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第1章 概论 1

1.1科学计算可视化的形成与发展 1

1.1.1科学计算可视化的形成 1

1.1.2科学计算可视化的概念内涵 3

1.1.3科学计算可视化的技术发展 4

1.2流场数值模拟与流场可视化 8

1.2.1流场数值模拟基本原理 8

1.2.2流场可视化的流程 10

1.2.3流场可视化的特点 12

1.2.4数值风洞的流场可视化 13

1.2.5虚拟风洞的流场可视化 16

1.3流场可视化技术发展与挑战 19

1.3.1流场可视化技术分类 19

1.3.2流场可视化面临的挑战 25

参考文献 27

第2章 流场数据对象 28

2.1引言 28

2.2数据模型 28

2.3数据类型 30

2.3.1标量数据 31

2.3.2矢量数据 31

2.3.3张量数据 32

2.3.4数据属性 32

2.4数据格式 34

2.4.1 Tecplot格式 34

2.4.2 PLOT3 D格式 37

2.4.3 CGNS格式 38

2.4.4 HDF格式 39

2.4.5 VTK格式 41

2.4.6 NetCDF格式 43

2.5小结 43

参考文献 44

第3章 几何形状可视化 45

3.1引言 45

3.2标量场数据可视化 45

3.2.1等值线 45

3.2.2等值面 47

3.2.3大规模数据等值面提取的加速技术 50

3.3矢量场数据可视化 54

3.3.1几何图标 55

3.3.2时间序列点 56

3.3.3矢量线 57

3.3.4矢量线种子点放置方法 59

3.3.5大规模数据矢量线生成方法 67

3.3.6动态图元 69

3.3.7矢量面 72

3.3.8矢量体 75

3.4小结 76

参考文献 76

第4章 纹理可视化 78

4.1引言 78

4.2经典纹理可视化方法 79

4.2.1粒子跟踪基础 79

4.2.2线积分卷积方法 82

4.2.3纹理平流方法 88

4.3冷暖光照稀疏纹理绘制 92

4.3.1 LIC纹理的GPU生成及边缘检测 93

4.3.2稀疏纹理自适应处理 95

4.3.3纹理冷暖光照绘制 100

4.4小结 106

参考文献 106

第5章 体可视化 108

5.1引言 108

5.2体可视化技术基础 109

5.2.1体可视化基本原理 109

5.2.2基于可见性排序的体可视化方法 111

5.2.3基于光线投射的体可视化方法 115

5.3传输函数设计方法 118

5.3.1基于数据的传输函数设计 119

5.3.2基于图像的传输函数设计 121

5.4格心网格数据直接体绘制方法 123

5.4.1格心网格直接数据重构方法 124

5.4.2基于双控制体的间断态重构方法 127

5.4.3间接绘制方法与直接绘制方法比较 128

5.4.4实验结果 130

5.5非结构网格数据体光照方法 134

5.5.1光照模型 135

5.5.2采样点梯度计算方法 136

5.5.3算法设计与实现 139

5.5.4实验结果 140

5.6时变流场体绘制方法 142

5.6.1基于时空一致性的时变体绘制算法 142

5.6.2时间一致性分析与时间表建立 144

5.6.3基于GPU的算法实现 145

5.6.4实验结果 147

5.7大规模数据并行体绘制方法 149

5.7.1数据划分 149

5.7.2图像合成 150

5.8小结 151

参考文献 152

第6章 特征可视化 154

6.1引言 154

6.2典型特征提取、跟踪及事件检测技术 155

6.2.1特征提取中的基本物理量 155

6.2.2涡特征提取的典型方法 156

6.2.3二维/三维流场特征智能特征提取 157

6.2.4基于旋转熵的涡特征提取 166

6.2.5其他典型特征提取方法 169

6.2.6特征跟踪与时间检测技术 170

6.3模糊特征提取框架 172

6.3.1模糊聚类理论基础 173

6.3.2流场特征模糊描述与自动提取 177

6.4流场拓扑分析 184

6.4.1拓扑结构分析 184

6.4.2拓扑Voronoi图方法 189

6.5拉格朗日拟序结构提取技术 202

6.5.1拉格朗日拟序结构的定义 203

6.5.2拉格朗日拟序结构提取及可视化算法 206

6.5.3拉格朗日拟序结构可视化应用 211

6.6小结 215

参考文献 215

第7章 交互式可视化 218

7.1引言 218

7.2人机交互基础 218

7.2.1相关交互硬件 219

7.2.2 WIMP 220

7.2.3交互科学 221

7.2.4交互的使用 222

7.3交互式可视化技术分类 223

7.3.1修改类交互 223

7.3.2基于选择的交互 224

7.3.3交互式可视分析 225

7.3.4其他 227

7.4 CFD三维流场数据典型特征交互分析建模与实现 230

7.4.1交互式特征提取和XML 230

7.4.2 FFDL 231

7.4.3交互式模糊特征提取算法 235

7.4.4实验结果与分析 237

7.5基于草图的交互式可视化 240

7.5.1流水线 242

7.5.2解释 243

7.5.3接口设计 247

7.5.4应用 250

7.5.5挑战与问题 251

7.6 GPU加速的交互式体绘制方法 252

7.6.1 ICVE 253

7.6.2实验结果与分析 256

7.7小结 257

参考文献 257

第8章 并行可视化 259

8.1引言 259

8.2数据组织与划分 260

8.2.1经典标量场数据划分 261

8.2.2经典矢量场数据划分 263

8.2.3栅格划分的二叉树区间结点构造算法 264

8.3并行绘制与图像合成 271

8.3.1经典并行绘制体系结构与图像合成 271

8.3.2 GPGPU加速CPU端无冗余图像合成方法 276

8.3.3 P2P直接通信的GPU端图像合成及优化方法 283

8.3.4胖绘制结点间层次式Sort-last并行绘制框架 290

8.4在线实时可视化 298

8.4.1原位可视化与移位可视化概述 299

8.4.2原位特征提取及跟踪 302

8.4.3原位可视化绘制 305

8.4.4原位可视化框架 307

8.5小结与展望 310

参考文献 311

第9章 流场可视化系统 314

9.1引言 314

9.2典型系统介绍 314

9.2.1 Tecplot 314

9.2.2 EnSight 317

9.2.3 AVS 319

9.3天河CFD并行可视化系统 320

9.3.1大规模流场可视化应用需求 320

9.3.2系统简介 322

9.3.3硬件环境 323

9.3.4软件结构 325

9.3.5系统功能 329

9.4小结 331

参考文献 332