2018浙江大学可视化暑期学校-第九天

课程:Flow Viusalization
讲师:Xiaoyang Mao
讲师简介:
Xiaoyang Mao是日本山梨大学计算机科学与工程系教授。她的研究兴趣包括纹理合成,视觉感知,非照片般逼真的渲染,VR / AR及其在可视化中的应用。
课程简介
1.流场的基本概念

流场的几何表示方法:
(1)流线(streamline)是同一时刻,瞬时速度与流场相切的所有质点组成的曲线。它给出该时刻不同流体质点的运动方向。
streamline

图1 streamline

(2)迹线(pathline)是一特定流体质点随时间改变位置而形成的轨迹。
pathline

图2 pathline

(3)脉线(streakline)是指在某一时间间隔内相继经过空间一固定点的流体质点依次串连起来而形成的曲线。
streakline

图3 streakline

一般情况下,流线、迹线、脉线是不同的,但在定常流中,它们是互相重合的。

流场的显示方法:
(1)壁面示踪法
在物体表面涂上某种物质,当流体流过物体表面时,由于应力、压力、温度分布不同在图层上显示出物体附近的流动图案。常用的有油膜、药膜等。

(2)丝线法
将短丝线一端贴在物体表面,另一端自由漂浮在流场中,可观察物面流、边界层流动、分离流、尾流、漩涡等。

(3)直接注入示踪法
利用染料、墨水、烟线和放射性粒子等辅助观测。

2.流场的可视化方法

(1)基于几何的可视化方法
几何可视化是指从流场数据中抽取诸如流线、迹线、脉线等几何体来用于可视化的显示。
几何可视化方法可以更好的观察矢量场,在一定程度上表现出场的连续性,但也存在一定缺陷。可视化质量的好坏,严重依赖于初始质点源位置的选取,选的不好或过少常常会漏掉流场中重要的特征和细节,选的过密,又会造成视觉上的混乱。

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图4 基于几何的可视化方法

(2)基于纹理的可视化方法
该方法主要应用纹理来显示流场的方向信息。纹理是颜色按一定方式排列组成的图案,兼具形状和颜色两种属性。纹理空间在图像空间进行,具有图像空间的连续性,可生成具有图像空间分辨率的细致图形。基于纹理的可视化可表现出一定的几何形状,并且通过颜色的有序排列,表达出了一定的方向信息,它克服了传统的基于颜色的映射方法无法揭示方向的缺点。

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图5 基于纹理的可视化方法

(3)基于特征的流场可视化方法
该方法第一步是特征提取,其目的是为了判定、量化以及描述数据集的特征。对于一个具体的研究问题,特征可以被宽泛地定义成任何地物体、结构或者区域,所以大多数的特征判别方法是针对于某个特殊问题的。基于特征的流场可视化方法可以归纳为以下三种情况:基于图像处理、基于拓扑分析以及基于流场物理特点。

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图6 基于特征的可视化方法
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