[發明專利]基于多密度層次的流場可視化方法

有效

• 申請號: 201610123731.4
• 申請日: 2016-03-04
• 公開（公告）號: CN105653881B
• 公開（公告）日: 2018-09-11
• 發明（設計）人: 劉世光;宋漢戈
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

1.一種基于多密度層次的流場可視化方法，其特征是，首先使用一種混合算法生成低密度的可視化結果，在該混合算法中，首先利用基于熵值的種子點選取算法保證流線的覆蓋性，然后利用控制網格的方式保證流線的均勻性；最后在低密度的可視化結果上，使用基于流線屬性對流線進行篩選，最終獲得不同密度的可視化結果；在多密度的可視化結果中，高密度層次的結果具有較少的流線，使用者可以清晰地觀察到流場的大致結構，在低密度層次的流線結果中，使用者可以觀察到更多的細節；基于混合算法的流線生成包括兩個步驟：基于熵值的種子點選取算法和基于網格的空白域填充算法；

1.1種子選取算法

使用香農熵來選出包含臨界點的種子點集合，通過選取熵值較大的點可以選出流場的臨界點：

式(1)中H(X)是某一點的熵值，P(x)是在該點鄰域內x這一方向出現的概率，x表示向量的方向，通過計算可視化區域內每個點的鄰域熵值來選出熵值較大的點作為種子點來繪制流線；

種子點選取完成后，使用四階龍格庫塔方法來計算流線；

1.2空白域填充算法

空白域填充算法是將整個流場進行網格劃分，網格的大小由用戶自定義完成，而后在生成流線時標記流線所經過的網格，然后檢測相連的空白網格，用其代表空白域，然后將每一個空白域的中心作為種子點，生成流線， 然后重新計算空白域重復上述操作，當空白域的規模低于某一閾值時，將停止繪制；

1.2.1網格標記

根據當前流線進行邊界初始化和流線標記的工作：首先，對當前流場進行整個流場邊界網格的確定，假設流場網格的大小為N×N，在二維場四周定義一圈已被標記的網格，使得未標記網格的數量為(N-1)×(N-1)；

除了對網格邊界進行標記，在進行空白域填充時，還需根據當前流線標記網格，具體的過程是：假設標記線段(a,b)，首先求解端點a、b所在的網格，然后在由線段(a,b)為對角線的矩形區域內逐個判斷網格是否與線段相交；

1.2.2空白域檢測

使用采用廣度優先搜索來檢測空白域，在三維流場中，由于流線無法將三維流場分為多個空白域，因此在三維流場中采用改進廣度優先搜索算法；

1.2.3種子點選取

在二維流場中，使用空白域的幾何中心作為新的種子點坐標，若生成的坐標在該空白域內，將其作為新的種子點然后生成流線；若生成的坐標并不在該空白域內，在該點做x方向和y方向的平行線，求解兩線與空白域相交的線段，比較兩個方向上線段的長度，選擇長度較長的線段中點作為新的種子點；

在三維流場中，在檢測到空白域后，將空白域的幾何中心作為種子點繪制流線，同二維類似的是，當空白域的幾何中心不在空白域內，將在x，y，z三個方向做平行于坐標軸的直線，然后檢測每個方向直線與空白域相交線段的長度，選擇三個方向中最長線段的中點作為種子點生成流線。