本發(fā)明是關(guān)于多層次流場可視化的方法，更具體地說，是基于特征信息種子點選取的多層次流場可視化。
背景技術(shù)：
：向量場可視化是科學可視化的重要組成部分，而流場是向量場的一個重要代表，因此流場可視化同樣是科學可視化中的重要部分。在多種流場可視化方法中，以流線的方式表示流場尤其常見。流線，通常是從某個種子點出發(fā)，然后沿著該點向前向后，通過流場積分得到下一個點，最后連接所有生成的點而組成。這樣如何來放置種子點就成了重中之重，現(xiàn)有許多研究種子點放置的方法，但是均存在缺陷。最簡單的方法是隨機放置種子點，該方法首先要設置種子點總數(shù)，然后利用計算機隨機函數(shù)生成隨機坐標。該方法思想簡單且容易實現(xiàn)，但是最大的問題是無法均勻放置種子點。在“AnInformation-TheoreticFrameworkforFlowVisualization,IEEE,2010”中公開了一種基于信息熵的種子點放置方法，該方法選取信息量大的地方，由于信息量計算是以向量角度為基礎(chǔ)統(tǒng)計概率模型，因此該方法沒有考慮到流場的拓撲結(jié)構(gòu)。圖1是一份海洋數(shù)據(jù)采用該方法放置種子點的流場示意圖，圖中有幾處漩渦沒有被繪制出來。在“Aflow-guidedstreamlineseedingstrategy，InVis’00:ProceedingsoftheIEEEVisualization2000”中公開了一種流場拓撲引導的放置方法,該方法充分考慮了流場的拓撲結(jié)構(gòu)，而缺點在于，臨界點的查找計算復雜。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有算法的不足，提供了一種改進的算法。該算法可以更加準確的放置種子點，并運用LOD多層次細節(jié)化思想，清晰地展示流場的局部細節(jié)。本發(fā)明通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)：對流場進行網(wǎng)格劃分，計算各個子區(qū)域的信息熵；根據(jù)信息熵的值選擇子區(qū)域，檢測所選子區(qū)域是否存在臨界點：如果存在臨界點，在所選子區(qū)域根據(jù)臨界點特征放置種子點；如果不存在臨界點，在所取子區(qū)域中心處以規(guī)則四邊形方式撒點?；诜N子點的選取繪制流場流線圖：把流場中所取種子點坐標轉(zhuǎn)化為球面坐標，根據(jù)球面坐標確定屏幕像素坐標，利用屏幕坐標繪制流場流線圖。基于已繪制出的流場流線圖，選定需要進行多層次可視化的流場流線圖區(qū)域，縮小流場網(wǎng)格劃分的距離，計算重新劃分的各個子區(qū)域的信息熵，根據(jù)信息熵的值選擇子區(qū)域，檢測所選子區(qū)域是否存在臨界點，根據(jù)臨界點的檢測情況，在所選子區(qū)域放置種子點，基于種子點的選取繪制出多層次流場流線圖。本發(fā)明實施例與現(xiàn)有方法相比較有如下有益效果：1.更加準確和清晰地繪制出流場特征；2.既可從宏觀上觀察流場，也可進入局部，觀察流場細節(jié)。附圖說明圖1是一實施例采用現(xiàn)有算法放置種子點的流場示意圖；圖2是本發(fā)明采用同一實施例放置種子點的流場示意圖；圖3是本發(fā)明采用同一實施例的球面流場示意圖；圖4是放大圖3呈現(xiàn)出的局部流場示意圖；圖5是放大圖4呈現(xiàn)出的局部流場示意圖。具體實施方式下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明作進一步描述。圖2是本發(fā)明采用同一實施例放置種子點的流場示意圖。通過圖1與圖2的對比，可以觀察到，圖1中沒有顯示出的漩渦在圖2中能清晰地看到。本發(fā)明實施例描述的改進算法具體步驟如下：1.對流場進行網(wǎng)格劃分：令step為X,Y,Z坐標的掃描跨度，M,N,L分別為X,Y,Z軸劃分的網(wǎng)格數(shù)。如果掃描到坐標軸的末尾所剩下長度不足一個step，則按照坐標結(jié)尾作為最后一個子區(qū)域的結(jié)束。2.計算子區(qū)域信息熵對流場進行掃描，計算各個子區(qū)域的信息熵，選擇合適的信息熵子區(qū)域：子區(qū)域所在流場的每個點上，都有一個方向向量也就會有一個角度，2D的情況將0-360度分割成60份，3D的情況將向量單元球面分割成360份：numOfBins[i],i＝0,1,2,…,M×N×LnumOfBins[i]為子區(qū)域統(tǒng)計分布中的條形柱的數(shù)量，也就是離散概率統(tǒng)計中自變量的狀態(tài)值的數(shù)量，將子區(qū)域中每個點上方向向量的角度映射到這些狀態(tài)值上，從而形成了概率統(tǒng)計模型。令Bins[i][j],j＝0,1,2,…,numOfBins[i]-1為第i個子區(qū)域中每個角度分隔段的向量數(shù)，那么每個子區(qū)域的信息熵為：subEntropy[i]=Σj=0numOfBins[i]-1Pj×log2(1Pj),]]>其中：Pj=Bins[i][j]SumBins[i],j=0,1,2,...,numOfBins[i]-1]]>這里SumBins[i]表示子區(qū)域i的向量總數(shù)。設定factor為子區(qū)域的影響因子，取值在(0,1)，則:subEntropy[i]≥factor×Max{subEntropy[i],i＝0,1,2,…,M×N×L}只有滿足上述條件的熵值才是合適的子區(qū)域。3、臨界點檢測檢測符合控制條件的信息熵子區(qū)域中是否存在臨界點，即流場中速度為0的點：設ui,vi,wi,i＝0,1,2,…,n-1,如果是二維的情況n＝4,三維時n＝8，表示每個子區(qū)域n個頂點上向量的三個變量，而流場中任意一點的速度:Vk=uk2+vk2+wk2]]>如果Vk＝0,則必有uk＝vk＝wk＝0。由根據(jù)線性插值的原理，可知：uk=Σi=0n-1aiui,vk=Σi=0n-1aivi,wk=Σi=0n-1aiwi]]>其中ai為三個變量的距離權(quán)重，ai∈(0,1)。若ui>0,vi>0,wi>0或ui<0,vi<0,wi<0，則子區(qū)域中就必定不存在臨界點。根據(jù)如上所述，如果子區(qū)域符合臨界點存在條件，則在子區(qū)域根據(jù)臨界點特征放置種子點。臨界點特征包括：漩渦；源點、匯點；鞍點。臨界點特征可由臨界點處的雅克比矩陣的特征值來確定，雅克比矩陣如下：∂(u,v)∂(x,y)=∂u∂x∂u∂y∂v∂x∂v∂y]]>如果是三維的情況，還需有如果不符合臨界點存在條件，則在子區(qū)域中心以規(guī)則四邊形方式撒點。經(jīng)過上述放置種子點后，剩下的子區(qū)域，采用隨機放置種子點方式，分別在各個子區(qū)域撒上種子點。4.球面坐標下的流場：圖3是本發(fā)明同一實施例的球面流場示意圖，球面坐標下的流場通常應用于地球表面的流場。在地理坐標投影里，可將地球投影為平面的地理坐標。通常情況下，地球表面數(shù)據(jù)的位置坐標，按照經(jīng)緯度表示，也就是投影到平面地理坐標上就是一個矩形區(qū)域。利用上文所述，在二維直角坐標系下，可以獲得種子點經(jīng)緯度坐標則球面坐標可設為鑒于本實施例為等比設計，系統(tǒng)默認r為1。由于在繪制圖形時，計算機屏幕上展示是直角坐標系，因此需要將直角坐標轉(zhuǎn)化為屏幕像素坐標。(1)將球面的坐標轉(zhuǎn)化為直角坐標：該轉(zhuǎn)化后的坐標是可視化系統(tǒng)中的實際坐標，系統(tǒng)在展示的過程中為了更好的表現(xiàn)地球的效果，采用了在球面上貼平面地圖的方式，加上拓撲結(jié)構(gòu)后，顯示更加逼真。為了實現(xiàn)局部流場圖繪制，將可視化系統(tǒng)的實際坐標轉(zhuǎn)化成屏幕的像素坐標。(2)將可視化系統(tǒng)坐標轉(zhuǎn)化為屏幕像素坐標令Dis為視點到屏幕的距離，θ為視角，h為在可視化系統(tǒng)中視口的高 度，w為可視化系統(tǒng)中視口的寬度，H為視口的屏幕像素高度，W為視口的屏幕像素寬度則：tanθ2=h/2Dis]]>得出：h=2×Dis×tanθ2]]>由于：wh=WH]]>得出：w=h×WH]]>如果上一步計算出的種子點的坐標為(x,y,z)，則轉(zhuǎn)化為屏幕像素坐標為(x′,y′)，其中：x′=xw×W]]>y′=yh×H]]>5.系統(tǒng)交互設計：(1)平移在可視化系統(tǒng)中，平移有兩種，一種是平移所畫的物體，另一種是平移視點也就是平移相機，在本實施例中系統(tǒng)的平移采用平移相機。設照相機的原始位置為(cx,cy,cz)，物體坐標為(x,y,z)，平移量為(Δx,Δy,Δz)，規(guī)定往坐標軸正方向平移時為正，那么相機平移后的坐標為：(cx+Δx,cy+Δy,cz+Δz)物體的平移與相機的平移方向正好是相反的，則物體的坐標為：(x-Δx,y-Δy,z-Δz)(2)縮放圖4是放大圖3呈現(xiàn)出的流場示意圖；圖5是放大圖4呈現(xiàn)出的流場示意圖，所謂近大遠小在計算機圖形學中是通過透視投影實現(xiàn)的，這里的遠近指的是相機距離物體的遠近，因此在本實施例中，縮放主要是由相機到物體的距離來決定。根據(jù)LOD多層次細節(jié)化思想，如果將相機拉近，本實施例將展示流場局部細節(jié)信息。因此在計算種子點時，網(wǎng)格劃分需要更加的細致，于是網(wǎng)格劃分的跨度隨著相機的逐漸靠近而縮小，這樣在推近相機時，就可以看到更加細節(jié)的流場展示。設step為網(wǎng)格劃分的跨度，照相到物體的距離為D，經(jīng)過推近的相機到物體的距離為D′，令step＝k是跨度的初始值，那么：step′=D′D×step]]>由于step不可一直縮小或放大，則控制step∈[2,k]。令物體投影的平面為Ax+By+Cz+M＝0,相機的位置(cx,cy,cz)，那么：D=|A×cx+B×cy+C×cz+M|A2+B2+C2]]>以上所述的具體實施方式，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。當前第1頁1 2 3