基于GPU的可交互三维流场自适应分辨率动态可视化算法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107633546A(43)申请公布日2018.01.26(21)申请号201710827686.5(22)申请日2017.09.14(71)申请人中国海洋大学地址266100山东省青岛市松岭路238号中国海洋大学(72)发明人田丰林程领骑陈戈(51)Int.Cl.G06T15/00(2011.01)G06T15/04(2011.01)G06T17/00(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图4页(54)发明名称基于GPU的可交互三维流场自适应分辨率动态可视化算法(57)摘要本发明属于科学计算可视化领域，具体涉及一种基于GPU的可交互三维流场自适应分辨率动态可视化算法。本发明提出了一种基于GPU的可交互三维流场自适应分辨率动态可视化算法。该算法在视截体中均匀放置种子点，根据预渲染数据体的近平面和远平面纹理，将撒在数据范围外的部分种子点移动到数据范围内。生成概率密度球并渲染成概率密度体，以保证粒子在运动中的均匀分布。最后采用GPU加速渲染技术生成流线，然后利用Tessellation细分曲面技术将流线扩展为管线，实现三维流场的自适应分辨率动态可视化绘制。CN107633546ACN107633546A权利要求书1/1页1.基于GPU的可交互三维流场自适应分辨率动态可视化算法，具体包括以下基本步骤：根据预渲染的数据体远、近平面矫正撒点位置，其特征在于：根据数据范围生成数据体，分别渲染数据体的外面和内面得到数据体的近平面和远平面，颜色为归一化后的深度值；在视截体中均匀撒点，将撒点位置的深度值进行相同的归一化处理并与远、近平面纹理比较；将视线方向上不在数据体范围内的点，通过改变深度的方式移动到数据范围内；基于视截体生成概率密度体控制流线密度，其特征在于：将概率密度图按平行于裁剪面的方向插入到视截体中，其稀疏程度按照OpenGL深度精度变化规律由近到远逐渐稀疏；粒子生成的概率密度球投影在离其最近的概率密度图上；先平移再投影将概率密度图层数扩充数倍；多张概率密度图构成概率密度体；通过传输函数调节流线的颜色和透明度，其特征在于：将体绘制中的交互方法传输函数运用于矢量场可视化中，将流场特征值映射到颜色和不透明度上，供用户实时调节，突出感兴趣的特征。2.根据权利要求1所述的基于GPU的可交互三维流场自适应分辨率动态可视化算法，其特征在于，所述步骤（1）中，视截体与数据范围有大量不重合区域，仅通过在视截体中撒点的方法将导致大量点撒在数据有效范围外，造成大量浪费，严重影响绘制效率；通过将数据体远、近平面渲染成深度纹理，撒点后采样深度纹理对点的位置并进行判断，对撒在数据体前、后的点，计算其距远裁剪面与近裁剪面之比，并以相同的比例重新放置在数据体远、近平面之间，提高撒点的有效率，提高算法效率。3.根据权利要求1所述的基于GPU的可交互三维流场自适应分辨率动态可视化算法，其特征在于，所述步骤（2）中，根据视截体生成概率密度体，按照视口相机深度精度变化规律，离摄像机近的地方有更高的密度控制精度；通过将部分深度的粒子平移后再投影，把多层概率密度图投影到一张纹理上输出，突破帧渲染缓存数量的限制，生成更高精度的概率密度体。4.根据权利要求1所述的基于GPU的可交互三维流场自适应分辨率动态可视化算法，其特征在于，所述步骤（3）中，通过传输函数方便用户调节流线的透明度和颜色，突出特征区域；自适应分辨率的三维流线提高了流线的密度，但对视觉造成严重的干扰，使特征区域不突出；传输函数使用户自由调节不同特征值对应的颜色和透明度，将不感兴趣区域进行透明处理，使感兴趣的区域凸显出来。2CN107633546A说明书1/3页基于GPU的可交互三维流场自适应分辨率动态可视化算法技术领域[0001]本发明属于科学计算可视化领域，具体涉及一种基于GPU的可交互三维流场自适应分辨率动态可视化算法。背景技术[0002]流场可视化是科学可视化领域中重要的一支，随着计算机运算能力的提高尤其是GPU并行处理能力的提升和观测数据、模式数据资料的丰富，针对三维海洋流场的动态可视化成为可能，海洋流场三维可视化对于研究海流的产生、发展、消亡具有非常重要的意义。因此，三维流场可视化得到越来越多的关注，然而，三维流场固有的数据量大、变量多、随时间变化等特点对我们可视化三维流场提出了极大的挑战。人们提出了很多方法来解决这个问题，常见的方法有图标法、基于3D纹理算法、基于特征提取的流线放置算法和基于粒子追踪的几何算法。图标法一般采用矢量箭头，箭头的方向表示流场速度方向，并将速度大小映射到颜色空间，图标法存在严重的遮挡问题，且难以做到实时交互；纹理法采用纹理图像的方式表达流场特征，其特点是能够表达流场的较多细节如：涡旋、源点、鞍点