三维冲击波数据场体绘制中的边界增强方法研究
发布时间：2021-12-09 18:37
根据研究表明,爆炸的破坏效应主要是由冲击波引起的,冲击波作为其主要杀伤因素,具有远距离破坏目标的作用。在复杂外界环境条件下,冲击波传播机理的确定对于这些武器的威力评价有着十分重要的作用。随着高性能计算机的发展以及数值模拟技术的不断进步,领域专家正在使用成千上万个处理器核来实现高置信的冲击波传播机理数值模拟,以数值模拟的方式细致探究真实大气与复杂场景条件下冲击波传播、衍射和反射规律,由此输出包含冲击波精细物理特征的大规模三维数据场。如何有效地把大规模三维数据场中冲击波复杂物理特征以可视的方式展现出来,方便领域专家去深入地观察、分析,是目前迫切需要解决的问题。针对三维冲击波的数值模拟,本文提出了一种基于特征边界检测的体绘制算法,用于从剧烈变化的三维冲击波数据场中提取和展示波阵面的空间结构。为了检测三维冲击波数据场波阵面,该算法将二维图像的边界检测技术用于三维体数据,因此从实际的冲击波数据场中提取了包含波阵面的特征数据。本文提出了两种方法用于确定波阵面的准确位置,一种是填充法,一种是邻域扩展法。其中,邻域扩展法可以更准确地对冲击波波阵面特征予以定位。然后,本文基于VisIt可视化平台使用该算...
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１光线投射体绘制算法的流程图??首先是三维空间数据场的导入，由于本文研究的三维冲击波体数据的数据点分布在??
?三维冲击波数据场体绘制中的边界增强方法研宄???ＧＵＩ?＜?？?Ｖｉｅｗｅｒ?＜?？?ＣＬＩ??…本地………．……????雖?ｒｘ?Ｉ?＼??ｍｄｓｅｒｖｅｒ?＜?＞?ＶＣＬ??ｆ＼?＇??￣Ｎ????Ｅｎｇｉｎｅ＿ｐａｒ??￣＞ｖ??＂＂?Ｌｌ?■?Ｊ?Ｊ??Ｄａｔａ?＾??Ｖ?＾??图１．２?Ｖｉｓｉｔ的六大组件之间的关系??Ｖｉｅｗｅｒ就是Ｖｉｓｉｔ中呈现可视化结果的窗口。Ｖｉｅｗｅｒ拥有两个主要的作用：首先，??它集中了?Ｖｉｓｉｔ的所有状态，当状态更改时，它会通知其他组件相应地更改自己的状态。??其次，ｖｉｅｗｅｒ负责管理可视化窗口，也就是在这些窗口中进行绘制。??Ｖｉｓｉｔ提供两种不同的交互界面，一种是图形用户界面ＧＵＩ，另一种是命令行用户??界面ＣＬＩ。??ＶＣＬ模块负责与客户端的Ｖｉｅｗｅｒ通信，并在远程计算机上启动作业。ＶＣＬ通常是??闲置在远程服务器上的，它只需等待由Ｖｉｅｗｅｒ发出的启动作业的请求。一旦客户端发??出了请求，ＶＣＬ模块将负责启动它们。??ｍｄｓｅｒｖｅｒ■是一个远程的文件系统，可以用来访问远程服务器上的文件。也就是说它??可以生成服务器上的文件列表。同时，ｍｄｓｅｒｖｅｒ可以获取文件的元数据，使得用户无需??ｅｎｇｉｎｅ即可设置绘图操作和运算符操作。??ｅｎｇｉｎｅ主要负责执行数据处理。引擎分为并行引擎和串行引擎（分别称为??ｅｎｇｉｎｅ—ｓｅｒ?和?ｅｎｇｉｎｅ＿ｐａｒ）?〇??１．３本文主要研究内容和结构安排??本文的主要工作是面向冲击波三维数据场的可视化，问题的难点在于如何清晰表达??出冲击波的轮廓。在冲
?三维冲击波数据场体绘制中的边界增强方法研宄???第三章边界检测??三维冲击波数据场内部一般有多个波阵面，当使用压力来观测冲击波时，波阵面上??的压力值比其余地方的压力值要大得多，且在波阵面两侧数据值也有量级上的差距。而??冲击波的波阵面恰恰是我们感兴趣的部分，所以寻找特征来检测出波阵面的位置就显得??尤为重要。数字图像处理领域的边界检测技术由来己久，在数字图像处理领域，边界面??一般是指二维图像中灰度值发生剧烈变化的地方。这与冲击波波阵面的特征非常吻合，??为了下文波阵面特征的检测，需要先引入二维图像边界检测技术。??如前所述，二维边界检测的结果是二维图像灰度值剧烈变化的地方。图像边缘的种??类非常多，比较常见的有阶跃型和屋顶型两种。我们可以使用灰度值／？〇）、一阶导数??值，〇）、二阶导数值／＂（Ｘ）来观测这两种类型的边缘，如图３．?１［＿所示。??尽管有较为成熟的图像边界检测技术，但是应用到三维冲击波数据场的二维切面中，??还有着许多需要解决的问题。比如，检测出的边缘并不等同于实际的波阵面等，那就需??要在己有算法的基础上进行改进，以适应三维冲击波数据场的检测。??ｙ?Ｖ?ｙ??Ｊ?＼?ｆ?ａ?Ｉ?ｆ＇?ｆ＂??Ｉ?ｆ?Ｉ?Ｍ?｜??ＵＬＣ??Ａ?Ｘ?Ａ?Ｘ?Ａ?Ｉ?ｘ??（ａ）阶跃型边缘??ｙ?丨?ｙ?｜?ｙ??ｉｆ?ｆ?ｆ＂??—Ｌｉ：．．．．．．，?ａＵ?＾??（ｂ）屋顶型边缘??图３．１阶跃型边缘和屋顶型边缘示意图??１８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国深层油气勘探开发进展与发展方向[J]. 李阳,薛兆杰,程喆,蒋海军,王濡岳. 中国石油勘探. 2020(01)
[2]GrADS网络交互绘图技术及应用[J]. 赵奎锋. 陕西气象. 2019(03)
[3]一种全球尺度三维大气数据可视化系统[J]. 梅鸿辉,陈海东,肇昕,刘昊南,朱标,陈为. 软件学报. 2016(05)
[4]基于GPU的多分辨率体数据重构和渲染[J]. 罗月童,薛晔,刘晓平. 计算机辅助设计与图形学学报. 2009(01)
[5]基于矢量场自适应采样算法的图像体绘制技术[J]. 唐炜,姚莉秀,杨杰,秦红星. 上海交通大学学报. 2008(10)
[6]NCAR绘图软件在Windows下的编程[J]. 赵远东,王盘兴. 南京气象学院学报. 2001(02)
博士论文
[1]面向地质勘查的三维可视化系统研制与开发[D]. 罗智勇.成都理工大学 2008
硕士论文
[1]基于改进canny算法的图像边缘检测的研究[D]. 靳艳红.重庆师范大学 2011
[2]基于Canny理论的自适应边缘检测方法研究[D]. 张玲艳.西北大学 2009
[3]基于GPU大规模数据体绘制方法研究与实现[D]. 赵利平.湖南大学 2009
[4]基于GPU集群的并行体绘制[D]. 孔明明.浙江大学 2007
本文编号：3531115
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１光线投射体绘制算法的流程图??首先是三维空间数据场的导入，由于本文研究的三维冲击波体数据的数据点分布在??
?三维冲击波数据场体绘制中的边界增强方法研宄???ＧＵＩ?＜?？?Ｖｉｅｗｅｒ?＜?？?ＣＬＩ??…本地………．……????雖?ｒｘ?Ｉ?＼??ｍｄｓｅｒｖｅｒ?＜?＞?ＶＣＬ??ｆ＼?＇??￣Ｎ????Ｅｎｇｉｎｅ＿ｐａｒ??￣＞ｖ??＂＂?Ｌｌ?■?Ｊ?Ｊ??Ｄａｔａ?＾??Ｖ?＾??图１．２?Ｖｉｓｉｔ的六大组件之间的关系??Ｖｉｅｗｅｒ就是Ｖｉｓｉｔ中呈现可视化结果的窗口。Ｖｉｅｗｅｒ拥有两个主要的作用：首先，??它集中了?Ｖｉｓｉｔ的所有状态，当状态更改时，它会通知其他组件相应地更改自己的状态。??其次，ｖｉｅｗｅｒ负责管理可视化窗口，也就是在这些窗口中进行绘制。??Ｖｉｓｉｔ提供两种不同的交互界面，一种是图形用户界面ＧＵＩ，另一种是命令行用户??界面ＣＬＩ。??ＶＣＬ模块负责与客户端的Ｖｉｅｗｅｒ通信，并在远程计算机上启动作业。ＶＣＬ通常是??闲置在远程服务器上的，它只需等待由Ｖｉｅｗｅｒ发出的启动作业的请求。一旦客户端发??出了请求，ＶＣＬ模块将负责启动它们。??ｍｄｓｅｒｖｅｒ■是一个远程的文件系统，可以用来访问远程服务器上的文件。也就是说它??可以生成服务器上的文件列表。同时，ｍｄｓｅｒｖｅｒ可以获取文件的元数据，使得用户无需??ｅｎｇｉｎｅ即可设置绘图操作和运算符操作。??ｅｎｇｉｎｅ主要负责执行数据处理。引擎分为并行引擎和串行引擎（分别称为??ｅｎｇｉｎｅ—ｓｅｒ?和?ｅｎｇｉｎｅ＿ｐａｒ）?〇??１．３本文主要研究内容和结构安排??本文的主要工作是面向冲击波三维数据场的可视化，问题的难点在于如何清晰表达??出冲击波的轮廓。在冲
?三维冲击波数据场体绘制中的边界增强方法研宄???第三章边界检测??三维冲击波数据场内部一般有多个波阵面，当使用压力来观测冲击波时，波阵面上??的压力值比其余地方的压力值要大得多，且在波阵面两侧数据值也有量级上的差距。而??冲击波的波阵面恰恰是我们感兴趣的部分，所以寻找特征来检测出波阵面的位置就显得??尤为重要。数字图像处理领域的边界检测技术由来己久，在数字图像处理领域，边界面??一般是指二维图像中灰度值发生剧烈变化的地方。这与冲击波波阵面的特征非常吻合，??为了下文波阵面特征的检测，需要先引入二维图像边界检测技术。??如前所述，二维边界检测的结果是二维图像灰度值剧烈变化的地方。图像边缘的种??类非常多，比较常见的有阶跃型和屋顶型两种。我们可以使用灰度值／？〇）、一阶导数??值，〇）、二阶导数值／＂（Ｘ）来观测这两种类型的边缘，如图３．?１［＿所示。??尽管有较为成熟的图像边界检测技术，但是应用到三维冲击波数据场的二维切面中，??还有着许多需要解决的问题。比如，检测出的边缘并不等同于实际的波阵面等，那就需??要在己有算法的基础上进行改进，以适应三维冲击波数据场的检测。??ｙ?Ｖ?ｙ??Ｊ?＼?ｆ?ａ?Ｉ?ｆ＇?ｆ＂??Ｉ?ｆ?Ｉ?Ｍ?｜??ＵＬＣ??Ａ?Ｘ?Ａ?Ｘ?Ａ?Ｉ?ｘ??（ａ）阶跃型边缘??ｙ?丨?ｙ?｜?ｙ??ｉｆ?ｆ?ｆ＂??—Ｌｉ：．．．．．．，?ａＵ?＾??（ｂ）屋顶型边缘??图３．１阶跃型边缘和屋顶型边缘示意图??１８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国深层油气勘探开发进展与发展方向[J]. 李阳,薛兆杰,程喆,蒋海军,王濡岳. 中国石油勘探. 2020(01)
[2]GrADS网络交互绘图技术及应用[J]. 赵奎锋. 陕西气象. 2019(03)
[3]一种全球尺度三维大气数据可视化系统[J]. 梅鸿辉,陈海东,肇昕,刘昊南,朱标,陈为. 软件学报. 2016(05)
[4]基于GPU的多分辨率体数据重构和渲染[J]. 罗月童,薛晔,刘晓平. 计算机辅助设计与图形学学报. 2009(01)
[5]基于矢量场自适应采样算法的图像体绘制技术[J]. 唐炜,姚莉秀,杨杰,秦红星. 上海交通大学学报. 2008(10)
[6]NCAR绘图软件在Windows下的编程[J]. 赵远东,王盘兴. 南京气象学院学报. 2001(02)
博士论文
[1]面向地质勘查的三维可视化系统研制与开发[D]. 罗智勇.成都理工大学 2008
硕士论文
[1]基于改进canny算法的图像边缘检测的研究[D]. 靳艳红.重庆师范大学 2011
[2]基于Canny理论的自适应边缘检测方法研究[D]. 张玲艳.西北大学 2009
[3]基于GPU大规模数据体绘制方法研究与实现[D]. 赵利平.湖南大学 2009
[4]基于GPU集群的并行体绘制[D]. 孔明明.浙江大学 2007
本文编号：3531115
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