[发明专利]一种基于大规模流线的矢量场实时仿真方法及系统

说明书

本申请公开了一种基于大规模流线的矢量场实时仿真方法及系统，方法包括：将原始矢量场数据处理为高维数组，对高维数组的矢量场进行粒子数量补充，更新高维数组的矢量场中粒子的状态。本申请能够通过对原始数据的类矢量场处理和粒子运动并行化的设计，通过大规模的粒子流线来进行矢量场实时仿真，解决了现有技术中矢量场趋势表达不明显、无法大规模的粒子实现流场的问题。

技术领域

本申请涉及科学数据可视化技术领域，尤其涉及一种基于大规模流线的矢量场实时仿真方法及系统。

背景技术

我们从维度上可以分为二维、三维以及多维(时间)的矢量场数据可视化，主要的应用领域包括在气象数据和计算机中的物理流体动力学速度场的可视化。

基于矢量场中每个采样点的数据是一个向量，其主要目标为展示其导向趋势信息、场中的模式、识别关键特征区域。而且二维或者三维流场可视化记录了水流、空气等流动过程中的方向信息，是应用最广泛、研究最深入的矢量场，因此流场的可视化是矢量场可视化的重要组成部分。这其中的实现方法包括速度场中流线、气体中的时线、液体中的脉线、固体中的迹线的静态表现方式，还有包括粒子运动、实时可视化数据真实效果的动态表现方式。这些可视化技术在实际运用过程中，能够在物理、气象、医学等诸多领域的应用中都很有成效。

目前，现有技术中通常采用实体点图标绘制技术和粒子对流方法。其中，实体点图标绘制技术是对二维矢量场中的图标法的沿用，改用三维箭头图标代替二维图标。其主要内容即通过箭头表达矢量的方向、线段长度表达矢量大小来表示矢量场信息，简单、直观、快速的实现方式，但是此方法实现不具动态性且表达方式太过单一，无法实现其矢量场的导向性并且杂乱无章，无法观测，在对其内部数据的提取过程中，进行特征数据块可视化，无法对整个矢量场有总体的趋势信息进行可视化。粒子对流方法是通过粒子在矢量场中的流动，以动画的方式表达某一时刻的矢量场数据，直观动态的展示矢量场特征。其通过在矢量场中播撒种子粒子，在每一帧绘制时，粒子沿所在位置的矢量方向移动，移动速度和矢量场成正比，粒子连续移动形成轨迹曲线，轨迹随时间逐渐淡化，形成渐变曲线，并使用GPU加速降低视角切换时重新计算矢量场分布所需时间，但是此方法在矢量场可视化中，其基于常规的CPU运算限制了其计算能力，不能够大规模提升可视化粒子数量并且其尾迹不能够大量的绘制。

因此，如何有效的进行矢量场实时仿真是一项亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种基于大规模流线的矢量场实时仿真方法，能够通过对原始数据的类矢量场处理和粒子运动并行化的设计，通过大规模的粒子流线来进行矢量场实时仿真，解决了现有技术中矢量场趋势表达不明显、无法大规模的粒子实现流场的问题。

本申请提供了一种基于大规模流线的矢量场实时仿真方法，所述方法包括：

将原始矢量场数据处理为高维数组；

对所述高维数组的矢量场进行粒子数量补充；

更新所述高维数组的矢量场中粒子的状态。

优选地，所述对所述高维数组的矢量场进行粒子数量补充包括：

计算所述高维数组的矢量场边界值；

基于所述高维数组的矢量场边界值确定出最大粒子数，并在第一帧生成最大粒子数个粒子；

获取当前场景粒子数；

当所述当前场景粒子数小于所述最大粒子数时，生成所述最大粒子数与所述当前场景粒子数的差值个粒子。

优选地，所述计算所述高维数组的矢量场边界值包括：

计算所述高维数组的矢量场的横、纵、垂直三个方向的格点数和格距；

基于所述格点数和格距，以空间坐标原点为基准，计算出所述高维数组的矢量场边界值。