计算机仿真(第8章 科学计算可视化参考模型)ppt课件.ppt
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1、第8章 科学计算可视化参考模型,信息处理的不同领域有不同的参考模型。目的是为系统开发、应用开发等建立一个统一的理论基础。可视化参考模型用以解决如下问题:(1)参考模型作为系统的概念性框架可用来对可视化系统分类、比较。(2)描述可视化系统的主要特点。(3)定义一个开放性的可视化系统,以便于对系统现有功能的修改和扩充。(4)建立和统一可视化领域术语。VISC是科学研究过程中后置(事后)数据处理部分,目的是为研究人员提供一种可视化的分析手段。,本资料由-校园大学生创业网-提供http:/,8.1 科学计算可视化参考模型,通常,研究一种物理现象时,先建立物理模型(根据物理定律),转换成数学模型(物理定
2、律的数学表达式),提出计算模型送计算机计算(模拟),模拟结果数据经可视化处理转换成可视化图形(图像)。用于分析研究、验证物理模型、总结规律。物理模型数学模型计算模型模拟结果可视化,基于可视分析的研究模型(参考模型),建立,用 户,物理模型,分析(用户),可视化过程,内在规律,模拟(计算或实验),洞察,总结,验证,图形(图像),交互控制,计算或实验模型,计算或实验数据,可视化过程步骤,可视化过程就是将来自模拟阶段的数据转换为图形(图像)可视信息的过程。可视化过程分为四个步骤:(1)数据预处理:将模拟(计算或实验)所产生的原始数据作规范化处理,形成可用的应用数据,可处理数值数据、几何数据、图像数据
3、。数值数据:又称属性数据,表示温度、速度、强度等,分为标量、矢量、张量形式,是最关心的数据。几何数据:用来表示对象的形状,包括点、线、多边形、面等,是一类独立变量。图形数据:通常以点阵数据(位图)形式表示。数据预处理研究内容:数据格式及标准化、数据描述语言与操纵语言、数据变换技术、数据压缩与解压缩技术,四个方面。,可视化过程步骤,(2)映射:将应用数据映射成几何数据。如点、线段、多边形等。映射功能实质是构造建模功能,是可视化技术的核心。可视化处理的数据类型随应用领域的不同而不同,从而产生不同分类的可视化技术。(3)绘制:将几何数据变换成图像数据。成熟的计算机图形学理论与方法提供了丰富的绘制算法
4、,可供可视化技术利用,因此绘制功能不是可视化技术的核心问题(体绘制技术除外)。(4)显示:显示图象。涉及图形用户界面GUI技术,对应的软件层为设备提供驱动程序。,可视化系统组成元素分类,可视化系统组成元素分为两大类:数据交换语义层:定义数据与结构。包含三个层次数据:应用数据、几何数据、图像数据。数据变换功能模块(数据交换模块类):进行数据变换。分为两类: 滤波模块:完成数据在同一语义层内的变换,例如数据的插值、几何数据的分格等,包括数据滤波、几何滤波、图像滤波。映射模块(广义映射):完成数据在不同语义层内的变换,例如将温度数据变换成颜色,一般包括:数据预处理、映射、绘制、显示。,数据交换语义层
5、,数据交换模块类,交互操作和控制反馈,可视化流程模块,数据交换(变换)模块可按输入口与输出口所对应的数据语义层来描述,可采用以下方法描述数据变换模块:因此,在可视化流程中,使用的数据变换模块表示为:数据获取模块:应用数据:(创建)数据几何造型:(创建)几何数据扫描仪:(创建)图像数据数据预处理模块:规范化处理滤波模块:数据滤波:数据数据几何滤波:几何数据几何数据图像滤波:图像数据图像数据映射模块: 映射: 数据几何数据绘制模块: 绘制: 几何数据图像数据显示模块: 显示:图像数据显示空间/视频格式/文件格式,数据获取,原始数据,数据预处理,应用数据,映 射,几何数据,绘 制,图像数据,显 示,
6、用户分析,数据滤波,几何滤波,图像滤波,数据交换语义层,原始数据:通常为物理属性数据,如标量(温度)、矢量(加速度)、张量(力)等应用数据:已规范化的原始数据。几何数据:点、线段、曲面、体等几何元素数据。图像数据:象素。,用户与系统的交互操作,用户与系统的交互操作分为四类:配置交互:可选择数据变换模块,重新配置流程。控制参数交互:修改模块的控制参数,从而改变如颜色、大小等。数据交互:改变数据。通过指点图像数据(象素)来选择该象素对应的反向数据,可重新计算或选型。语义交互:语义交互操作用来选择交互反向模块,如: 反向绘制:图像数据几何数据 反向映射:几何数据数据,8.2 科学计算可视化的扩展参考
7、模型,前面已有一个参考模型,但实际的可视化系统往往又不同之处,如,随着原始数据的不同,可能省略“数据预处理”模块,或将部分数据预处理功能与映射功能合并在一起,如果原始数据不仅包括物理属性数据,而且还包括几何数据或扫描仪的图像数据,那么映射功能和绘制功能将合并。此时的映射与绘制模块可定义为: 映射与绘制:数据图像数据 几何数据图像数据 图像数据图像数据基于科学计算的数据往往是多维的,可视化将科学计算的多维数据映射到三维空间中的几何、拓扑、色彩和时间,但有时还不够,需要用更复杂的方法表示。于是提出科学计算可视可听化这一概念。,科学计算可听化含义,科学计算可听化有两种含义: 1. 利用非语音信号的各
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