基于流线相似性的流场并行可视化方法研究

摘要

流场可视化是科学计算可视化的研究重点之一。在各种流场可视化方法中，流线可视化方法因为其可以直观的展现流场本质和变化规律而被广泛应用。但是，流线可视化方法容易造成可视化效果的杂乱，在三维流场中该问题尤为严重;且随着计算精度的提高，流线生成过程计算耗时也相应增加，影响了可视化效率。针对流线可视化方法存在的上述问题，本文研究了基于流线相似性的流场并行可视化方法，主要工作如下:
　　首先研究了流线生成方法，实现了一种自适应积分步长的流线生成方法，其中包括点定位、速度矢量插值、积分方法等过程。在生成流线后，利用流线的曲率、挠率两种空间属性提取流线特征点，通过特征点判断流线形状相似性，并结合判断流线间距离相似性的方法，设计出判断三维流线相似性的方法，减少了可视化结果中流线杂乱的现象。
　　其次针对流线生成算法计算效率低的问题，本文采用并行计算技术提高计算效率。分析了流线生成过程所适用的并行策略，在种子点并行策略的基础上，提出了任务均等划分和冗余任务再划分相结合的并行任务划分方法，该方法可以将任务相对均等的分配给各个节点，避免单节点负载过大的情况。针对相似性并行判断时存在的阻塞等待情况，提出了基于双缓存队列的循环检测方法，避免阻塞等待问题。
　　最后在Windows环境下进行实验分析验证。对基于流线相似性的可视化结果和在串行、并行环境下算法的计算效率进行了对比分析。实验结果表明通过判断流线间的相似性可以约简生成的流线，减少可视化结果的杂乱现象;同时本文并行算法可以明显减少流场可视化时间，可有效提高流场可视化效率。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1研究背景和意义

1．2国内外研究现状

1．2．1流场可视化研究现状

1．2．2并行可视化研究现状·

1．3论文的主要工作

1．4论文的组织结构

第2章流场并行可视化相关技术

2．1流场可视化基础

2．1．1流场可视化基本流程

2．1．2流场可视化方法

2．2常用流线相似性度量方法

2．2．1 欧几里得距离

2．2．2夹角余弦相似度

2．3并行计算基础

2．3．1并行编程模式

2．3．2并行算法分类

2．3．3并行程序设计模型

2．3．4并行计算性能评测指标

2．4本章小结

第3章基于相似性的流线生成算法研究

3．1流线生成方法

3．1．1点定位

3．1．2速度矢量插值

3．1．3流线积分方法

3．1．4流线生成过程

3．2相似性判断方法设计

3．2．1流线距离计算

3．2．2流线空间属性

3．2．3相似性判断过程

3．3基于相似性的流线生成算法过程

3．4本章小结

第4章流线生成算法并行化设计

4．1并行策略分析

4．2并行任务划分

4．2．1任务均等划分方法

4．2．2冗余任务的再划分方法

4．3相似性并行判断

4．4本章小结

第5章实验验证与结果分析

5．1实验环境简介

5．2实验验证与分析

5．2．1流线生成算法验证与分析

5．2．2并行算法验证与分析

5．3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢