三维流场交互式可视化技术研究

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1、三维流场交互式可视化技术研究ResearchonTechniquesofInteractiveVisualizationfor3DFlowField学科专业：计算机科学与技术研究生：宋汉戈指导教师：刘世光教授天津大学计算机科学与技术学院二零一七年十二月万方数据万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同

2、工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据万方数据摘要随着数据的获取变的

3、越来越容易，如何处理数据成为一个重要的方向，流场可视化主要针对流体数据使用计算机图形学方法对其进行直观的显示，可以帮助用户探索和发现信息。在流场可视化中，交互式的方法可以根据用户需要来展示流场可视化的结果，但是目前的交互式可视化方法仍然存在一些问题，例如流线查询算法的搜索结果仍不够准确，基于图的流场交互方法不够直观，很难理解等，为此本文从流线查询和基于图的流场交互两个方向提出解决这些问题的方法。首先，在流线查询中，现有的方法主要基于特征来查询流线，其在整体形状的相似性上表现不佳，因此本文提出一种基于

4、有限子结构的查询方法，并添加控制函数增加查询结果的精确性。该方法首先定义了有限子结构集，而后使用子结构来表示流线，将流线查询问题转为字符串匹配问题。然后使用字符串间的编辑距离来估计流线相似性，最后为了控制流线长度对查询结果的影响且为了减小累积误差，本文设计一种控制函数来调整相似性计算，使得查询的结果更准确。其次，在基于图的流场交互研究中，由于现有的方法构造的图模型不够直观，难以理解，本文设计一种新的图模型，其可以更直观的展示流场结构。除此之外，本文设计了选择和绘制，局部密度控制两种交互式方法来探索流

5、场。通过选择与绘制，用户可以更方便的理解图和流场的对应关系。通过局部密度控制，用户可以通过控制感兴趣区域内的流线密度来观察流场。为了实现局部密度控制，本文提出一种基于网格的密度计算方法，其可以生成多层次密度的结构，流线较少时，用户可以观察感兴趣区域内的流场结构，流线较多时，用户可以观察到更多的细节信息。关键词：有限子结构，流线查询，交互式探索，流场可视化，局部密度控制I万方数据II万方数据ABSTRACTWiththeacquisitionofdatabecomingeasier,howtodeal

6、withdatabecomesanimportantdirection.Theflowvisualizationmainlydisplaysflowdataintuitivelywithcomputergraphicsanditcanhelpusersexploreandfindinformationintheflow.Inthefieldvisualization,theinteractivemethodcanshowtheresultsaccordingtotheuser'sneeds.Howe

7、ver,therearestillsomeproblemsintheinteractivemethods.Forexample,thesearchingresultofthestreamlinequeryalgorithmisstillnotaccurateandtheinteractivemethodbasedongraphisnotintuitiveenough,whichisdifficulttounderstand,etc.Thispapersolvestheseproblemswithth

8、enewmethods.First,inthestreamlinequery,mostofexistingmethodsarerelatedwithfeatures,whichperformpoorlyonthewholeshapesimilarity.Sothispaperproposesaquerymethodbasedonfinitesub-structure.Itdefinesthefinitesub-structuresetandthenusesthefin