基于线积分卷积和矢量线法的动态海洋数据可视化

论文摘要

矢量场可视化可以帮助人们认知理解复杂数据的规律,是科学计算可视化中的研究热点。本文基于线积分卷积方法和矢量线法进行了可视化的算法优化工作。针对线积分卷积方法我们主要做了如下改进:在二维稳定场中,当背景噪声为白噪声时,我们设计并采用了“十字”高通滤波从而达到增强不同流线间的对比度和同一条流线的连续性的目的;采用了插值离散背景白噪声的方法从而将其变为连续背景白噪声,因此解决图像中局部地区出现的流线纹理反走样的现象。在二维稳定场中,当背景噪声为稀疏噪声时,我们依据矢量场的方向改变稀疏背景噪声的噪声群的指向,从而使形成的流线更加清晰明亮;采用赋予海流随机的初始相位的方法来解决稀疏噪声循环动画突兀的问题;采用忽略稀疏背景噪声流线追踪时非主流线部分的纹理点的积分计算的方法来解决流线发散或者汇聚处流线散乱粗糙的问题;通过对海流数据进行插值并改善边界流线追踪条件的方法可形成完整细致的全球海流图像;设计利用相同长度的流线的运动快慢来表达矢量场的大小的方法。在二维非稳定场中,我们采用二次值散射和“十字”高通滤波的方法来增强图像流线纹理的对比度和连续性。矢量线法的主要问题就是种子点的选取问题。我们采用概率密度的方法来控制矢量场中流线的疏密程度,每个粒子头部为圆心形成一个概率密度函数影响域,通过叠加一起的函数的值的大小来决定流线的生成和消隐,从而保证矢量场中流线的均匀合理分布;对于流出边界的流线,改变其消隐方法,让其变为渐渐缩短的现象,使其更加符合人们的认知;对于边界处流线集体往矢量场内侧流动的区域,该区域随着时间的推移会出现空缺的现象,我们采用针对同一轨迹线上的流线二次绘制的方法来解决此问题。最终,通过采用我们的改进方法并结合海流和风暴潮的数据形成的图像和动画,可以发现可视化效果在诸多方面都明显的得到了提升。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 1.绪论
•   1.1 研究背景
•   1.2 主要工作
•   1.3 文章结构
•   1.4 基金资助
• 2.研究综述
•   2.1 矢量场可视化
•   2.2 矢量场可视化分类
•     2.2.1 几何图标可视化
•     2.2.2 矢量线法
•     2.2.3 基于特征的可视化
•     2.2.4 基于纹理的可视化
•   2.3 国内外研究现状
•     2.3.1 线积分卷积（LIC）的国内外研究现状
•     2.3.2 矢量线法的国内外研究现状
• 3.基于线积分卷积的矢量场可视化的简介和算法优化
•   3.1 线积分卷积
•   3.2 基于线积分卷积的矢量场可视化的算法优化
•     3.2.1 “十字”高通滤波
•     3.2.2 连续背景白噪声
•     3.2.3 改变稀疏背景噪声的噪声群的指向
•     3.2.4 初始相位的设置
•     3.2.5 省略非主流线上像素点的积分计算
•     3.2.6 流线运动快慢表示速度大小
•     3.2.7 拼接图像
•     3.2.8 非稳定场——二次值散射
• 4.基于矢量线的矢量场可视化算法优化
•   4.1 概率密度
•   4.2 边界流出流线处理
•   4.3 边界流线二次绘制
• 5.实验验证
•   5.1 基于海流的数据可视化的效果验证
•   5.2 基于风暴潮的数据可视化的效果验证
• 6.总结与展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 致谢
• 个人简历、硕士期间参与项目和发表论文情况
• 参考文献

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘振东

导师: 刘海行,苏天赟

关键词: 线积分卷积,矢量线法,海流和风暴潮可视化,二维稳定场和非稳定场

来源: 自然资源部第一海洋研究所

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学

单位: 自然资源部第一海洋研究所

基金: 国家重点研发计划(2017YFC1405100)

分类号: P714

总页数: 71

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