基于纹理高质量曲面流场可视化

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1、第20卷第1期计算机辅助设计与图形学学报Vo1．20，NO．12008年1月JOURNALOFCOMPUTER—AIDEDDESIGN&COMPUTERGRAPHICSJan．，2008基于纹理的高质量的曲面流场可视化王康健周迪斌郑耀(浙江大学工程与科学计算研究中心杭州310027)(浙江大学计算机科学与技术学院杭州310027)(kangjian．wang@hotmail．com)摘要提出一种流线增强的纹理算法，可实时生成高质量的纹理表征曲面矢量场．通过对卷积纹理在垂直矢量方向上进行一维高通滤波，增加流线间的强度对比，提高了图像质量，使得曲

2、面矢量场易于观察．该算法基于图像空间，并且具有很好的时间空间相关性，利用当前图形卡的可编程性和并行运算能力，可以在微机上达到实时绘制的性能．关键词曲面表征；高通滤波核；实时绘制；流场可视化中图法分类号TP391Texture-BasedHigh-QualityFlowVisualizationonSurfaceWangKangjianZhouDibinZhengYao(CenterforEngineeringandScientificComputation，Zh~iangUniversity，Hangzhou310027)(Collegeof

3、ComputerScience，ZhejiangUniversity，Hangzhou310027)AbstractAnenhancedstreamlinealgorithmispresented．Itgenerateshigh—qualitytexturestorepresentthevectorfieldonsurfaces．Byapplyingahigh—passfiltertotheconvolutionaltexturealongtheorthogonaldirectionofthevectors，thecontrastbetwee

4、nstreamlinesisenhanced，andthevectorsonsurfacescanbeeasilyobserved．Ouralgorithmisimage—spacebasedwithgoodspatial—temporalcorrelation．Whenincorporatingthecurrentgraphicshardware，ouralgorithmcanachieveareal—timerenderingperformanceonapersonalcomputer．Keywordssurfacerepresentin

5、g；high—passfilter；real—timerendering；flowvisualization流场可视化是科学计算可视化中非常重要组成术，其内在的致密性和高质量的纹理图像几乎能反部分，特别是在计算流体力学、空气动力学、天气预映流场的全部细节，克服了点图标法和矢量线法的报和地球物理模拟等方面．基于点图标法_l或矢量不足；同时，采用基于纹理的流场动画技术不仅有助线法(如流线[2-3])是目前广泛应用的矢量可视化方于了解矢量场的形态和拓扑结构，而且能很好地表法，但这2类方法有一个共同的缺点：太少的采样会征非稳定矢量场的动态变化．但由于

6、该方法需计算忽略矢量场的一些重要细节，而过多的采样又容易矢量场中所有像素点的显示纹理，因此计算量要显导致图像混乱，不易于观察流场内部细节；另外，这著高于前2种方法．些方法也不利于动态矢量场的表达．基于纹理的流早期基于纹理的流场可视化方法主要是基于场可视化是近年来发展迅速的一种矢量可视化技CPU(软件)实现，由于计算量强度大使得早期的算收稿日期：200704～18；修回日期：20070914．基金项目：国家杰出青年基金(60225009)．王康健，男，1979年生，博士研究生，主要研究方向为科学计算可视化、高性能计算．周迪斌，男，1978年生，

7、博士研究生，主要研究方向为科学计算可视化、GPU通用计算(dibin．z@163．eom)．郑耀，男，1963年生，博士，教育部“长江学者奖励计划”特聘教授，博士生导师，主要研究方向为计算机图形学及其应用、计算机辅助工程、高性能计算、多学科应用模拟的赋能技术、计算力学(yao．zheng@zju．edu．cn)．1期王康健等：基于纹理的高质量的陷面流场可视化67法研究主要集中在优化算法性能方面，为达到实时图像，再结合连续帧图像的比例混合，实现了流场绘绘制性能往往需借助并行计算机系统的运算能力或制；但其对图形硬件要求不高，仅使用了目前图形硬专用

8、的图形硬件系统．近年来，随着通用图形硬件件支持的标准操作，如纹理映射和像素融合，而且它的飞速发展和像素处理器的出现，一些原有基于纹能以极高的帧率模拟其他方法，如微粒