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时间:2011-02-10 16:03来源:蓝天飞行翻译 作者:admin
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根据属性数据在空间的分布,其数据场可分为规则分布和不规则分布。
数据场的可视化目前主要集中在二维和三维。二维标量数据场的可视化比较成熟,三维场还在不断发展。
"数据场可视化的处理方法
数据场可视化是把数值计算或试验测量的大量数据转换为人的视觉可以感受的计算机图像,即用直观的图形输出代替数字输出。计算机图形学处理的对象是曲线和曲面等几何对象。可视化要处理的对象则是数据场。计算机图形学中已有许多算法来显示与处理各种实体,还配备了专用硬件。可视化处理方法主要有:
其一,从数据场中提取曲线信息及提取边界曲面和等值面等曲面信息,其后采用原有显示技术对其加以显示。这种方法的缺点是:在构造曲面的过程中会丢失大量信息,主要是曲面内部或曲面外部的信息。因此,只是显示某些特殊的局部信息。
其二,剖面显示,即研究体数据在某一剖面上的分布情况,这种方法在发动机试验中很有效。例如,显示在垂直于发动机轴的各主要特征截面的数据信息。
其三,体绘制技术。这种方法的特点是对体数据进行整体显示,即将数据场的不同层次、不同材料以及不同特性都在一幅图像中整体表现出来。显然,体绘制方法有助于人们把握数据场的全局。
下面以三维数据场可视化的处理过程为例,阐述其主要处理过程。
()数据预处理
可视化的输人数据来自计算机模拟计算的数据或试验测量数据,也可从数据库中调用。可视化软件中的预处理模块应能处理数值数据、几何数据和图像数据,并能使数据格式化、标准化。对数据的存储、管理和调用,通常采用广泛的数据库管理。
对于模拟计算和试验测量的数据,可能含有外来“噪声”,一般不能直接输入到可视化功能处理模块中,通常需对其进行变换处理,进行某些增强、预备或清理过程,以及进行坐标变换、
几何变换与线性变换等。()影射影射实质上是构模。它是将数值模拟和试验测量的数据影射成可绘制图像的几何数据,它是三维数据场可视化的核心部分。对不同类型的数据有不同的影射。例如: 对一维标量数据场采用线画图、直方图和柱形图;对二维标量场,常采用网格序列 •%•
 
法、网格无关法、区域填充法;三维标量场的影射主要包括断层间表面重构技术、等值面的生成和绘制技术及体绘制方法。
断层间表面重构是从一系列断面上的轮廓线中推导出相应实体的空间结构。这种技术广泛应用于医学、生物、材料工程和构件检测。常采用拓扑重构、三角片表面重构及面向体重构等。
等值面生成和绘制技术应用很广,很多标量场问题均可归纳为等值面的抽取和绘制。如有限元分析中包括等势面、等压面、等位面、等温面的生成,常用方法有 "%&’’显示法、 ()%*+&,-"算法、有限元中的等值面生成、几何变形模型和模型法等。
"体数据显示方法有:一种是以像素顺序进行,即依序处理像素;另一种是依序处理体元。常用的体绘制法是材料混合法,它是首先将输入的体数据转变成一系列物质比例体,物质比例体中的每一数据表现了在此区域内某物质存在的概率。物质比例体可以通过输入方式构造,也可以利用概率划分的方法进行拘造。例如,构造颜色体,可以通过将每一种物质给出一种颜色,对体中的任一位置,由物质比例体可以得知此处各物质的比例,将各种物质的比例与其对应的颜色相乘后相加,就可以得到颜色体。
另一种体绘制方法是源一衰减方法,它是通过一个映射,依据节点处的灰度值,对每一节点分配一个发光强度及一个衰减因子。当光线穿过体数据的定义区域时,沿光线进行采样,利用体元顶点处的值进行插值获得采样点的发光强度及衰减因子,由此计算出光线在此体元内所发出光的总量及对光的衰减程度。由前至后反复进行此过程,将所得结果与所发出的光进行结合,最终结果作为此光线的颜色。体绘制法采用光照模型直接从数据场绘制出各类物理量的分布,因此这种直接体绘制技术能显示出对象体丰富的细节内容。
矢量场和张量场不同之处在于每个物理量不仅有大小,而且有方向,其影射方法包括矢量场线和面的生成、质点跟踪、矢量场拓扑及张量场中超流线可视化方法等。(.)绘制
绘制是将影射所获得的几何数据转换成图像数据。绘制中可以采用计算机图形学理论和方法,包括扫描转换、隐蔽面的消除、光照模型、明暗处理、透明与阴影、纹理影射和反走样技术等。通常计算机图形学提供的绘制方法基本上可以满足可视化绘制要求。
(/)显示
显示是将绘制生成的图像数据在指定的输出设备上按一定要求(如显示窗口的大小与位置、存储格式等)进行输出。显示模块除完成可视图像信息的输出功能外,还应实现人一机交互界面。可视化系统中的人一机交互过程包括与图形的交互、与数据的交互。
.0数据场可视化技术的相关知识三维数据场的可视化涉及计算机图形学、图像处理和视觉信息等诸方面知识,现概述有关几何变换、视图变换及颜色的基本知识。
(1)几何变换
由于物理对象是在一公共坐标系定义的,屏幕图形实际是以物理设备坐标系定义的,基于此,在实现可视化时,需要对对象进行一系列几何变换,包括图形对象的放大和缩小、改变图形对象方向性的旋转变换、定位图形对象的平移变换等。
(2)视图变换
•12.3•

 
三维图形对象的视觉效果与观察者的方向和位置紧密相关。常用方法是将三维目标影射到二维输出设备。其投影有平行投影(利用多视图产生立体效果)、透视投射(利用摄像原理获得立体图像)。
()颜色在人眼感觉到的可见光谱中,不同波长引起的颜色感觉不同,例如,波长 "%为红色、 &’%为黄色、 &(%为绿色以及 )"%为蓝色等。
颜色分非彩色和彩色。彩色有三种特性:明度、色调(红、橙、黄、绿、蓝、青、紫等)、饱和度(即掺人白光的多少)。色调决定于波长。红、绿和蓝是三基色。红色 *绿色为黄色;红色 *蓝色为紫色;蓝色 *绿色为青色;红色 *蓝色 *绿色为白色。
可视化技术普遍采用彩色图像。其显示方式有:
伪彩色图像显示。它通过人工方式对图像着色之后再显示出来。例如,像素与温度有关,因此可利用伪彩色技术来区分不同的温度。首先选择颜色,然后确定温度与颜色的映射关系。颜色数一般控制在 (+种以内,中间用颜色平滑过渡。
 
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