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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 WIMP220

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XML230

7.4.2 FFDL231

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 ICVE253

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 Tecplot314

9.2.2 EnSight317

9.2.3 AVS319

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