[發明專利]一種無數據共享沖突的二維流線并行放置方法

有效

• 申請號: 201210326395.5
• 申請日: 2012-09-05
• 公開（公告）號: CN102930587A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 張文耀;寧建國
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06T13/80
• 分類號: G06T13/80
• 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，特別涉及一種無數據共享沖突的二維流線并行放置方法，屬于科學計算可視化中基于流線的流場可視化技術領域。

背景技術

流場可視化在流體力學和空氣動力學等領域有著廣泛而重要的應用，其目的是將不可見的流場數據轉換為可見的流場圖像，以便揭示流場的流動模式和流場特征。流線是流場可視化的基本方式之一。為了建立流場流線圖，需要在流場的適當位置放置適當數量的流線。針對二維流場的流線放置問題，國內外學者提出了很多流線放置方法，例如：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.)，等等。這些方法都能建立分布比較均勻的流線圖，取得比較好的流場可視化效果。然而不足的是，這些方法都是串行算法，并不適合于并行處理。也就是說，這些方法都只能在流場中逐一放置流線，而不能同時放置多條流線。其原因在于：新放置的流線必須考慮流場中已有流線的分布情況，才能有效地控制流線之間的間隔。如果在并行模式下，采用這些方法同時放置多條流線，會因為流線之間的相互干擾而使結果流線圖出現“偽邊界”或者是“視覺混亂”的現象(參見：張文耀，寧建國，王義.一種適用于二維流場的并行流線放置方法.申請號：201110452884.0，申請日：2011年12月29日.)。

為了解決“偽邊界”和“視覺混亂”問題，張文耀等人提出了一種基于虛擬拓撲區域的并行流線放置方法(參見：張文耀，寧建國，王義.一種適用于二維流場的并行流線放置方法.申請號：201110452884.0，申請日：2011年12月29日.)。該方法在流場定義域上疊加一個正交控制網格，為每個網格單元設置一個計數器，記錄各個網格單元內的流線數，同時設定計數器的上限值，限定每個網格單元內所允許的流線數目；初始時刻每個網格單元都是空白的，相應計數器的計數值為0，如果某個網格單元的計數器值不為0，則表示該網格單元是非空的；然后，將流場中由流線、臨界點或流場邊界所包圍的封閉區域定義為虛擬拓撲區域VTA(Virtual?Topological?Area)，并用該區域所包含的空白網格單元來描述VTA；開始時整個流場被當作一個VTA，在其中放置流線，將其分割成不同的VTA；并行處理就是將不同的VTA指派給不同的處理部件PE(Processing?Element)，由各個PE在各自的VTA內同時放置新流線；在放置新流線的過程中，如果新流線延伸到計數器值已達計數上限的網格單元時，該流線的計算過程就終止，同時將該流線所觸及的網格單元的計數器值增加1。

基于虛擬拓撲區域的并行流線放置方法有效地加速了二維流場的流線放置過程，并成功避免了“偽邊界”和“視覺混亂”問題，可以提高大規模流場的可視化效率。然而不足的是：該方法的并行處理結果存在一定的不確定性，即對于同樣的流場，在相同輸入和參數設置條件下，前后兩次運行的結果可能不一樣。其原因是：該方法的并行處理存在數據共享沖突；為了解決共享沖突，必須對共享數據進行互斥訪問；而共享數據的互斥訪問順序是隨機的、不確定的，從而導致最終結果的不確定性。為說明這種情況，下面給出一個具體實例。