭示三维流场的情况；为了比较全面地揭示流场信息，必须放置大量流线；而大量流线在三维空间中往往会出现严重的遮挡和视觉混乱，从而影响流场可视化效果。

为了解决常规流线可视化技术在处理三维流场时存在的严重遮挡与视觉混乱问题，本发明提出一种基于流线长度累加的三维流场可视化方法。该方法首先在三维流场放置大量分布基本均匀的流线，通过流线捕捉流场结构特征等重要信息；然后通过累加体素单元格内的流线长度将流线体素化，形成流线体数据；再利用直接体绘制技术绘制流线体数据，得到三维流场的可视化结果。该方法不仅保留了流线可视化的效果和风格，而且在揭示流场结构和强调流场特征方面具有明显优势。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于流线长度累加的三维流场可视化方法，通过该方法改善现有流线可视化技术在处理三维流场时存在的严重遮挡与视觉混乱问题，同时突出显示流场内部的结构特征，以此增强三维流场的可视化效果。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于流线长度累加的三维流场可视化方法，包括以下步骤：

(1)输入描述三维流场的矢量数据V；