[发明专利]一种基于多面体管道的三维流场多变量数据可视化方法

权利要求书

1.一种基于多面体管道的三维流场多变量数据可视化方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、输入三维流场多变量数据，其中包括描述三维流场流速的矢量数据以及多个描述流场物理量的标量属性数据，对各个属性数据分别进行归一化处理；

步骤二、从属性数据中选取多个需要可视化的物理量，将其分别标记为a₁、a₂、…、a_M，其中M为选取的物理量的数目，M大于或等于3；

步骤三、在三维流场内部选取一个或多个流线种子点，根据流线种子点和流场矢量数据计算流线；

步骤四、选取步骤三得到的部分或全部流线，针对每条流线L执行步骤五；

步骤五、从流线L上第一样本点开始，依次取两个相邻的样本点P_i和P_i+1，执行步骤六到步骤八；

步骤六、从输入数据中获取样本点P_i和P_i+1的矢量数据T_i和T_i+1，分别在P_i和P_i+1处建立局部正交坐标系N_iB_iT_i和N_i+1B_i+1T_i+1，其中建立局部正交坐标系的方法是：将流线上的样本点与视点连接起来建立单位化的视线向量V，然后根据样本点的矢量T，得到B＝T×V、N＝B×T，由三个互相垂直的向量N、B、T一起构成样本点的局部正交坐标系NBT；

步骤七、设定管道半径参数λ，在局部坐标系N_iB_iT_i的N_iB_i平面内以原点为中心建立外接圆半径为λ的正多边形G_i，使G_i的一个顶点在N_i轴上；按照同样的方式在局部坐标系N_i+1B_i+1T_i+1的N_i+1B_i+1平面内建立正多边形G_i+1；将多边形G_i和G_i+1对应的顶点分别连接起来，得到一小段多面体管道F_i；在N_iB_i平面内从N_i轴开始按逆时针顺序将F_i的侧面依次标记为f₁、f₂、…、f_M；

步骤八、从输入数据中获取样本点P_i的物理量a₁、a₂、…、a_M各自对应的取值m₁、m₂、…、m_M，根据m₁、m₂、…、m_M确定M种颜色值C₁、C₂、…、C_M；采用颜色值C₁、C₂、…、C_M对F_i的侧面f₁、f₂、…、f_M依次着色。

2.根据权利要求1所述的一种基于多面体管道的三维流场多变量数据可视化方法，其特征在于：所述步骤三中计算流线的方法包括但不限于Euler算法或Runge-Kutta算法。

3.根据权利要求1所述的一种基于多面体管道的三维流场多变量数据可视化方法，其特征在于：所述步骤四中选取流线的方法包括但不限于随机选取或者根据流线编号依次等间隔选取。

4.根据权利要求1所述的一种基于多面体管道的三维流场多变量数据可视化方法，其特征在于：所述步骤八中的颜色值C₁、C₂、…、C_M可以按照某种一致的颜色映射规则确定，也可以通过查找预先设定的颜色表来确定。

5.根据权利要求1或4所述的一种基于多面体管道的三维流场多变量数据可视化方法，其特征在于，所述步骤八中的颜色确定方案包括：按照HSV颜色模型，即“色调-饱和度-亮度”颜色模型，将所有颜色设定为完全饱和，其饱和度值固定为1.0，然后为物理量a₁、a₂、…、a_M分别指定最大等间隔的色调值h₁、h₂、…、h_M，并将各个物理量的取值m₁、m₂、…、m_M作为颜色的亮度值，由此得到M种颜色C₁、C₂、…、C_M。