爆炸流场特征提取及其可视化软件开发

流场特征提取是分析大规模流场数据的需要，也是流场可视化技术发展的重要方向。本项目以爆炸流场为研究对象，研究高效可靠的爆炸流场特征提取算法，跟踪特征变化过程，分析特征的时空变化模式，检测特征事件，并对特征以及特征的变化过程进行可视化处理；在此基础上，开发相应的软件工具和分析程序，帮助物理学家分析爆炸流场数据，洞察爆炸现象的内在规律。为了提高分析效率，本项目将采用特征预测技术，把静态特征提取与动态特征跟踪结合起来，减少特征搜索空间，降低计算量；同时采用并行机制对相关算法进行优化设计，利用多核多处理器计算资源，提高软件系统的实时性和交互性。最后，选择典型的爆炸力学问题，结合物理实验和数值模拟结果，对所设计的算法和软件系统，进行测试与验证。

流场特征提取是分析大规模流场数据的需要，也是流场可视化技术发展的一个重要方向。本项目以爆炸流场数据分析及其可视化需求为背景，开展流场特征提取及其可视化方法研究，并在此基础上开发实用的可视化软件和系统。围绕这些内容，本项目完成了如下研究工作并取得了相应的研究成果：. （1）在流场特征提取方面，研究了二维流场和三维流场的拓扑分析方法，提出了基于虚拟边界的平面流场拓扑分析方法、基于虚拟边界的极限流线提取方法。. （2）在流场及其特征可视化方面，提出了一种由流场拓扑驱动的平面流场流线放置方法、一种基于双重控制网格的二维流场流线放置方法、一种间隔基本均匀的三维流场流线放置方法；借助这些方法，实现了爆炸流场及其拓扑特征的可视化。. （3）针对二维流场纹理合成，提出了基于HSV颜色模型的二维流场可视化方法，可以同时可视化流速大小和方向，并将其应用二维爆炸场的可视化处理。. （4）研究了基于流线的多分辨率流场可视化，提出了适用于二维流场和三维流场的多分辨率分析方法。. （5）为了加速大规模流场的可视化处理，研究了基于流线的二维流场并行可视化问题，提出了一种无数据共享冲突的并行流线放置方法，实现了多核多处理器平台上的并行流线放置，填补了这方面的技术空白。. （6）针对三维爆炸场体绘制过程计算量大耗时长的问题，研究并实现了三维爆炸场的快速可视化，通过加速处理提高了三维爆炸场可视化的实时性和交互性。. （7）在分析爆炸冲击波物理属性的基础上，结合三维数据场的体绘制过程，提出了一种基于压力梯度值的冲击波特征检测与可视化方法；借助该方法可以清晰揭示三维冲击波的形成发展过程。. （8）开发了三个特征提取和可视化方面的工具软件，分别是：二维流场特征提取及可视化系统、基于流线的二维流场并行可视化软件、交互式二维流场流线编辑工具软件。. 基于上述研究工作，申请国家发明专利5项，其中1项已经获得授权；申报并获得计算机软件著作权登记3项；发表学术论文13篇，其中可视化领域顶级国际期刊IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics论文1篇（SCI、EI检索），EI检索国内期刊论文7篇，EI检索国际会议论文5篇。此外，在本项目的支持下，培养博士研究生1名，硕士研究生4名。