线积分卷积二维矢量场可视化方法的研究和改进

摘要

矢量场可视化是科学计算可视化研究领域的一个热门课题。本文针对线积分卷积矢量场可视化方法进行了研究，并对其存在的两个不足点提出了改进。最后，本文基于Visade可视化平台开发了一个该可视化方法的插件，使得算法更易被用户使用。
　　 对算法在添加基本颜色映射之后可视化效果的不足，本文引入非线性的颜色映射方法，最终可视化结果可以更好的展现矢量场的大小分布。其次，为了使可视化结果中的颜色分布更加均匀，本文引入直方图均衡化的思想进行颜色映射，最终可视化结果最大化的利用了颜色表中的颜色空间，且能较好的展现矢量场的大小分布。
　　 为了提高算法的计算效率，本文从原始线积分卷积算法的串行计算任务中提取出四个可以并行计算的子模块，并依托NVIDIA的CUDA架构实现了颜色增强线积分卷积法的硬件加速。结果表明，加速后算法的加速比随着输入矢量场分辨率的增加而增加。因此，该算法适用于高分辨率二维矢量场的可视化，且没有特别高的硬件要求，通用性较好。
　　 为了使线积分卷积可视化方法能更方便的被用户使用，本文基于Visade可视化平台开发了一个该可视化方法的插件。用户可以通过软件系统的图形化用户界面使用插件提供的线积分卷积方法，且可以和可视化结果进行交互。测试结果表明，本文开发的线积分卷积可视化方法的插件简单易用，用户体验良好。

目录

声明

学位论文数据集

摘要

第一章 绪论

1．1 项目背景

1．2 矢量场可视化研究的意义

1．3 国内外研究现状

1．4 论文主要内容及组织结构

第二章 理论基础

2．1 矢量场可视化方法

2．1．1 矢量场可视化的基本流程

2．1．2 直接映射的矢量场可视化方法

2．1．3 基于积分流线的矢量场可视化方法

2．1．4 基于纹理的矢量场可视化方法

2．2 GPGPU及CUDA架构

2．2．1 GPGPU简介

2．2．2 CUDA简介

2．2．3 CUDA编程模式

2．3 本章小结

第三章 线积分卷积

3．1 线积分卷积原理

3．2 线积分卷积的算法实现

3．3 线积分卷积的效果展示

3．4 线积分卷积和其他矢量场可视化方法的效果对比

3．5 算法优缺点总结

3．6 本章小结

第四章 对线积分卷积算法的改进

4．1 现有问题及改进思路

4．1．1 对算法效果的改进

4．1．2 对算法效率的改进

4．2 颜色增强的LIC

4．2．1 基本颜色增强LIC

4．2．2 非线性颜色增强LIC

4．2．3 基于直方图均衡化的颜色增强LIC

4．3 基于CUDA架构的GPU加速LIC

4．3．1 GPU加速应用于LIC算法的可行性分析

4．3．2 基于CUDA架构的GPU加速LIC算法的实现

4．3．3 实验结果和对比分析

4．4 本章小结

第五章 线积分卷积算法的插件式开发

5．1 系统简介及插件式开发的意义

5．1．1 Visade系统简介

5．1．2 LIC插件开发的意义

5．2 LIC插件开发的实现

5．2．1 Visade系统的可视化流程

5．2．2 LIC算法插件式开发的具体实现

5．2．3 LIC插件的使用及功能展示

5．3 本章小结

第六章 总结和展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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