科學(xué)計(jì)算可視化理論及智能虛擬顯示系統(tǒng)的研究.pdf

1、科學(xué)計(jì)算可視化是在計(jì)算機(jī)圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一個(gè)嶄新的領(lǐng)域?？茖W(xué)計(jì)算可視化（Visualization in Scientific Computing,簡稱ViSC）的目的就是借助計(jì)算機(jī)的圖形圖像處理能力，將科學(xué)計(jì)算的結(jié)果用直觀的圖形或圖像輸出代替數(shù)字輸出，即實(shí)現(xiàn)將計(jì)算中涉及與產(chǎn)生的數(shù)字信息轉(zhuǎn)變?yōu)橐詧D形或圖像表示的物理現(xiàn)象后，呈現(xiàn)在研究者面前，使研究者一目了然地獲得被研究現(xiàn)象的變化規(guī)律及分布情況，從而使人們擺脫了只能對計(jì)算輸出的大

2、量數(shù)據(jù)進(jìn)行抽象分析這種費(fèi)時(shí)而繁瑣的過程，縮短研究周期，提高研究效率。 當(dāng)前科學(xué)計(jì)算可視化的研究內(nèi)容和方向主要為：體可視化、流場可視化、可視化人機(jī)交互、科學(xué)計(jì)算可視化的數(shù)據(jù)建模、可視化基本原理的研究、復(fù)雜對象形狀的建模和復(fù)雜數(shù)據(jù)集基于模型的可視化等。在虛擬儀器或信號處理軟件中、科學(xué)計(jì)算可視化也是重要組成部分，且是重要的人機(jī)交互窗口，是虛擬儀器參數(shù)測量、光標(biāo)讀數(shù)、細(xì)化觀察等的重要途徑。 本文研究了計(jì)算機(jī)圖形顯示理論、研究科學(xué)

3、計(jì)算可視化、體繪制理論及方法、二維/三維大數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)場的簡化算法及快速顯示方法等；軟件構(gòu)件技術(shù)、軟件體系結(jié)構(gòu)的構(gòu)建模式和軟件體系結(jié)構(gòu)，基于面向?qū)ο髽?gòu)建模式和插接式軟件體系結(jié)構(gòu)，完成多模式、可擴(kuò)展的顯示系統(tǒng)或顯示器構(gòu)架；以及虛擬儀器或信號處理領(lǐng)域的科學(xué)計(jì)算可視化模式與特點(diǎn)如時(shí)間系列、波形圖、XY圖、直方圖、參數(shù)顯示、色譜圖、瀑布圖、地形圖以及特殊的顯示模式，如小波包分解圖等，并在插接式軟件體系結(jié)構(gòu)的支持下，用戶可以增加自定義的其它顯示模式

4、和方法及人機(jī)交互方式如單光標(biāo)、雙光標(biāo)、參數(shù)統(tǒng)計(jì)、放大、移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、色彩映射、切片分析等，在此基礎(chǔ)上研究開發(fā)了一套科學(xué)計(jì)算可視化系統(tǒng)。 本文的研究目的為研究圖形顯示原理、可視化建模和可視化人機(jī)交互理論，根據(jù)軟件工程和軟件體系結(jié)構(gòu)知識，開發(fā)一種主要應(yīng)用于信號處理和虛擬儀器的速度快、可擴(kuò)展的實(shí)時(shí)/非實(shí)時(shí)可視化系統(tǒng)。通過對科學(xué)計(jì)算可視化理論與方法的研究和創(chuàng)新，尤其歸納、總結(jié)、提煉虛擬儀器對顯示模式、交互方式和儀器特點(diǎn)，研究的科學(xué)計(jì)算可視

5、化系統(tǒng)具有強(qiáng)大的功能和豐富的顯示模式，且用戶可以自定義顯示模式及方法，不同的模式間可以切換和自由組合顯示，特別適合測試測量儀器系統(tǒng)的各種顯示和交互。研究一種通用的科學(xué)計(jì)算可視化軟件系統(tǒng)是對虛擬儀器或測控軟件系統(tǒng)都是很有實(shí)用價(jià)值的,它也是降低虛擬儀器軟件編程難度、增加可復(fù)用性的有效途徑，具有學(xué)術(shù)價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。 本文在儀器概念方面，提出了智能虛擬顯示器的概念；在可視化理論和算法方面,提出了一種數(shù)據(jù)重抽與三角網(wǎng)格簡化算法，加快可視化

6、顯示時(shí)間，為示波器、動(dòng)態(tài)信號分析儀等實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)分析顯示提供了有效解決方案；在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與軟件設(shè)計(jì)方面，提出了數(shù)據(jù)統(tǒng)一模型，使輸入的各類數(shù)據(jù)和參數(shù)都由數(shù)據(jù)倉庫管理，減小程序設(shè)計(jì)難度，且程序更易管理、修改和升級；提出了軟件適配器、區(qū)域配置和任務(wù)調(diào)度策略等方法，完成智能虛擬顯示器規(guī)劃的功能和多線程間的協(xié)調(diào)。完成基于GDI/GDI+和OPENGL的智能虛擬顯示器，為虛擬儀器、信號分析處理和科學(xué)計(jì)算等提供了簡易、獨(dú)特的顯示系統(tǒng)，并在科學(xué)計(jì)算、虛