三维矢量场可视化方法研究-地理学;地图学与地字理信息系统专业毕业论文.docx

摘要摘要 摘要 摘要 近年来，在地学领域中，包括地质，水文，气象，流体动力学，大地测量等， 关于三维空间信息的研究与日俱增。三维可视化作为获取信息最直观快捷的方 式，在信息表达方面具有独特的优势。矢量场描述了许多非常重要物理现象。矢 量场可视化是理解矢量场运动规律的有力工具，在科学计算和工程分析中发挥着 重要作用，已被广泛应用于地质勘探、天文气象等领域。随着计算流体力学的快 速发展迫切需要一种能有效帮助研究人员分析理解大量数据集所蕴含规律的技 术，特别是在工程计算、地学领域，矢量场研究者需要耗时更少，性能更好的可 视化方法。 三维矢量场的可视化一直是矢量场可视化中的重点和难点，目前能够描述三 维矢量场有点图标法、矢量线法、矢量面法、矢量管法等，点图标法能够表现出 矢量场的在三维空间中的运动轨迹，但其无法体现出矢量场的整体特征。因此本 文基于地学领域的三维可视化，针对地学机理与过程所产生的三维矢量场数据， 在对已有的三维矢量场算法的研究和实现的基础上，采用四面体多分辨率网格自 适应生成技术来进一步提高点图标法在进行三维表达时的整体特征和质量。同时 实现了三维矢量场与标量场的融合表达。具体成果包括以下方面： (1)四面体多分辨率网格自适应生成 根据模型计算和三维可视化的要求，基于网格离散方法的研究，提出了四面 体网格自适应生成算法，通过平面网格模型构建、模型几何特征识别、尺寸控制、 模型自适应平面网格生成、四面体多分辨率网格生成四个步骤实现对四面体多分 辨率网格的自适应生成，并应用到太湖流场和浓度场的三维可视化中。 (2)三维矢量场与标量场的融合表达 主要研究矢量场与标量场融合表达的理论，点图标法、矢量线法、矢量面法、 矢量管法的三维矢量场可视化表达及其与三维标量场的融合表达，使得三维矢量 场和标量场的三维可视化表达更加的清晰、直观。 (3)原型系统设计 本文在研究基于地学的三维矢量数据场可视化算法的基础上，基于．net和 VTK来构建三维矢量场可视化原型系统。 通过实例证明本文所提算法可靠高效，可在一定程度上解决地学机理与过程 模型分析中产生的三维矢量场数据对三维矢量场可视化的需求。 关键词：矢量场，标量场，三维可视化，融合表达，多分辨率，网格自适应 AbstractAbstract Abstract Abstract In recent years．the research about three-dimensionalirifermation on the field of gee—science，including geology,hydrology,meteorology,fluid dynamics，geodesg etc． is growing．3D visualization as the most intuitive and efficient way of get information has a unique advantage in express information．Vector field describes lots of very important and common physical phenomenon．Vector field visualization is a powerful tool to understand the laws of motion of the vector field and plays all important role in scientific computing and engineering analysis．It has been widely used in geological exploration，astronomy and meteorology,aerospace and other fields．With the rapid development of computational fluid dynamics，we urgently need a technology that Can help researchers understand the law of large data sets．Especially in the Engineering Calculations、Earth Science，vector field researchers need to less time-consuming and better performance visualization methods． Visualization of three-dimensional vector field has always been