基于纹理的高质量非稳定场可视化研究

It is important for observing the unsteady structure of complex flow field (such as turbulent flow) to study and develop the unsteady flow visualization techniques. Unsteady flow streak surface constructing and enhancing visualization techniques are focused in this proposal. This proposal included three main research contents as follows: (1) According to the characteristics of the flow field,for example swirl and twist, streak surface construction algorithms will be studied; (2) In order to enhance some characters on the constructed streak surface, a texture enhancement technique based on tensor field and total variation model will be studied. (3) The hybrid computing techniques based on CPU and GPU will be discussed to solve the problems stemming from expensive computation during streak surface texture computation. The accomplishment of this scientific research will provide an effective solution to unsteady flow visualization using streak surface.

研究非稳定场中特征结构的可视化方法，对于观测复杂流场（如湍流场）中的不稳定结构等信息具有重要意义。本项目主要研究非稳定场特征结构Streak surface的纹理增强技术。主要研究内容包括：（1）研究基于非稳定场中特征结构（如：漩涡、缠绕等）的Streak surface构造技术，实现流场的特征分析与跟踪；（2）研究采用基于张量场和全变分模型的纹理技术，增强Streak surface中不稳定过程的特征结构，为用户提供更多流场细节；（3）针对Streak surface纹理增强计算量大等问题，研究基于CPU-GPU的混合计算技术，提高非稳定流场数据可视化的计算效率。本项目的实施，将为从事流体计算相关领域的研究人员提供一种方便、高效的可视化分析手段。

研究非稳定场中特征结构的可视化方法，对于观测复杂流场（如湍流场）中的不稳定结构等信息具有重要意义。本项目主要研究非稳定场特征结构 Streak surface 的纹理增强技术。主要研究内容包括：（1）研究基于非稳定场中特征结构（如：漩涡、缠绕等）的 Streak surface 构造技术，实现流场的特征分析与跟踪；（2）研究采用基于张量场和全变分模型的纹理技术，增强 Streak surface 中不稳定过程的特征结构，为用户提供更多流场细节；（3）针对 Streak surface 纹理增强计算量大等问题，研究基于 CPU-GPU 的混合计算技术，提高非稳定流场数据可视化的计算效率。.通过本项目的实施, 项目组提出感知增强型流场可视化方法，该方法能够有效展现流场结构特征、各属性间的相互作用及其复杂的流动物理现象，为用户提供良好的流场可视化分析环境，提高流场科学数据处理效率和可视分析能力；提出基于层次聚类的ColorLIC纹理绘制技术，从属性场自身的特性出发，通过采样使值大小相邻的属性点聚合一个基类中，实现局部最优；通过聚类来不断的扩大临近点的范围，保证一个类中的所有属性点临近，有效解决颜色映射分布不均情况；提出基于GPU加速实现的稀疏噪声纹理生成的改进三维矢量场VolumeLIC绘制技术，该绘制技术可应用于清晰展现暴风场、燃烧场等各类三维流场内部结构特征，生成的三维纹理场结构清晰、绘制效率高, 有效地缓解三维复杂矢量场卷积数据过多引起的遮挡与混乱现象。项目组研发的大规模流场物理过程可视分析平台，该平台简单实用，通用性高，多种混合绘制技术能够有效展现燃烧室、进气道等流场数据内部反应情况，切面、剖分等交互方式多视图显示局部细节特征，并通过图表、曲线图等分析工具统计分析具体网格单元的信息。该平台已经在相关单位安装测试并使用，完成测试案例300例，与传统CFD软件相比提升70%以上的绘制效率，系统故障率0.6%，功能事务成功率100%，有效加速对流场数据的分析统计过程，得到CFD流场专家的广泛好评。.本项目的研究成果，可为从事流体计算相关领域的研究人员提供一种方便、高效的可视化分析手段。