科学计算可视化及其应用

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1、科学计算可视化及其应用王俊懿大连市育明高级中学摘要：所谓的“科学计算可视化”，其目的就是更好地了解自然科学的木质。为了达到这个目的，科学家们对科学数据和信息进行处理，把计算过程中的数字信息转化为直观图像形式，通过物理现象或物理量来展示在研究人员面前，从而实现更好的模拟和计算处理工作。主要对科学计算可视化及其应用进行了相关研究。关键词：科学计算;可视化;地质勘探;气象预报;1“科学计算可视化”的含义科学计算可视化能够使用计算机图形学和图像处理的技术，把科学计算中的数据信息通过图形或图像直观、形象地展示出来，它是一种交互处理的方法和

2、技术。在科学技术飞速发展的今天，科学计算可视化的含义变得越来越广泛，科学计算的可视化还包括工程计算数据的可视化，其中，有限元分析是一种非常有效的方法，在科学计算的可视化处理过程屮，测量数据的可视化也是其屮一项重要内容。科学计算可视化能够将图形生成技术、图像处理技术和人机交互技术等技术有机结合起来，把多维数据转化为图形。另外，还可以把分析和理解写入计算机，从而实现图形或图像在电脑显示屏上的直观展示。2科学计算可视化的重要意义科学计算可视化的意义是非常重大的，一方而，科学计算的可视化能够使数据的处理速度加快，将大量的数据充分利用起来

3、。在人与数据之间和人与人之间，图像的通信能够轻易实现。那么，我们就可以对传统科学计算中的现象进行观察,从而使科学计算过程变得更加简单。另一方面，在计算的过程中，要注意做好引导和控制，在交互手段使用的过程屮，可以通过这一手段來对计算条件进行改变，从而对其影响进行观察。此外，科学计算可视化的实施，能够使科学计算的速度加快、质量提升，使科学计算工具更加先进，最终使科学研究工作发生彻底改变。3科学计算可视化的应用领域通过大量阅读科学计算可视化的参考文献可发现，科学计算可视化的应用领域非常广泛，其在医学、地质勘探、气象预报等科学领域的应用

4、非常多。3.1在医学中的应用在疾病诊断的过程中，核磁共振图像和计算机扫描技术应用非常广泛。然而，对于很多医疗设备而言，由于这些设备的限制，只能提供人体的二维图像。对于医生而言，如果仅仅借助二维图像去判断病人病患处的具体情况，这往往是非常困难的，会给治疗带来很多麻烦。在科学计算可视化的处理过程中，可以通过二维图像得到三维形体，然后通过计算机辅助得到立体图像。基于此，医牛就可以对病人的病变部位进行手术治疗，在计算机模拟的辅助下，这种手术治疗变得更加简单。例如，在儿童屮，关节发育不良是一种发病率比较高的疾病，在进行矫正手术的时候，往往

5、容易出现一些错误。如果借助可视化技术，通过计算机构造得到髓关节的三维图像，就能够对切割部位和形状进行计算机模拟。在手术之前，可以通过多种方案的计算机模拟后，再实施最佳的手术方案。3.2在地质勘探中的应用在我国，石油矿藏的寻找是一项长期战略性任务。石油矿藏的寻找离不开地质勘探技术。在寻找石油矿藏的过程中，借助地质勘探，我们能够更好地了解地质结构，及时发现含油构造，分析测井数据，了解地层结构，明确油藏情况，从而对蕴藏量和勘探价值进行衡量。在地质勘探过程中，可收集到大量的地质数据和测井数据，这些数据的分布是不均匀的，因此我们很难通过纸

6、和笔去分析。通过借助可视化技术，我们构造出等值面和等值线，通过显示它们的范围和动向，使用不同的颜色来对参数和关系进行表示，从而帮助专业人士处理原始数据。通过这种技术的应用，作业量会大大降低，并且也会节约资金，提高寻找油藏的效率，这对于我国石油经济效益的提升是大有裨益的。3.3在气象预报中的应用在天气预报屮，气彖预报的准确与否，与数据的计算和处理有极大的关系。通过科学计算的可视化，天气预报工作人员能够把数据转变为图形图像，通过在电脑屏幕上展示这些图像，可以使等压面、等温面、位涡等展示出来，同时，暴雨区和风力的大小、方向也可以得到展

7、示。如此一来，预报人员能够更加准确地进行天气预报。另外，在对气象监测数据和计算结果进行处理之后，全球的气温、气压和雨量分布都能够通过图像展示在天气预报人员面前，方便预报人员对气象情况进行预测。3.4在分子模型构造中的应用通过交互式图形牛成技术对复杂的化学物质进行观察，这一项计算起源于20世纪60年代。当前，该技术在学术界和工业界应用非常广泛。在科学计算可视化技术的辅助下，分子模型的构造会得到改变。以往，广大研究人员认为该方法比较复杂，现在该方法已经是分析和设计分子结构非常重要的方法之一。比如，科学计算可视化技术在与计算机结合之后

8、，可进行高度复杂的分子结构的构造。3.5在计算流体力学中的应用在对飞机等物体进行外形设计时，必须要充分考虑气体和液体高速运动环境的影响。以往，在对飞机外形进行设计的时候，一般是通过把飞机模型放置于风洞中进行流体动力学模拟实验，在实验之后，再对设计进行更改。事实上