[發明專利]一種適用于二維流場的并行流線放置方法

無效

• 申請號: 201110452884.0
• 申請日: 2011-12-29
• 公開（公告）號: CN102521854A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 張文耀;寧建國;王義
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種基于流線的流場并行可視化方法，特別涉及一種適用于二維流場的并行流線放置方法，屬于科學計算可視化技術領域。

背景技術

在流體力學和空氣動力學等領域，為了分析流體的運動情況，需要對流場進行可視化處理，將不可見的流場模擬數據或者是流場測試數據，轉化為可見的流場圖像。目前，針對流場可視化，已經發展了多種技術和方法，如流線技術、流面技術、幾何圖標法、紋理合成法等等。

就二維流場而言，流線是常用的可視化方法之一，因為流線能比較直觀地展現流場模式。為此，需要在流場中適當的位置放置適當數量的流線。如果所放置流線太少，將難以形成有效的流場模式；如果流線太多且放置不當，則容易產生視覺混亂的效果。

國內外學者針對二維流場的流線放置問題，提出了很多方法，其中比較典型的有：Turk和Banks提出的由圖像引導的流線放置方法(參見G.Turk?and?D.Banks.Image-guided?streamline?placement.Proc.ACM?SIGGRAPH’96，1996：453-460.)、Jobard和Lefer提出的臨近點流線放置策略(參見B.Jobard?and?W.Lefer.Creating?evenly-spaced?streamlines?of?arbitrary?density.Proc.8th?EG?Workshop?on?Visualization?in?Scientific?Computing.1997(7)：43-56.)、Mebarki等人提出的最遠點流線放置策略(參見A.Mebarki，P.Alliez，and?O.Devillers.Farthest?point?seeding?for?efficient?placement?of?streamlines.Proc.IEEE?Visualization’05，2005：479-486.)、Verma等人提出的基于種子點模板的流線放置策略(參見V.Verma，D.Kao，and?A.Pang.A?flow-guided?streamline?seeding?strategy.Proc.IEEE?Visualization’00，2000：163-170.)、張文耀等人提出的一種由拓撲驅動的流線放置方法(張文耀，寧建國.一種拓撲驅動的平面流場流線放置方法，中國專利，CN200910235656.0.)、Wu等人提出的基于流場拓撲的均勻流線放置方法(參見K.Wu，Z.Liu，S.Zhang，and?R.J.Moorhead，II，“Topology-aware?evenly?spaced?streamline?placement，”IEEE?Transactions?on?Visualization?and?Computer?Graphics，vol.16，no.5，pp.791-801，2010.)，等等。

上述這些方法，在技術上各有特色，都能產生比較好的流場可視化效果。但是，這些方法都不適合在并行模式下運行，其原因在于：為了控制流線之間的間隔，在這些方法中，流線都是逐一放置的，任何新放置的流線都必須考慮流場中已有流線的分布情況。

若要并行地放置流線，就只能將整個流場區域劃分成不同的子區域，然后在不同的子區域內同時放置流線。在未知流場結構的情況下，一般采取靜態劃分策略，事先將流場劃分為多個規則的子區域(例如矩形區域)，然后為每個子區域指派一個處理器元素(Processor?Flement，PE)，由其負責該區域內的流線放置工作，并且不允許流線跨越子區域的邊界。在這種情況下，各個處理器元素可以在不同的子區域內并行地放置流線，彼此之間互不干擾，各個子區域內的流線放置結果都是正常的。但是，由于不允許流線跨越子區域邊界，在子區域的邊界上會出現流線不連續的現象，形成所謂的“偽邊界”。圖1給出了一個偽邊界示例。該示例按照2×2的方式將整個流場劃分為4個大小相等子區域，然后在各個子區域內單獨放置流線。圖1顯示了最終的流線放置結果，從中可以看到：各個子區域內的流線分布基本均勻，但是在子區域邊界上流線是不連續的，因此可以清晰地察覺到流場區域的劃分邊界。這些邊界并不是流場本身所包含的結構信息，因此將其稱為偽邊界。偽邊界的存在不僅嚴重影響了流場的可視化效果，還很容易誤導分析人員對流場結構的理解。