[發(fā)明專利]基于GPU的二維多分辨率流線可視化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510212425.3
• 申請日: 2015-04-29
• 公開（公告）號: CN104915974B
• 公開（公告）日: 2018-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田豐林;陳戈;何玨;張昉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國海洋大學(xué)
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00;G06T1/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及一種基于GPU的二維多分辨率流線可視化方法。本發(fā)明根據(jù)粒子的概率密度值及分布情況，調(diào)整流線的疏密程度，實現(xiàn)二維流線多分辨率可視化；將粒子分為視口內(nèi)和視口外兩部分，生成對應(yīng)的概率密度圖Local和Global；視口拉近瞬間，視口內(nèi)流線較為稀疏，利用圓片法，粒子自動加密，同時流線加密；視口拉遠(yuǎn)瞬間，以年齡增長的方式殺死原視口內(nèi)部分粒子，使新視口內(nèi)所有粒子概率密度達(dá)到均勻分布的狀態(tài)。本發(fā)明的優(yōu)點在于能夠有效地對已有二維流線實現(xiàn)多分辨率控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于海洋信息技術(shù)可視化領(lǐng)域，主要涉及一種基于GPU的二維多分辨率流線可視化方法。

背景技術(shù)

近年來，可編程GPU技術(shù)越來越多地應(yīng)用于圖形渲染和科學(xué)計算，隨著觀測手段以及計算機技術(shù)的發(fā)展，海洋數(shù)據(jù)的分辨率也越來越高。但是數(shù)據(jù)的分辨率并不等同于屏幕的像素分辨率，為了在保證渲染效率的前提下獲得最佳渲染效果，有必要將多分辨率技術(shù)應(yīng)用于二維流線的可視化中。

在流線可視化技術(shù)中，我們通常基于種子點構(gòu)造二維流線，用流線的分布及運動方向、速度、顏色等來描述矢量場。因此，點的生成及死亡、點的數(shù)量及分布嚴(yán)重影響二維流線可視化的質(zhì)量。

目前，在流線可視化領(lǐng)域，多分辨率流線處理技術(shù)主要應(yīng)用了以下幾種方法：

(1)點精靈法。點精靈法是將每個點作為一個精靈來處理，每個點精靈有其對應(yīng)的紋理；點精靈有大小，即像素數(shù)值。

(2)距離計算法。在距離計算法中，主要通過點或線之間的距離來控制流線的疏密程度，從而實現(xiàn)多分辨率流線顯示。距離主要包含以下五種：對應(yīng)點對之間的“點-點”距離平均值；最近點距離平均值；平均閾值距離；最小距離的加權(quán)歸一化數(shù)值和；在變換的特征空間的測量距離。

(3)幾何特征法。在幾何特征法中，需要計算流場的曲率、撓率等幾何特征，一般曲率、撓率越大的區(qū)域，其對應(yīng)的分辨率越高，反之，其對應(yīng)分辨率越低。空間曲線的曲率表示曲線在某一點的彎曲程度；空間曲線的撓率表示曲線在某一點的扭曲程度，即曲線在這一點離開其密切平面的程度。

(4)模板法。在模板法中，依據(jù)給定的模板進(jìn)行卷積運算等操作，實現(xiàn)流線多分辨率控制。

依據(jù)已有的研究成果，我們設(shè)計了一種簡單、有效、快速的用于多分辨率判斷的方法——圓片法。在圓片法中，將每個點看做一個有固定半徑的圓片。流場粒子的運動，伴隨著圓片的聚集、重疊、離散，通過控制圓片半徑的大小以及重疊的程度來有效調(diào)節(jié)流線的多分辨率顯示。

RKF45是五階精度、四階誤差龍格-庫塔-費爾伯格(Runge-Kutta-Fehlberg)方法的簡稱，它是對四階龍格-庫塔(RK4)方法的改進(jìn)，主要采用變步長的方法獲得有效的積分逼近數(shù)值。在本發(fā)明中，此方法用于計算一條流線上后續(xù)點的位置。

中心極限定理是概率論中描述隨機變量的分布趨近于正態(tài)分布的一類定理，它指出大量隨機變量積累分布函數(shù)逐點收斂于正態(tài)分布的積累分布函數(shù)的條件。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要提供一種基于GPU的二維多分辨率流線可視化方法，該方法能夠有效地對已有的二維流線實現(xiàn)多分辨率控制。通過圓片法，調(diào)節(jié)粒子的密度分布，自適應(yīng)調(diào)整流線的疏密程度，實現(xiàn)二維流線多分辨率可視化。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案主要包括以下步驟：

(1)將粒子分為視口內(nèi)和視口外兩部分，生成對應(yīng)的概率密度圖Local和Global；

(2)視口拉近瞬間，視口內(nèi)流線較為稀疏，利用圓片法，粒子自動加密，同時流線加密；

(3)視口拉遠(yuǎn)瞬間，以年齡增長的方式殺死原視口內(nèi)部分粒子，使新視口內(nèi)所有粒子概率密度達(dá)到均勻分布的狀態(tài)；

(4)流線效果調(diào)整。