[发明专利]一种基于场线处理技术的三维爆炸场可视化方法

说明书

本发明公开的一种基于场线处理技术的三维爆炸场可视化方法，属于爆炸力学领域。本发明给定移动立方体方法中用于生成三角面片的阈值，利用等值面上平均生成场线的放置方法，结合光照技术实现展示爆炸场中粒子走向的矢量可视化，能够增加场线立体感，并用颜色表示出矢量大小，得到清晰完整的三维爆炸场可视化效果图。本发明以网格顶点与阈值大小关系而生成的三角面片来集合成等值面，并且能够通过调整阈值大小筛选等值面，同时引入调整系数e控制场线的疏密程度，克服现有可视化技术在处理大规模数据场时，图像中箭头前后遍布、杂乱无章或者场线过于密集导致爆炸场流动特性显示不明的问题。本发明能够应用于爆炸力学领域并解决相关工程技术问题。

技术领域

本发明属于爆炸力学领域，尤其涉及一种基于等值面上的场线处理技术对三维爆炸场的矢量进行可视化方法。

背景技术

矢量场可视化是科学计算可视化的重要环节，在科学计算和工程分析中扮演重要的角色。计算爆炸力学研究的问题，通常用流体弹塑性动力学模型来描述。在研究过程中，伴随着各种参量(速度、压力、应力和温度等)。其解决方法通常有拉格朗日法和欧拉法，这两种方法都需要不断追踪材料质点的运动。矢量场可视化不仅能够显示质点数据的大小，还显示质点运动的方向。因此，可以预料矢量可视化将成为计算爆炸与冲击问题可视化研究的重点。

目前，常用的矢量场可视化方法大体上也可分为直接法、几何法和纹理法三种。直接法包括颜色编码法和箭头法。几何法是用等高线、等值面、场线、流管和流面来表示流场。纹理法主要包括点噪声法(Spot Noise)、线积分卷积法(LIC)和一些扩展技术等。其中某些技术已经在二维爆炸场矢量可视化中运用，如通过分析LIC(Line Integral Convolution)方法和速度数据的特点，实现着色噪声LIC方法CLIC(Coloring noise LIC)，用颜色区分不同的运动方向，结合箭头法对二维爆炸场数值模拟的速度数据进行可视化处理，可以清晰地展示爆炸场整体型貌。

对于三维爆炸场的矢量可视化，由于数据规模大，箭头图标在显示过程中前后影响，导致图像杂乱无章，而显示太少又不能充分展现出爆炸场的变化情况，图标之间缺少联系，表示不出矢量场的连续性。应用场线技术，能够很好的揭示爆炸场中粒子的走向。但是目前已有的采样算法不完全适用于爆炸场的可视化。例如：场线均匀间隔放置法不能够显示出爆炸的现象；种子点模板法能够掌握数据场的全貌，但由于场线的空间交叉显得图像较为混乱；尽管基于图像引导的放置算法生成的图像没有视觉混乱现象，但它不能实现对整个数据场的显示。

发明内容

本发明公开的一种基于场线处理技术的三维爆炸场可视化方法要解决的技术问题是：利用等值面上平均生成场线的放置方法，结合光照技术实现展示爆炸场中粒子走向的矢量可视化，能够增加场线立体感，并用颜色表示出矢量大小，得到清晰完整的三维爆炸场可视化效果图。本发明以网格顶点与阈值大小关系而生成的三角面片来集合成等值面，并且能够通过调整阈值大小筛选等值面，同时引入调整系数e控制场线的疏密程度，克服现有可视化技术在处理大规模数据场时，图像中箭头前后遍布、杂乱无章或者场线过于密集导致爆炸场流动特性显示不明的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案：

本发明公开的一种基于场线处理技术的三维爆炸场可视化方法，以网格顶点与阈值大小关系而生成的三角面片来集合成等值面，并且能够调整阈值大小来筛选出适合具体爆炸情况的等值面，同时引入调整系数e控制场线的疏密程度，能够克服现有可视化技术在处理大规模数据场时，图像中箭头前后遍布、杂乱无章或者场线过于密集导致爆炸场流动特性显示不明的问题；此外，通过对生成的场线通过光照技术增加场线立体感，用颜色表示出矢量大小，得到清晰完整的三维爆炸场可视化效果图。

本发明公开的一种基于场线的三维爆炸场可视化方法，包括如下步骤：