[发明专利]一种基于蒙特卡洛粒子输运模拟物理值特征的可视化增强方法

说明书

技术领域

本发明属于中子学分析领域，尤其涉及中子学分析中粒子输运模拟结果的后处理与可视化。

背景技术

在反应堆的物理设计、燃料管理优化、环境监测与辐射屏蔽防护研究、核安全分析等各个领域,中子学计算都是其必不可少的重要分析方法。在计算机处理能力不断提高的今天,中子学计算结果数据日益庞大、复杂,中子学计算后处理已逐渐成为中子学分析工作的瓶颈。作为分析海量数据的最有效方法之一,可视化技术也必将在中子学分析中发挥重要作用。

科学计算可视化概念自1987被正式提出后，经过30年的发展,很多基本理论和方法已趋于成熟，并发展有很多通用可视化软件,如ParaView，AVS/Express等。但可视化问题通常都是领域相关问题，通用可视化方法难以满足要求，中子学分析也不例外。当前，中子学领域一般采用人工数据抽取、分析与商用可视化软件相结合的中子学计算结果后处理方式，要求分析人员直接面对庞大的复杂数据，并在繁琐的处理流程中进行大量的人工干预，这种处理方式不仅工作量大、周期长，而且具有直观性差，易出错等缺点，已严重影响中子学计算的效率，迫切需要一种面向物理分析问题能快速提取中子学分析特征的可视化方法。

基于蒙特卡洛方法的中子输运模拟结果一般表现为三维体数据。三维体数据可视化的一个重要目标是高质量的展现用户感兴趣的区域，如在医学数据中病变组织以及人体中的一些重要器官，而这主要依赖于绘制和分类方法。直接体绘制通过定义一个与数据集关联的传输函数，将数据映射为颜色和不透明度，实现对数据进行分类，有效地现实三维数据场的内部信息。光线投射是直接体绘制中的重要方法，其基本思想是从屏幕上的每一个像素点发出一条光线，沿着光线方向在三维数据场中进行重采样，并根据传输函数得到采样点的颜色值和不透明值，进而通过光线累积获得屏幕图像的每个像素点的颜色值和不透明值。由于光线投射易于在图形加速显卡中实现，它已成为直接体绘制的最流行的算法。

在前人的工作中，已有人开展面向中子学分析问题的可视化方法研究。具体来说，2010年罗月童等人在论文《SVIP-N 1.0:An integrated visualization platform for neutronics analysis》研究了规则数据场和模型的叠加可视化方法，专利发明人于2011年发表论文《A Method for3D Structured Data Set Regulation Based on Image》研究并发展了基于图像特征的不规则数据场规则化方法。但是上述研究，主要关注于辐射输运模拟结果的可视分析，并没有开展基于物理特征的可视化增强方法研究，用于辅助物理分析人员快速定位关心的分析区域。直接体绘制方法需要借助传输函数才能有效的展示体数据内部的有效信息，而传输函数的设计复杂耗时，因此专利发明人通过直接对中子输运模拟结果带分析的物理值特征进行分析，将分类的思想转换到绘制过程中，提出快速展示体数据内部特征信息的可视化方法。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于蒙特卡洛粒子输运模拟物理值特征的可视化增强方法,具有丰富性、可见性、关联性、直观性，有效提升了中子学分析的效率。

本发明的技术方案：发明引入中子学分析中的敏感物理特征，对中子输运模拟结果进行可视化增强。引入的最大值网格特征可视化增强主要通过对物理人员特别关心的计算区域的最大值所在网格给与区别于其他网格的不同可视化形式，使得物理人员能够快速定位最大值所在网格。引入计算误差特征可视化增强，主要由于基于蒙特卡洛方法中子输运方法计算得到的三维辐射场对每个计算网格都存在一定的置信区间，根据物理分析问题的不同仅需分析在一定置信区间的网格数据，针对这一特征通过设置网格纹理的透明度实现突出显示关心置信区间的网格区域。与现有对模拟结果直接三维可视化相比，本发明具有丰富性、可见性、关联性、直观性，有效提升了中子学分析的效率。

一种基于蒙特卡洛粒子输运模拟物理值特征的可视化增强方法，其流程图如图1所示，步骤包括：

1)蒙特卡洛粒子输运模拟物理值特征建立