[發明專利]基于旋轉因子的曲面流場渦特征提取方法

有效

• 申請號: 201310375675.X
• 申請日: 2013-08-26
• 公開（公告）號: CN103413334A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 李思昆;王懷暉;曾亮;蔡勛;王文珂;徐華勛;王攀;沈恩亞
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G06T7/60
• 分類號: G06T7/60;G06T7/00
• 代理公司: 國防科技大學專利服務中心 43202
• 代理人: 郭敏

技術領域

本發明涉及曲面流場渦特征提取方法，尤其是基于旋轉因子的曲面流場渦特征提取方法。

背景技術

隨著高性能計算機性能的飛速提升，科學計算產生的數據規模越來越大（TB-PB級）。面對如此海量數據，特征提取技術發揮了重要作用，該技術能夠幫助研究人員迅速定位與提取數據場中的重要特征，剔除大量的冗余信息，準確保留數據的重要信息，使得用較小的存貯空間保存大規模數據的重要特征。

渦是流場中的重要物理特征，目前渦可視特征的主要提取方法有λ₂方法、Q-標準、M_z-標準、基于信息熵的特征提取等。這些方法不能夠準確提取流場中的全部特征，容易出現錯誤提取的現象；同時，λ₂方法、Q-標準、M_z-標準等方法只適用于2維平面數據和3維體數據，對曲面數據無法進行特征提取；基于信息熵的特征提取適用于曲面特征提取但是存在嚴重的誤檢，這主要是因為該方法不能有效區分渦核區域和鞍點區域。

渦特征的定義最早于1972年提出，渦是指大量物質點圍繞一個公共中心點的旋轉運動狀態。因此，渦特征包含渦核點和渦區兩個方面，其中這一公共的中心點為渦核點，大量粒子所占的空間為渦區。在通常情況下，渦核點為流場中的臨界點，其中臨界點是指流場中速度為零的數據點，但并不是所有的臨界點都是渦核點。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：針對曲面流場提出一種基于旋轉因子的曲面流場渦特征提取方法，解決三角網格曲面流場渦特征的準確提取問題。

本發明具體的技術方案是：首先，通過頂點矢量數據的大小檢測出矢量場中所有的臨界點；然后，根據臨界點周圍圓環的旋轉系數確定臨界點中哪些為渦核點；最后，通過渦核點周圍非臨界頂點的旋轉系數來確定渦區的范圍。確定了流場中渦核點和渦區的范圍也就完成了渦特征的提取。

具體的技術方案是：

第一步：由曲面頂點數據vertexList[M][6]、網格數據faceList[N][3]，得到各個頂點的鄰接面片索引vertexNeighberList[M]。其中vertexList[M][6]和faceList[N][3]為代表曲面流場的兩個數組。vertexList[M][6]為曲面流場的頂點數據，M為曲面流場中的頂點數目，每一個頂點對應的6個浮點數分別為該頂點的三維坐標值和流場矢量的三個分量；faceList[N][3]為面片數據，N為曲面流場中的面片數目，每個面片對應3個整數，這三個整數為三角形面片三個頂點在vertexList[M][6]數組中的頂點編號；鄰接面片索引數組vertexNeighberList[M]存儲每個頂點的鄰接面片鏈表（頂點的鄰接面片是指以該點作為面片頂點的所有面片）的首指針，每個鏈表存儲頂點的相鄰面片，鄰接面片鏈表的元素為描述面片信息的結構，其中包括面片號、鏈表中下一元素指針。獲得vertexNeighberList[M]主要是為了方便以后的計算，如法向量計算等方面。得到各個頂點的鄰接面片索引vertexNeighberList[M]的具體方法是：

1.1：初始化鄰接面片索引數組vertexNeighberList[M]，將其元素均賦值為NULL。

1.2：初始化面片序號循環變量i₁等于0。

1.3：序號為i₁的面片是其頂點faceList[i₁][0],faceList[i₁][1],faceList[i₁][2]的鄰接面片，因此，需要將序號為i₁的面片作為上述三個頂點的鄰接面片分別插入到各自的鄰接面片鏈表中。具體步驟為：對上述三個頂點的鄰接面片鏈表分別進行遍歷，如果三個頂點中任意一個頂點的鄰接面片鏈表中有元素的面片號為i₁，則轉到1.4步；如果不存在面片號為i₁的元素，則將序號為i₁的面片作為鏈表的最后一項插入到鏈表vertexNeighberList[faceList[i₁][x]]中，其中x為0、1或2，然后執行1.4步。

1.4：i₁增加1。

1.5：若i₁小于N則轉到1.3步，否則執行第二步。