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体绘制算法研究与气象可视化系统实现

作　者: 易会战
导　师: 宋君强
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: DMS 数据管理频域体绘制错切变形体绘制并行地图投影向量
分类号: TP399
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
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内容摘要

科学计算可视化作为科学研究的重要辅助工具，能够辅助科学家和科研人员直观洞察大量观察和科学计算生成数据的内涵与本质。科学计算可视化的概念是80年代末被正式提出的，在这十多年里，计算机与计算技术飞速发展，数据观测仪器设备有很大的进步，生成了大量的科学数据，数据量级增长了百倍至千倍。科学家动辄面对上百兆比特乃至吉比特的数据集，海量数据给科学研究工作带来更大的困难。挖掘数据中关键信息的过程使数据的可视化更加重要，为可视化研究提供了强劲的动力。气象可视化是可视化的重要应用领域，大量的气象数据必须采用可视化方法，转化为图形、图像才能了解其内部的规律。要完成气象数据的可视化，输入数据的管理是关键性的问题。本文对以往的可视化系统的前端数据管理存在的问题进行了分析，提出了新的数据管理方案。为了验证我们的方案，针对MM5气象模式的数据输出实现了一个数据管理系统(DMS)。算法研究是可视化的主要研究领域，本文的研究涉及两类体绘制算法：频域体绘制和错切变形体绘制。本文对频域体绘制算法进行了深入研究，实现了一个频域体绘制算法；针对频域体绘制算法存在的问题，找到解决的思路，实现了一个投影宏体素算法，并且提出了一种新的频域体绘制算法的并行思路。本文提出了两次分类错切变形体绘制算法，该算法充分发掘体数据的一致性，首先对数据进行第一次分类，对第一次分类的结果进行行程编码，实现了数据的压缩，对压缩的体数据进行第二次分类绘制；同时依据两次分类的特点，利用八叉树进行加速，实现了有效的体绘制算法。本文对几类错切变形算法进行了比较，典型数据集的测试证明两次分类算法比同类错切变形体绘制软件加速算法更加优越，可以节省40-70％的时间。可视化在具体应用领域也存在很多问题需要研究，在地球、空间、环境和气象等领域，全球数据的可视化是经常面临的一个问题。由于地球是一个不可展曲面，在平面上直接表示球面上的向量数据存在着误差。本文对直接表示方法存在的问题进行了讨论，提出了一种新的基于地图投影的向量可视化方法，并给出了球坐标系下的向量可视化方法，推导出坐标和向量的变换公式。基于新的坐标和向量变换公式进行了试验对比，证明新方法能够得到更好的向量显示。

全文目录

中文摘要  5-6
英文摘要  6-7
第一章引言  7-11
  §1．1 科学计算可视化流程  7-8
  §1．2 数据层研究  8
  §1．3 算法层研究  8-9
  §1．4 应用层研究  9-10
  §1．5 论文结构  10-11
第二章相关知识  11-22
  §2．1 频域体绘制理论基础  11-16
  §2．2 错切变形分解原理  16-18
  §2．3 体绘制光学模型  18-20
  §2．4 地图投影基础  20-22
第三章可视化系统前端数据管理系统设计与实现  22-28
  §3．1 引言  22
  §3．2 设计目标  22-23
  §3．3 系统实现  23-26
  §3．4 小结  26-28
第四章频域体绘制算法  28-42
  §4．1 频域体绘制算法  28-34
  §4．2 投影宏体素算法  34-41
  §4．3 小结  41-42
第五章两次分类错切变形体绘制  42-50
  §5．1 引言  42-43
  §5．2 两次分类错切变形体绘制算法  43-44
  §5．3 八叉树辅助两次分类错切变形体绘制算法  44-46
  §5．4 测试与结果分析  46-49
  §5．5 小结  49-50
第六章地图投影中的向量显示  50-58
  §6．1 引言  50-51
  §6．2 地图投影中的向量变换公式  51-55
  §6．3 球坐标系映射方法  55-56
  §6．4 试验  56-57
  §6．5 小结  57-58
第七章软件系统  58-60
  §7．1 FVRPACK体绘制软件包  58-59
  §7．2 DMS数据管理应用系统  59
  §7．3 小结  59-60
第八章结束语  60-61
致谢  61-62
参考文献  62-65
附录A  65-66
附录B  66-71
附录C  71-73
附录D  73-74

体绘制算法研究与气象可视化系统实现

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