[发明专利]用于可视化的模拟数据的自适应压缩

说明书

本发明尤其涉及一种用于显示模拟的计算机实现的方法。该方法包括计算完全模拟。完全模拟包括状态。该方法还包括计算所计算的完全模拟的缩减模型。缩减模型包括具有元素的基础。完全模拟的每个状态由基础元素的相应线性组合表示。该方法进一步包括针对完全模拟的至少一种状态显示相应线性组合的一部分。这构成了用于显示模拟的改进的方法。

技术领域

本发明涉及模拟数据的压缩和可视化。

背景技术

诸如物理模拟之类的模拟通常需要巨大的计算能力，并且还具有很高的存储要求。显示物理模拟的通用管道是在单独的高性能计算机过程中计算物理，并随着模拟的进行将模拟数据输出到磁盘。这些数据可以由不同时间步长的模拟表示组成。数据随后以在线和/或实时方式被利用和呈现/显示。

物理模拟，例如来自航空航天、地磁、电磁学或等离子物理学领域的物理模拟，可能需要极大量的模拟数据才能可视化。一个示例是计算流体动力学(CFD)。计算流体动力学是流体力学的一个分支，它使用数值方法和算法来解决和分析涉及流体流动的问题。从航空航天推进到天气预报，它几乎是流体动力学每个分支中必不可少的工具。复杂的湍流的特殊情况经常发生在自然环境中，对其进行研究很重要，这是一个很好的模拟示例，它要求流体求解器具有高分辨率和较小的时间步长，并生成大量的时空数据。通过网络传输这些数据可能是一项非常耗时的任务，从而阻止了以交互和/或实时方式传输一系列时间步长。因此，在通过网络发送模拟数据之前，必须找到一种压缩模拟数据的方法。

解决该趋势的现有策略包括原位(in situ)处理，降低时间频率，以及减小要存储的数据大小。可以经由子采样来完成后一种方法，即仅存储部分模拟数据，例如模拟网格的某些区域或某些变量，而不是全部。结果导致只能部分地看到模拟结果，因此可能在物理上不准确。

减少要存储的数据大小也可能涉及压缩。大多数压缩策略都依赖于空间信息，但是可以找到一些关于使用针对图像数据(例如，Villasenor，John D.，RA Ergas和P.L.Donoho，“Seismic data compression using high-dimensional wavelettransforms(使用高维小波变换的地震波数据压缩)”Data Compression Conference,1996.DCC’96Proceddings.IEEE,1996)、表面网格(例如，Trott，Aaron，Robert Moorhead和John McGinley，“Wavelets applied to lossless compression and progressivetransmission of floating point data in 3-D curvilinear grids(小波应用于3-D曲线网格中浮点数据的无损压缩和渐进式传输)”，Proceedings of the 7th conference onVisualization'96.IEEE Computer Society Press,1996)、以及来自流体模拟的浮点数据(例如，Li，Shaomeng等人，“Spatiotemporal Wavelet Compression for Visualizationof Scientific Simulation Data(用于科学模拟数据可视化的时空小波压缩)”，ClusterComputing(CLUSTER),2017IEEE International Conference on.IEEE,2017)的小波滤波器的时空数据压缩的研究。压缩的缺点是其必然意味着准确性和精度受损，并且无法相对于物理学来控制这种受损。因此，从物理学的角度来看，显示的模拟结果可能是不准确的。压缩还具有例如在模拟结果上的缩放仅限于压缩率的缺点。其他压缩技术已知为来自视频流，并已被用于科学数据(例如Ibarria，Lawrence等人，“Out-of-core compression anddecompression of large n-dimensional scalar fields(大n维标量字段的核外压缩和解压缩)”，Computer Graphics Forum.Vol.22.No.3.Blackwell Publishing,Inc,2003)。尽管可以使用这些方法压缩科学数据，但它们不能对传输的数据的数值上的准确性提供可靠的控制。