CN102521863A - 一种基于粒子系统的三维流体标矢量统一动态表示方法 - Google Patents

一种基于粒子系统的三维流体标矢量统一动态表示方法 Download PDF

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CN102521863A CN2011103915422A CN201110391542A CN102521863A CN 102521863 A CN102521863 A CN 102521863A CN 2011103915422 A CN2011103915422 A CN 2011103915422A CN 201110391542 A CN201110391542 A CN 201110391542A CN 102521863 A CN102521863 A CN 102521863A
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Abstract

本发明涉及一种基于粒子系统的三维流体标矢量统一动态表示方法，包括以下步骤：基于显示的视觉效果制定涉及三维数据动态显示的空间密度、时间密度和显示帧数的动态表示规则；根据动态表示规则进行数据预处理，采用八叉树模型对数据进行存储和管理，结合流体的最大速度和动态表示规则设置表示的时间密度，采用粒子模型进行三维动态表示。本发明方法利用粒子系统，将流体的流速和其它标量属性统一地进行三维动态表示；基于视觉显示效果，根据流体自身的流速快慢设置三维动态表示的时间间隔和空间间隔参数，使得粒子在空间分布比较均匀，动态效果更加明显，并且避免了不同粒子前后帧数据的混淆。

Description

一种基于粒子系统的三维流体标矢量统一动态表示方法
技术领域  
    本发明属于三维图像处理领域，涉及一种基于粒子系统的三维流体标矢量统一动态表示方法。
背景技术  
三维流体数据一般包括流体的流速和流体的本身属性；其中流速属于矢量，包括方向和大小；而流体本身的属性通常是标量，比如流体的密度、温度等。所以流体的三维表示，根据其数据类型可以分为标量场和矢量场表示。常用标量场表示方法包括：剖面重构法、三维等值面法和直接体绘制法等；矢量场的表示方法包括：箭标图的方法、基于流线的方法、基于纹理的方法等。流体本身的属性值随着流体的流动而变化，所以流体的标量数据和矢量数据有很强的相关性。在对流体进行三维表示的时候，如果将标量和矢量在同一个时空基准下表示，在同一个界面显示，可以更为直观的体现标量和矢量数据之间的关系。
描述流体的时空变化过程的数据模型包括基于场的时空格网模型和基于特征的时空过程数据模型。场模型适合表示在三维空间中连续变化的数据，适合表示流体的流速、温度、盐度等属性；而特征模型适合表示离散对象数据，特别适合表示涡旋等流体现象或者等温线等特征。
流体是具有不规则的几何外形和不确定性的模糊体，不能采用通常用来表示刚性体的三维表示模型，而Reeves提出的粒子系统方法能比较好地表示这类对象。粒子系统将许多简单形状的粒子作为基本元素聚集起来，形成一个不规则的模糊体。粒子系统中的粒子被赋予初始的位置、速度、颜色和生命周期等属性，这些属性值依据一定的变化规律动态地变化。
由于流体的流速和本身属性在时间和空间上都是连续变化的，适合采用基于场的时空格网模型作为动态表示的时空数据模型。基于粒子系统的流体三维标量场动态表示方法属于直接体绘制方法，基于粒子系统的流体三维矢量场动态表示方法属于箭标图法；基于粒子系统的流体三维动态表示方法可以方便地将标量和矢量数据进行统一表示。本申请提出了一种基于粒子系统的三维流体标矢量统一动态表示方法，采用基于场的时空格网数据模型，用直接体绘制方法和箭标图法在粒子系统中对流体三维标矢量数据进行统一动态表示。为了取得更好的视觉显示效果，本申请制定了基于视觉效果的动态表示规则。依据规则设置显示的空间和时间密度参数，对流体标矢量动态数据进行插值，使得数据显示时，粒子在空间上分布比较均匀，在时间上前后帧之间动态变化适中。
发明内容
本发明的目的在于针对流体对象，提供一种基于粒子系统的三维流体标矢量统一表示方法，统一地表示流体的三维速度矢量属性和流体本身的标量属性信息。提供的方法能适用于各种不同流体及其属性的动态三维表示。
本发明所采用的技术方案是一种基于粒子系统的三维流体标矢量统一表示方法，包括以下步骤：
步骤1，设定流体的动态表示规则，所述动态表示规则如下，
a，粒子的生命周期为3帧数据的时间间隔； 
b，三维流体数据通过三维规则格网数据表示，三维规则数据格网由三维空间网格点组成，三维空间网格点是三维空间中分布的采样点，采样点在三维空间呈规则分布，相邻采样点在在各个方向上的空间间隔相等，空间间隔记为空间密度参数                                                
Figure 2011103915422100002DEST_PATH_IMAGE001
；
粒子初始时刻在空间中的位置为三维空间网格点的位置； 
c，三维动态表示的前后帧的时间间隔记为时间密度参数
Figure 2011103915422100002DEST_PATH_IMAGE002
，设置时间密度参数
Figure 360213DEST_PATH_IMAGE002
数值，使得所有粒子在
Figure 456345DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 2011103915422100002DEST_PATH_IMAGE003
时间内的位移总是小于
Figure 2011103915422100002DEST_PATH_IMAGE004
的最大值；
步骤2，根据步骤1所述动态表示规则，通过插值，将表示流体本身属性的标量数据和表示流体流速的矢量数据转化成同一时空基准下的三维规则格网数据；
步骤3，将步骤2转化后的标量数据和矢量数据按照时间的先后顺序分别存储，某一时刻标量数据和矢量数据在空间上采用八叉树模型对数据进行存储和管理； 
步骤4，根据待显示流体的区域、显示的尺度、显示的时间段，确定需要的标量数据和矢量数据，提取三维规则数据格网的空间间隔记为空间密度参数
Figure 29933DEST_PATH_IMAGE001
，时间间隔记为
Figure 2011103915422100002DEST_PATH_IMAGE005
；
步骤5，依据步骤1所述动态表示规则设置时间密度参数
Figure 160700DEST_PATH_IMAGE002
，分为以下2个步骤：
步骤5.1，标量数据的格式是，其中是三维空间网格点的坐标，
Figure 2011103915422100002DEST_PATH_IMAGE008
是该三维空间网格点的标量值，矢量数据的格式是，其中是三维空间点的坐标，
Figure 2011103915422100002DEST_PATH_IMAGE010
是该三维空间网格点的矢量值，表示流体的速度矢量；计算步骤4所读取标量数据和矢量数据中的所有不同时间三维空间格网点上流体速度的大小，如以下公式（1）：
Figure DEST_PATH_IMAGE011
，
将最大值记为
Figure 2011103915422100002DEST_PATH_IMAGE012
；
步骤5.2，分以下2种情况设置时间密度参数
Figure 132253DEST_PATH_IMAGE002
：
当
Figure DEST_PATH_IMAGE013
时，令，进入步骤6； 
当
Figure DEST_PATH_IMAGE015
时，令，进入步骤7，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE017
，表示取
Figure 2011103915422100002DEST_PATH_IMAGE018
整数部分；
步骤6，采用粒子系统对流体进行三维动态表示，包括以下步骤：
步骤6.1，根据步骤4所确定需要的标量数据和矢量数据，按照时间先后顺序读取其中某一时刻的数据，设置相应的粒子系统，并赋予初始属性值，粒子的初始属性值作为粒子系统的第一帧显示；赋予初始属性值的实现方式如下，
所读取数据中的每个三维空间格网点，用一个粒子表示，粒子的初始属性值包括空间位置坐标、速度和颜色属性值，粒子的空间位置坐标是三维空间格网点坐标
Figure 568920DEST_PATH_IMAGE007
，粒子的速度
Figure DEST_PATH_IMAGE019
是三维空间格网点的矢量值
Figure 554193DEST_PATH_IMAGE010
，粒子的颜色属性值是三维空间格网的标量值，每一个粒子的生命周期为3帧数据的时间间隔0～2
Figure 830001DEST_PATH_IMAGE002
；
步骤6.2，计算粒子在
Figure 945724DEST_PATH_IMAGE002
时刻和时刻的属性值，粒子在
Figure 266164DEST_PATH_IMAGE002
时刻的属性值，作为粒子系统的第二帧显示；粒子在时刻的属性值，作为粒子系统的第三帧显示，进入步骤8；计算粒子在
Figure 478020DEST_PATH_IMAGE002
时刻和
Figure 234623DEST_PATH_IMAGE003
时刻的属性值实现方式如下，
对于粒子系统中的任何一个粒子，记为
Figure 2011103915422100002DEST_PATH_IMAGE020
,粒子
Figure 886184DEST_PATH_IMAGE020
在初始时刻的空间位置坐标记为
Figure DEST_PATH_IMAGE021
，在初始时刻的速度记为
Figure 2011103915422100002DEST_PATH_IMAGE022
,在初始时刻的颜色属性值记为；
在
Figure 56135DEST_PATH_IMAGE002
时刻，粒子
Figure 513661DEST_PATH_IMAGE020
的空间位置坐标记为
Figure 2011103915422100002DEST_PATH_IMAGE024
，按照下面的公式（2）得到：
Figure DEST_PATH_IMAGE025
；
在
Figure 124771DEST_PATH_IMAGE002
时刻，粒子
Figure 212812DEST_PATH_IMAGE020
速度和颜色属性值保持不变，分别为
Figure 545092DEST_PATH_IMAGE022
和
Figure 478413DEST_PATH_IMAGE023
；
在
Figure 147292DEST_PATH_IMAGE003
时刻，粒子
Figure 468552DEST_PATH_IMAGE020
的空间位置坐标记为
Figure 2011103915422100002DEST_PATH_IMAGE026
，按照下面的公式（3）得到：
Figure DEST_PATH_IMAGE027
；
在
Figure 19619DEST_PATH_IMAGE003
时刻，粒子的速度和颜色属性值保持不变，分别为
Figure 607912DEST_PATH_IMAGE022
和
Figure 772177DEST_PATH_IMAGE023
；
步骤7，采用粒子系统对流体进行三维动态表示，包括以下步骤：
步骤7.1，根据步骤4所确定需要的标量数据和矢量数据，按照时间先后顺序读取其中总共个时刻的数据，如果步骤4中所确定需要的标量数据和矢量数据总共只有
Figure DEST_PATH_IMAGE029
个时刻，并且
Figure 2011103915422100002DEST_PATH_IMAGE030
时，则按照时间先后顺序读取所有
Figure 138436DEST_PATH_IMAGE029
个时刻的数据；设置相应的粒子系统，并赋予初始属性值，粒子的初始属性值作为粒子系统的第一帧显示；当
Figure DEST_PATH_IMAGE031
时，进入步骤7.2，当
Figure 741456DEST_PATH_IMAGE030
时，进入步骤7.3；
赋予初始属性值的实现方式如下，
将所读取第一个时刻数据中的每个三维空间格网点，用一个粒子表示，粒子的初始属性值包括空间位置坐标、速度和颜色属性值，粒子的空间位置坐标是三维空间格网点坐标
Figure 119348DEST_PATH_IMAGE007
，粒子的速度
Figure 720093DEST_PATH_IMAGE019
是三维空间格网点的矢量值
Figure 245753DEST_PATH_IMAGE010
，粒子的颜色属性值是三维空间格网的标量值
Figure 590146DEST_PATH_IMAGE008
，每一个粒子的生命周期为3帧数据的时间间隔0～2
Figure 147511DEST_PATH_IMAGE002
；
步骤7.2，计算粒子在
Figure 653579DEST_PATH_IMAGE002
时刻和
Figure 932113DEST_PATH_IMAGE003
时刻的属性值，粒子在时刻的属性值，作为粒子系统的第二帧显示；粒子在
Figure 229419DEST_PATH_IMAGE003
时刻的属性值，作为粒子系统的第三帧显示；
对于粒子系统中的任何一个粒子，记为
Figure 906388DEST_PATH_IMAGE020
,粒子
Figure 406640DEST_PATH_IMAGE020
在初始时刻的空间位置坐标记为
Figure 92836DEST_PATH_IMAGE021
，在初始时刻的速度记为
Figure 362143DEST_PATH_IMAGE022
,在初始时刻的颜色属性值记为
Figure 475593DEST_PATH_IMAGE023
；计算粒子在
Figure 400824DEST_PATH_IMAGE002
时刻和
Figure 687449DEST_PATH_IMAGE003
时刻的属性值通过以下迭代过程实现， 
步骤7.2.1,令n=1；
步骤7.2.2,按照以下公式（4）、（5）、（6）计算第n步粒子
Figure 76842DEST_PATH_IMAGE020
的空间位置坐标
Figure 2011103915422100002DEST_PATH_IMAGE032
，该坐标的位置记为
Figure DEST_PATH_IMAGE033
：
；
Figure DEST_PATH_IMAGE035
；
Figure 2011103915422100002DEST_PATH_IMAGE036
；
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE037
表示第n-1步粒子
Figure 488756DEST_PATH_IMAGE020
的空间位置坐标标，
Figure 2011103915422100002DEST_PATH_IMAGE038
表示第n-1步粒子
Figure 698020DEST_PATH_IMAGE020
的速度；
步骤7.2.3,在时刻，位置处于一个以三维空间网格点为顶点组成的立方体中，若位置处于多个立方体的交界处时，选择读入的第一个立方体；立方体的顶点记为
Figure 2011103915422100002DEST_PATH_IMAGE040
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE041
；在
Figure 549805DEST_PATH_IMAGE039
时刻，三维空间网格点的速度记为
Figure 2011103915422100002DEST_PATH_IMAGE042
，三维空间网格点
Figure 78055DEST_PATH_IMAGE040
的空间位置坐标记为
Figure DEST_PATH_IMAGE043
，利用立方体的8个顶点
Figure 176461DEST_PATH_IMAGE040
，采用以下线性插值公式(7)，拟合粒子
Figure 864931DEST_PATH_IMAGE020
在位置
Figure 986471DEST_PATH_IMAGE033
处的速度：
，其中
Figure 2011103915422100002DEST_PATH_IMAGE046
；
步骤7.2.4,当n小于
Figure DEST_PATH_IMAGE047
时，令n=n+1, 返回步骤7.2.2求取下一步粒子的空间位置坐标和速度，直到
Figure 2011103915422100002DEST_PATH_IMAGE048
时，结束迭代过程，进入步骤7.2.5；
粒子
Figure 696468DEST_PATH_IMAGE020
在
Figure 493523DEST_PATH_IMAGE002
时刻的属性值等于位置
Figure DEST_PATH_IMAGE049
的属性值，位置
Figure 164676DEST_PATH_IMAGE049
的空间位置坐标为
Figure 2011103915422100002DEST_PATH_IMAGE050
，速度为，颜色属性值
Figure 2011103915422100002DEST_PATH_IMAGE052
通过以下线性插值公式(8)得到：
Figure DEST_PATH_IMAGE053
，
其中
Figure 2011103915422100002DEST_PATH_IMAGE054
，
Figure DEST_PATH_IMAGE055
为顶点
Figure 259540DEST_PATH_IMAGE040
的颜色属性值；
步骤7.2.5,将粒子
Figure 270221DEST_PATH_IMAGE020
的属性值用位置
Figure 300494DEST_PATH_IMAGE049
的属性值代替，返回步骤7.2.1得到粒子
Figure 396626DEST_PATH_IMAGE020
在
Figure 173476DEST_PATH_IMAGE003
时刻的属性值后，进入步骤8；
步骤7.3，
当
Figure 2011103915422100002DEST_PATH_IMAGE056
时，进行步骤7.2的过程直到步骤7.2.4中
Figure DEST_PATH_IMAGE057
，结束迭代过程；如果
Figure 2011103915422100002DEST_PATH_IMAGE058
是整数，将粒子
Figure 366560DEST_PATH_IMAGE020
在位置
Figure DEST_PATH_IMAGE059
处的属性值作为粒子系统第二帧显示的粒子属性值，否则将粒子在位置
Figure 2011103915422100002DEST_PATH_IMAGE060
处的属性值作为粒子系统第二帧显示的粒子属性值；将粒子
Figure 947900DEST_PATH_IMAGE020
在位置
Figure DEST_PATH_IMAGE061
处的属性值作为第三帧显示的粒子属性值，进入步骤8；
当
Figure 2011103915422100002DEST_PATH_IMAGE062
时，进行步骤7.2的过程直到步骤7.2.4中
Figure 525512DEST_PATH_IMAGE048
，得到粒子
Figure 510786DEST_PATH_IMAGE020
在时刻的属性值，作为粒子系统的第二帧显示；再将粒子的属性值用位置
Figure 803730DEST_PATH_IMAGE049
的属性值代替，重复迭代过程步骤7.2.1到步骤7.2.4直到 
Figure DEST_PATH_IMAGE063
，结束迭代过程；将粒子
Figure 643510DEST_PATH_IMAGE020
在位置处的属性值作为第三帧显示的粒子属性值，进入步骤8；
步骤8，依次读取步骤6或者步骤7所得粒子在三帧的属性值，进行数据映射绘制并可视化；
步骤9，若步骤4所确定需要的标量数据和矢量数据中剩下有未读取的数据，返回到步骤6或者步骤7，直到步骤4所确定需要的标量数据和矢量数据都表示和可视化完毕。
而且，步骤8进行数据映射绘制时采用以下方式，
粒子采用箭头表示；粒子的速度的大小表示为箭头的长度，方向表示为箭头的方向；粒子的空间坐标位置表示为箭头的箭尾位置；将粒子的颜色属性值
Figure 2011103915422100002DEST_PATH_IMAGE064
依据以下公式（9）得到归一化的颜色属性值
Figure DEST_PATH_IMAGE065
：
Figure 2011103915422100002DEST_PATH_IMAGE066
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE067
为所选择显示的三维流体数据中颜色属性值的最大值；
箭头的颜色在RGB彩色空间中为
Figure 2011103915422100002DEST_PATH_IMAGE068
，由以下公式（10）、（11）、（12）得到：
Figure DEST_PATH_IMAGE069
，
Figure 2011103915422100002DEST_PATH_IMAGE070
，
Figure DEST_PATH_IMAGE071
。
本发明提供的技术方案的有益效果为：利用粒子系统，将流体的流速和其它标量属性统一地进行三维动态表示；设计粒子系统的生命周期为3帧数据的时间间隔，这3帧之间粒子的位移可以形象地体现流体的流动状态，直观的表示出流体整体的流速场，同时3帧的计算量和算法复杂度也较低；基于视觉效果建立动态表示规则，根据流体自身的流速自适应地设定三维动态表示的空间间隔参数和时间间隔参数，使得粒子在空间分布比较均匀，动态效果更加明显，并且避免了不同粒子前后帧数据的混淆。
附图说明
图1为本发明实施例的流程图。
具体实施方式
本发明技术方案可采用软件技术实现流程自动运行。为了更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。本发明的实施例是对FVCOM海洋动力学模型模拟的近海岸海洋的潮流数据和温度数据进行三维动态表示，参照图1，本发明实施例的步骤如下：
步骤1，设定流体的动态表示规则；所述动态表示规则如下，
a，粒子的生命周期为3帧数据的时间间隔； 
b，三维流体数据通过三维规则格网数据表示，三维规则数据格网由三维空间网格点组成，三维空间网格点是三维空间中分布的采样点，采样点在三维空间呈规则分布，相邻采样点在在各个方向上的空间间隔相等，空间间隔记为空间密度参数
Figure 928528DEST_PATH_IMAGE001
；
粒子初始时刻在空间中的位置为三维空间网格点的位置； 
c，三维动态表示的前后帧的时间间隔记为时间密度参数
Figure 582363DEST_PATH_IMAGE002
，设置时间密度参数
Figure 542229DEST_PATH_IMAGE002
数值，使得所有粒子在
Figure 256107DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 35844DEST_PATH_IMAGE003
时间内的位移总是小于的最大值。
粒子的生命周期大于或等于2帧数据的时间间隔就能体现流体流动的效果，选择生命周期为3帧数据的时间间隔，通过前后帧的对比，可以比较好的体现流体的速度，显示出比较好的动态效果，当生命周期加长，会增加插值的计算量和算法的复杂性。根据规则b,在初始时刻，粒子在空间中呈均匀分布；根据规则c，在第二帧和第三帧，粒子的位置变化不会超过
Figure 307743DEST_PATH_IMAGE004
，在动态显示的时候可以方便地对同一个粒子在前后帧进行对应，而不会和相邻的其它粒子混淆；粒子在
Figure 130205DEST_PATH_IMAGE003
时间内的位移总是小于
Figure 459555DEST_PATH_IMAGE004
的前提下达到最大使得动态变化更为明显。
步骤2，进行数据预处理：表示流体流速的矢量数据和表示流体本身属性的标量数据分别采用FVCOM海洋动力学模型模拟的近海岸海洋的潮流数据和温度数据，在空间上分为6层，每层内采用三角形网格；潮流数据和温度数据的时空基准是一致的，即在时间和空间上坐标一致。根据规则b，实施例通过现有技术中的克里金插值，将表示流体本身属性的标量数据和表示流体流速的矢量数据转化成三维规则格网数据。具体实施时，还可采用其他插值技术实现。
步骤3，经过步骤2预处理后的数据按照时间的先后顺序分别存储，某一时刻标量和矢量数据在空间上采用八叉树模型对数据进行存储和管理。八叉树模型是由四叉树结构推广到三维空间而形成的一种三维数据结构，在八叉树的树形结构中，根节点表示整个三维空间区域，将该区域切分成8 个大小相同的小区域，用其8 个子节点表示。对于每一个这样的区域，继续将其分成8 个更小的区域。按此规则一直分割到不再需要分割的层次为止。在八叉树数据模型中，父节点的属性值为8个子节点的属性值的算数平均值。在实施例中，采用的是拥有4个层次（尺度）的八叉树模型。
步骤4，选择显示的尺度为最小尺度（最精细），显示流体的区域为一个有
Figure DEST_PATH_IMAGE072
格网点的区域。显示20个时刻的数据，每个时刻之间的时间间隔为1小时，读取所需要的标量和矢量数据，提取三维规则数据格网的空间间隔记为空间密度参数
Figure 720772DEST_PATH_IMAGE001
，时间间隔记为
Figure 389651DEST_PATH_IMAGE005
。若选择了
Figure 383015DEST_PATH_IMAGE029
个时刻的数据，每前后2个时刻的时间间隔是
Figure 202591DEST_PATH_IMAGE005
，则显示的时间段是从第一个时刻到最后一个时刻，时间段的长度一共是（M-1）*。注意，
Figure 790884DEST_PATH_IMAGE005
指的是数据的前后2个时刻间的时间间隔，
Figure 955149DEST_PATH_IMAGE002
是指在显示的时候前后帧之间的间隔。
步骤5，依据步骤1所述动态表示规则（规则c）设置时间密度参数
Figure 196775DEST_PATH_IMAGE002
，分为以下2个步骤：
步骤5.1，三维规则数据格网由三维空间网格点组成，标量数据的格式是
Figure 799794DEST_PATH_IMAGE006
，其中
Figure 177686DEST_PATH_IMAGE007
是三维空间网格点的坐标，
Figure 840748DEST_PATH_IMAGE008
是该三维空间网格点的标量值，矢量数据的格式是
Figure 304091DEST_PATH_IMAGE009
，其中
Figure 710801DEST_PATH_IMAGE007
是三维空间点的坐标，
Figure 943200DEST_PATH_IMAGE010
是该三维空间网格点的矢量值，表示流体的速度矢量；计算步骤4所读取标量数据和矢量数据中的所有不同时间三维空间格网点上流体速度的大小，如以下公式（1）：
Figure 714846DEST_PATH_IMAGE011
，
将最大值记为
Figure 727802DEST_PATH_IMAGE012
；
步骤5.2，分以下2种情况设置时间密度参数：
情况1，当
Figure 25108DEST_PATH_IMAGE013
时，流体的速度比较快，为了满足动态表示规则，设置的时间密度参数
Figure 967656DEST_PATH_IMAGE002
要小于数据的时间间隔
Figure 467908DEST_PATH_IMAGE005
；令，这是确保所有粒子在
Figure 361094DEST_PATH_IMAGE003
时间内的位移总是小于
Figure 557369DEST_PATH_IMAGE004
的最大值； 进入步骤6；
情况2，当
Figure 544916DEST_PATH_IMAGE015
时，流体的速度比较慢，为了有比较明显的动态效果，将时间密度参数
Figure 769224DEST_PATH_IMAGE002
设置为数据的时间间隔
Figure 96300DEST_PATH_IMAGE005
的整数倍，将多个时刻的数据集成成一帧显示；令，进入步骤7，其中
Figure 589916DEST_PATH_IMAGE017
，表示取整数部分，这是确保所有粒子在
Figure 861814DEST_PATH_IMAGE003
时间内的位移总是小于
Figure 379383DEST_PATH_IMAGE004
的最大值。
步骤6，根据规则a，采用粒子系统对流体进行三维动态表示，包括以下步骤：
步骤6.1，根据步骤4所确定需要的标量数据和矢量数据，按照时间先后顺序读取其中某一时刻的数据，设置相应的粒子系统，并赋予初始属性值，粒子的初始属性值作为粒子系统的第一帧显示；赋予初始属性值的实现方式如下，
所读取数据中的每个三维空间格网点，用一个粒子表示，粒子的初始属性值包括空间位置坐标、速度和颜色属性值，粒子的空间位置坐标是三维空间格网点坐标
Figure 13627DEST_PATH_IMAGE007
，粒子的速度是三维空间格网点的矢量值
Figure 943722DEST_PATH_IMAGE010
，粒子的颜色属性值是三维空间格网的标量值，每一个粒子的生命周期为3帧数据的时间间隔0～2
Figure 753733DEST_PATH_IMAGE002
；
步骤6.2，计算粒子在
Figure 123534DEST_PATH_IMAGE002
时刻和时刻的属性值，粒子在
Figure 139080DEST_PATH_IMAGE002
时刻的属性值，作为粒子系统的第二帧显示；粒子在
Figure 813163DEST_PATH_IMAGE003
时刻的属性值，作为粒子系统的第三帧显示，进入步骤8；计算粒子在
Figure 721076DEST_PATH_IMAGE002
时刻和
Figure 794074DEST_PATH_IMAGE003
时刻的属性值实现方式如下，
对于粒子系统中的任何一个粒子，记为
Figure 762030DEST_PATH_IMAGE020
,粒子
Figure 858162DEST_PATH_IMAGE020
在初始时刻的空间位置坐标记为
Figure 632083DEST_PATH_IMAGE021
，在初始时刻的速度记为
Figure 559588DEST_PATH_IMAGE022
,在初始时刻的颜色属性值记为
Figure 698445DEST_PATH_IMAGE023
；
在
Figure 344190DEST_PATH_IMAGE002
时刻，粒子
Figure 859485DEST_PATH_IMAGE020
的空间位置坐标记为
Figure 579179DEST_PATH_IMAGE024
，按照下面的公式（2）得到：
Figure 13572DEST_PATH_IMAGE025
；
在
Figure 84296DEST_PATH_IMAGE002
时刻，粒子
Figure 200020DEST_PATH_IMAGE020
速度和颜色属性值保持不变，分别为
Figure 39800DEST_PATH_IMAGE022
和
Figure 579847DEST_PATH_IMAGE023
；
在时刻，粒子
Figure 729385DEST_PATH_IMAGE020
的空间位置坐标记为，按照下面的公式（3）得到：
Figure 403129DEST_PATH_IMAGE027
；
在
Figure 245183DEST_PATH_IMAGE003
时刻，粒子
Figure 640393DEST_PATH_IMAGE020
的速度和颜色属性值保持不变，分别为
Figure 517082DEST_PATH_IMAGE022
和
Figure 339544DEST_PATH_IMAGE023
；
步骤7，根据规则a，采用粒子系统对流体进行三维动态表示，包括以下步骤：
步骤7.1，根据步骤4所确定需要的标量数据和矢量数据，按照时间先后顺序读取其中总共
Figure 606577DEST_PATH_IMAGE028
个时刻的数据，如果步骤4中所确定需要的标量数据和矢量数据总共只有
Figure 867795DEST_PATH_IMAGE029
个时刻，并且
Figure 536673DEST_PATH_IMAGE030
时，则按照时间先后顺序读取所有
Figure 592354DEST_PATH_IMAGE029
个时刻的数据；设置相应的粒子系统，并赋予初始属性值，粒子的初始属性值作为粒子系统的第一帧显示；当
Figure 346683DEST_PATH_IMAGE031
时，进入步骤7.2，当
Figure 146012DEST_PATH_IMAGE030
时，进入步骤7.3；
赋予初始属性值的实现方式如下，
将所读取第一个时刻数据中的每个三维空间格网点，用一个粒子表示，粒子的初始属性值包括空间位置坐标、速度和颜色属性值，粒子的空间位置坐标是三维空间格网点坐标，粒子的速度
Figure 99242DEST_PATH_IMAGE019
是三维空间格网点的矢量值
Figure 403184DEST_PATH_IMAGE010
，粒子的颜色属性值是三维空间格网的标量值
Figure 678308DEST_PATH_IMAGE008
，每一个粒子的生命周期为3帧数据的时间间隔0～2
Figure 387025DEST_PATH_IMAGE002
；步骤7.2，计算粒子在时刻和
Figure 451113DEST_PATH_IMAGE003
时刻的属性值，粒子在
Figure 592244DEST_PATH_IMAGE002
时刻的属性值，作为粒子系统的第二帧显示；粒子在
Figure 90222DEST_PATH_IMAGE003
时刻的属性值，作为粒子系统的第三帧显示；
对于粒子系统中的任何一个粒子，记为,粒子
Figure 874824DEST_PATH_IMAGE020
在初始时刻的空间位置坐标记为，在初始时刻的速度记为
Figure 172130DEST_PATH_IMAGE022
,在初始时刻的颜色属性值记为
Figure 114679DEST_PATH_IMAGE023
；计算粒子在
Figure 614930DEST_PATH_IMAGE002
时刻和
Figure 35547DEST_PATH_IMAGE003
时刻的属性值通过以下迭代过程实现， 
步骤7.2.1,令n=1；
步骤7.2.2,按照以下公式（4）、（5）、（6）计算第n步粒子
Figure 570434DEST_PATH_IMAGE020
的空间位置坐标，该坐标的位置记为
Figure 671431DEST_PATH_IMAGE033
：
Figure 895739DEST_PATH_IMAGE034
；
Figure 957236DEST_PATH_IMAGE035
；
Figure 303903DEST_PATH_IMAGE036
；
其中
Figure 716430DEST_PATH_IMAGE037
表示第n-1步粒子
Figure 803816DEST_PATH_IMAGE020
的空间位置坐标标，
Figure 985399DEST_PATH_IMAGE038
表示第n-1步粒子
Figure 175072DEST_PATH_IMAGE020
的速度；
步骤7.2.3,在
Figure 137211DEST_PATH_IMAGE039
时刻，位置
Figure 703322DEST_PATH_IMAGE033
处于一个以三维空间网格点为顶点组成的立方体中，若位置
Figure 67307DEST_PATH_IMAGE033
处于多个立方体的交界处时，选择读入的第一个立方体；立方体的顶点记为
Figure 427881DEST_PATH_IMAGE040
，其中；在时刻，三维空间网格点
Figure 137714DEST_PATH_IMAGE040
的速度记为，三维空间网格点的空间位置坐标记为，利用立方体的8个顶点
Figure 852412DEST_PATH_IMAGE040
，采用以下线性插值公式(7)，拟合粒子在位置
Figure 978817DEST_PATH_IMAGE033
处的速度
Figure 690421DEST_PATH_IMAGE044
：
，其中
Figure 756783DEST_PATH_IMAGE046
。
若粒子处于多个这样的立方体的交界处时，选择读入的第一个立方体；从公式（7）可以看出，选择任意一个满足要求的立方体，拟合的结果不变。
步骤7.2.4,当n小于
Figure 405458DEST_PATH_IMAGE047
时，令n=n+1, 返回步骤7.2.2求取下一步粒子
Figure 655174DEST_PATH_IMAGE020
的空间位置坐标和速度，直到
Figure 702764DEST_PATH_IMAGE048
时，结束迭代过程，进入步骤7.2.5；
粒子
Figure 12523DEST_PATH_IMAGE020
在
Figure 83247DEST_PATH_IMAGE002
时刻的属性值等于位置
Figure 198971DEST_PATH_IMAGE049
的属性值，位置的空间位置坐标为，速度为
Figure 874168DEST_PATH_IMAGE051
，颜色属性值
Figure 793583DEST_PATH_IMAGE052
通过以下线性插值公式(8)得到：
Figure 487869DEST_PATH_IMAGE053
，
其中
Figure 139431DEST_PATH_IMAGE054
，
Figure 247064DEST_PATH_IMAGE055
为顶点
Figure 642273DEST_PATH_IMAGE040
的颜色属性值；
步骤7.2.5,将粒子
Figure 253383DEST_PATH_IMAGE020
的属性值用位置
Figure 341425DEST_PATH_IMAGE049
的属性值代替，返回步骤7.2.1得到粒子
Figure 670775DEST_PATH_IMAGE020
在
Figure 869675DEST_PATH_IMAGE003
时刻的属性值后，进入步骤8；
步骤7.3，当步骤4中选择显示的数据总共只有
Figure 332362DEST_PATH_IMAGE029
个时刻，并且
Figure DEST_PATH_IMAGE073
时，表示用于显示的数据的时间段较少，在这种情况下显示的前后帧时间间隔就不能选用设定的时间密度，需要特殊处理。
实施例分以下2种情况处理：
当
Figure 653622DEST_PATH_IMAGE056
时，进行步骤7.2的过程直到步骤7.2.4中
Figure 407951DEST_PATH_IMAGE057
，结束迭代过程；如果
Figure 144963DEST_PATH_IMAGE058
是整数，将粒子在位置
Figure 160509DEST_PATH_IMAGE059
处的属性值作为粒子系统第二帧显示的粒子属性值，否则将粒子
Figure 198873DEST_PATH_IMAGE020
在位置
Figure 739575DEST_PATH_IMAGE060
处的属性值作为粒子系统第二帧显示的粒子属性值；将粒子
Figure 445363DEST_PATH_IMAGE020
在位置
Figure 780530DEST_PATH_IMAGE061
处的属性值作为第三帧显示的粒子属性值，进入步骤8；
当
Figure 571768DEST_PATH_IMAGE062
时，进行步骤7.2的过程直到步骤7.2.4完成（
Figure 712899DEST_PATH_IMAGE048
），得到粒子
Figure 210877DEST_PATH_IMAGE020
在
Figure 716945DEST_PATH_IMAGE002
时刻的属性值，作为粒子系统的第二帧显示；再将粒子
Figure 995479DEST_PATH_IMAGE020
的属性值用位置
Figure 877985DEST_PATH_IMAGE049
的属性值代替，重复迭代过程步骤7.2.1到步骤7.2.4直到 ，结束迭代过程；将粒子
Figure 238263DEST_PATH_IMAGE020
在位置
Figure 738515DEST_PATH_IMAGE061
处的属性值作为第三帧显示的粒子属性值，进入步骤8；
步骤8，依次读取步骤6或者步骤7所得粒子在三帧的属性值，进行数据映射绘制并可视化；
本申请的实施例基于Geoglobe软件平台实现最后的可视化。在Geoglobe软件平台上可以方便的进行箭头的绘制，并可以随意的进行平移、缩放、转换观察角度等操作。采用Geoglobe软件平台依次读取步骤6或者步骤7中粒子三帧的属性值，依据以下的数据映射方法绘制并可视化：
粒子采用箭头表示；粒子的速度的大小表示为箭头的长度，方向表示为箭头的方向；粒子的空间坐标位置表示为箭头的箭尾位置；将粒子的颜色属性值
Figure 159132DEST_PATH_IMAGE064
依据以下公式（9）得到归一化的颜色属性值
Figure 631701DEST_PATH_IMAGE065
：
Figure 541889DEST_PATH_IMAGE066
，其中
Figure 529436DEST_PATH_IMAGE067
为所选择显示的三维流体数据中颜色属性值的最大值，可通过遍历地搜索所有颜色属性值得到；
箭头的颜色在RGB彩色空间中为
Figure 753744DEST_PATH_IMAGE068
，由以下公式（10）、（11）、（12）得到：
Figure 143137DEST_PATH_IMAGE069
，
Figure 427488DEST_PATH_IMAGE070
，
Figure 840015DEST_PATH_IMAGE071
。
具体实施时，本领域技术人员可以设置其他数据映射绘制方式。
步骤9，若步骤4所确定需要的标量数据和矢量数据中剩下有未读取的数据，返回到步骤6或者步骤7（分别针对步骤5.2中的情况1或者情况2），直到步骤4所确定需要的标量数据和矢量数据都表示和可视化完毕。
综上所述，本发明提出的基于粒子系统的三维流体标矢量统一动态表示方法，基于显示的视觉效果制定动态表示规则，依据动态表示规则进行数据预处理，采用八叉树模型对数据进行存储和管理，结合流体的最大速度和动态表示规则设置表示的时间密度，采用粒子模型进行三维动态表示。该方法将流体的流速和其它标量属性统一地进行三维动态表示，粒子在空间分布比较均匀，动态效果更加明显，并且避免了不同粒子前后帧数据的混淆。

Claims (2)

1.一种基于粒子系统的三维流体标矢量统一表示方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，设定流体的动态表示规则，所述动态表示规则如下，
a，粒子的生命周期为3帧数据的时间间隔； 
b，三维流体数据通过三维规则格网数据表示，三维规则数据格网由三维空间网格点组成，三维空间网格点是三维空间中分布的采样点，采样点在三维空间呈规则分布，相邻采样点在在各个方向上的空间间隔相等，空间间隔记为空间密度参数                                                ；
粒子初始时刻在空间中的位置为三维空间网格点的位置； 
c，三维动态表示的前后帧的时间间隔记为时间密度参数
Figure 2011103915422100001DEST_PATH_IMAGE002
，设置时间密度参数
Figure 513420DEST_PATH_IMAGE002
数值，使得所有粒子在
Figure 293157DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 750683DEST_PATH_IMAGE003
时间内的位移总是小于
Figure 2011103915422100001DEST_PATH_IMAGE004
的最大值；
步骤2，根据步骤1所述动态表示规则，通过插值，将表示流体本身属性的标量数据和表示流体流速的矢量数据转化成同一时空基准下的三维规则格网数据；
步骤3，将步骤2转化后的标量数据和矢量数据按照时间的先后顺序分别存储，某一时刻标量数据和矢量数据在空间上采用八叉树模型对数据进行存储和管理； 
步骤4，根据待显示流体的区域、显示的尺度、显示的时间段，确定需要的标量数据和矢量数据，提取三维规则数据格网的空间间隔记为空间密度参数
Figure 565055DEST_PATH_IMAGE001
，时间间隔记为
Figure 449835DEST_PATH_IMAGE005
；
步骤5，依据步骤1所述动态表示规则设置时间密度参数
Figure 716868DEST_PATH_IMAGE002
，分为以下2个步骤：
步骤5.1，标量数据的格式是
Figure 2011103915422100001DEST_PATH_IMAGE006
，其中
Figure 978085DEST_PATH_IMAGE007
是三维空间网格点的坐标，
Figure 2011103915422100001DEST_PATH_IMAGE008
是该三维空间网格点的标量值，矢量数据的格式是
Figure 646964DEST_PATH_IMAGE009
，其中
Figure 699715DEST_PATH_IMAGE007
是三维空间点的坐标，是该三维空间网格点的矢量值，表示流体的速度矢量；计算步骤4所读取标量数据和矢量数据中的所有不同时间三维空间格网点上流体速度的大小，如以下公式（1）：
Figure 454044DEST_PATH_IMAGE011
，
将最大值记为
Figure 2011103915422100001DEST_PATH_IMAGE012
；
步骤5.2，分以下2种情况设置时间密度参数
Figure 253373DEST_PATH_IMAGE002
：
当
Figure 776758DEST_PATH_IMAGE013
时，令
Figure 2011103915422100001DEST_PATH_IMAGE014
，进入步骤6； 
当
Figure 268919DEST_PATH_IMAGE015
时，令
Figure 2011103915422100001DEST_PATH_IMAGE016
，进入步骤7，其中
Figure 510545DEST_PATH_IMAGE017
，表示取
Figure 2011103915422100001DEST_PATH_IMAGE018
整数部分；
步骤6，采用粒子系统对流体进行三维动态表示，包括以下步骤：
步骤6.1，根据步骤4所确定需要的标量数据和矢量数据，按照时间先后顺序读取其中某一时刻的数据，设置相应的粒子系统，并赋予初始属性值，粒子的初始属性值作为粒子系统的第一帧显示；赋予初始属性值的实现方式如下，
所读取数据中的每个三维空间格网点，用一个粒子表示，粒子的初始属性值包括空间位置坐标、速度和颜色属性值，粒子的空间位置坐标是三维空间格网点坐标，粒子的速度
Figure 491456DEST_PATH_IMAGE019
是三维空间格网点的矢量值
Figure 888939DEST_PATH_IMAGE010
，粒子的颜色属性值是三维空间格网的标量值
Figure 617861DEST_PATH_IMAGE008
，每一个粒子的生命周期为3帧数据的时间间隔0～2
Figure 696676DEST_PATH_IMAGE002
；
步骤6.2，计算粒子在时刻和时刻的属性值，粒子在
Figure 41572DEST_PATH_IMAGE002
时刻的属性值，作为粒子系统的第二帧显示；粒子在
Figure 924078DEST_PATH_IMAGE003
时刻的属性值，作为粒子系统的第三帧显示，进入步骤8；计算粒子在
Figure 338878DEST_PATH_IMAGE002
时刻和
Figure 281427DEST_PATH_IMAGE003
时刻的属性值实现方式如下，
对于粒子系统中的任何一个粒子，记为
Figure 2011103915422100001DEST_PATH_IMAGE020
,粒子
Figure 784608DEST_PATH_IMAGE020
在初始时刻的空间位置坐标记为
Figure 205225DEST_PATH_IMAGE021
，在初始时刻的速度记为
Figure 2011103915422100001DEST_PATH_IMAGE022
,在初始时刻的颜色属性值记为；
在
Figure 853561DEST_PATH_IMAGE002
时刻，粒子
Figure 778791DEST_PATH_IMAGE020
的空间位置坐标记为
Figure 2011103915422100001DEST_PATH_IMAGE024
，按照下面的公式（2）得到：
；
在
Figure 126913DEST_PATH_IMAGE002
时刻，粒子速度和颜色属性值保持不变，分别为
Figure 886108DEST_PATH_IMAGE022
和
Figure 914107DEST_PATH_IMAGE023
；
在
Figure 158006DEST_PATH_IMAGE003
时刻，粒子
Figure 347679DEST_PATH_IMAGE020
的空间位置坐标记为
Figure 2011103915422100001DEST_PATH_IMAGE026
，按照下面的公式（3）得到：
Figure 309819DEST_PATH_IMAGE027
；
在
Figure 875929DEST_PATH_IMAGE003
时刻，粒子的速度和颜色属性值保持不变，分别为
Figure 600489DEST_PATH_IMAGE022
和
Figure 987608DEST_PATH_IMAGE023
；
步骤7，采用粒子系统对流体进行三维动态表示，包括以下步骤：
步骤7.1，根据步骤4所确定需要的标量数据和矢量数据，按照时间先后顺序读取其中总共
Figure DEST_PATH_IMAGE028
个时刻的数据，如果步骤4中所确定需要的标量数据和矢量数据总共只有
Figure 419726DEST_PATH_IMAGE029
个时刻，并且
Figure DEST_PATH_IMAGE030
时，则按照时间先后顺序读取所有
Figure 369709DEST_PATH_IMAGE029
个时刻的数据；设置相应的粒子系统，并赋予初始属性值，粒子的初始属性值作为粒子系统的第一帧显示；当
Figure 166764DEST_PATH_IMAGE031
时，进入步骤7.2，当
Figure 775600DEST_PATH_IMAGE030
时，进入步骤7.3；
赋予初始属性值的实现方式如下，
将所读取第一个时刻数据中的每个三维空间格网点，用一个粒子表示，粒子的初始属性值包括空间位置坐标、速度和颜色属性值，粒子的空间位置坐标是三维空间格网点坐标，粒子的速度是三维空间格网点的矢量值，粒子的颜色属性值是三维空间格网的标量值
Figure 148495DEST_PATH_IMAGE008
，每一个粒子的生命周期为3帧数据的时间间隔0～2
Figure 860099DEST_PATH_IMAGE002
；
步骤7.2，计算粒子在
Figure 725287DEST_PATH_IMAGE002
时刻和
Figure 926461DEST_PATH_IMAGE003
时刻的属性值，粒子在
Figure 509889DEST_PATH_IMAGE002
时刻的属性值，作为粒子系统的第二帧显示；粒子在
Figure 759605DEST_PATH_IMAGE003
时刻的属性值，作为粒子系统的第三帧显示；
对于粒子系统中的任何一个粒子，记为
Figure 807195DEST_PATH_IMAGE020
,粒子
Figure 179271DEST_PATH_IMAGE020
在初始时刻的空间位置坐标记为
Figure 249995DEST_PATH_IMAGE021
，在初始时刻的速度记为
Figure 303402DEST_PATH_IMAGE022
,在初始时刻的颜色属性值记为
Figure 205499DEST_PATH_IMAGE023
；计算粒子在
Figure 686159DEST_PATH_IMAGE002
时刻和时刻的属性值通过以下迭代过程实现， 
步骤7.2.1,令n=1；
步骤7.2.2,按照以下公式（4）、（5）、（6）计算第n步粒子
Figure 898014DEST_PATH_IMAGE020
的空间位置坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE032
，该坐标的位置记为
Figure 592301DEST_PATH_IMAGE033
：
；
Figure 309108DEST_PATH_IMAGE035
；
Figure DEST_PATH_IMAGE036
；
其中
Figure 416742DEST_PATH_IMAGE037
表示第n-1步粒子
Figure 811951DEST_PATH_IMAGE020
的空间位置坐标标，
Figure DEST_PATH_IMAGE038
表示第n-1步粒子
Figure 423061DEST_PATH_IMAGE020
的速度；
步骤7.2.3,在时刻，位置
Figure 778136DEST_PATH_IMAGE033
处于一个以三维空间网格点为顶点组成的立方体中，若位置处于多个立方体的交界处时，选择读入的第一个立方体；立方体的顶点记为
Figure DEST_PATH_IMAGE040
，其中；在
Figure 763912DEST_PATH_IMAGE039
时刻，三维空间网格点
Figure 518242DEST_PATH_IMAGE040
的速度记为
Figure DEST_PATH_IMAGE042
，三维空间网格点
Figure 317570DEST_PATH_IMAGE040
的空间位置坐标记为
Figure 840956DEST_PATH_IMAGE043
，利用立方体的8个顶点
Figure 270800DEST_PATH_IMAGE040
，采用以下线性插值公式(7)，拟合粒子
Figure 309163DEST_PATH_IMAGE020
在位置
Figure 849866DEST_PATH_IMAGE033
处的速度
Figure DEST_PATH_IMAGE044
：
Figure 555654DEST_PATH_IMAGE045
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE046
；
步骤7.2.4,当n小于时，令n=n+1, 返回步骤7.2.2求取下一步粒子
Figure 702566DEST_PATH_IMAGE020
的空间位置坐标和速度，直到时，结束迭代过程，进入步骤7.2.5；
粒子
Figure 781381DEST_PATH_IMAGE020
在时刻的属性值等于位置
Figure 847743DEST_PATH_IMAGE049
的属性值，位置
Figure 63961DEST_PATH_IMAGE049
的空间位置坐标为
Figure DEST_PATH_IMAGE050
，速度为，颜色属性值
Figure DEST_PATH_IMAGE052
通过以下线性插值公式(8)得到：
，
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE054
，为顶点
Figure 866383DEST_PATH_IMAGE040
的颜色属性值；
步骤7.2.5,将粒子的属性值用位置
Figure 884204DEST_PATH_IMAGE049
的属性值代替，返回步骤7.2.1得到粒子
Figure 732074DEST_PATH_IMAGE020
在
Figure 719622DEST_PATH_IMAGE003
时刻的属性值后，进入步骤8；
步骤7.3，
当
Figure DEST_PATH_IMAGE056
时，进行步骤7.2的过程直到步骤7.2.4中
Figure 943930DEST_PATH_IMAGE057
，结束迭代过程；如果
Figure DEST_PATH_IMAGE058
是整数，将粒子
Figure 336252DEST_PATH_IMAGE020
在位置
Figure 620603DEST_PATH_IMAGE059
处的属性值作为粒子系统第二帧显示的粒子属性值，否则将粒子
Figure 95447DEST_PATH_IMAGE020
在位置
Figure DEST_PATH_IMAGE060
处的属性值作为粒子系统第二帧显示的粒子属性值；将粒子
Figure 857867DEST_PATH_IMAGE020
在位置
Figure 101766DEST_PATH_IMAGE061
处的属性值作为第三帧显示的粒子属性值，进入步骤8；
当
Figure DEST_PATH_IMAGE062
时，进行步骤7.2的过程直到步骤7.2.4中
Figure 557018DEST_PATH_IMAGE048
，得到粒子
Figure 519158DEST_PATH_IMAGE020
在
Figure 85268DEST_PATH_IMAGE002
时刻的属性值，作为粒子系统的第二帧显示；再将粒子
Figure 121358DEST_PATH_IMAGE020
的属性值用位置的属性值代替，重复迭代过程步骤7.2.1到步骤7.2.4直到 
Figure 196947DEST_PATH_IMAGE063
，结束迭代过程；将粒子在位置
Figure 519661DEST_PATH_IMAGE061
处的属性值作为第三帧显示的粒子属性值，进入步骤8；
步骤8，依次读取步骤6或者步骤7所得粒子在三帧的属性值，进行数据映射绘制并可视化；
步骤9，若步骤4所确定需要的标量数据和矢量数据中剩下有未读取的数据，返回到步骤6或者步骤7，直到步骤4所确定需要的标量数据和矢量数据都表示和可视化完毕。
2.根据权利要求1所述基于粒子系统的三维流体标矢量统一表示方法，其特征在于：步骤8进行数据映射绘制时采用以下方式，
粒子采用箭头表示；粒子的速度的大小表示为箭头的长度，方向表示为箭头的方向；粒子的空间坐标位置表示为箭头的箭尾位置；将粒子的颜色属性值
Figure DEST_PATH_IMAGE064
依据以下公式（9）得到归一化的颜色属性值
Figure 379032DEST_PATH_IMAGE065
：
Figure DEST_PATH_IMAGE066
，其中
Figure 50185DEST_PATH_IMAGE067
为所选择显示的三维流体数据中颜色属性值的最大值；
箭头的颜色在RGB彩色空间中为
Figure DEST_PATH_IMAGE068
，由以下公式（10）、（11）、（12）得到：
Figure 223678DEST_PATH_IMAGE069
，
Figure DEST_PATH_IMAGE070
，
Figure 293746DEST_PATH_IMAGE071
。
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Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102855654A (zh) * 2012-09-07 2013-01-02 中国人民解放军理工大学 一种超大规模天气效果渲染方法
CN103310476A (zh) * 2013-05-29 2013-09-18 新奥特（北京）视频技术有限公司 一种粒子发射方法和装置
CN104658027A (zh) * 2015-02-11 2015-05-27 中国海洋大学 一种面向不规则海洋流场数据的三维流线动态可视化算法
CN104867186A (zh) * 2015-04-29 2015-08-26 中国海洋大学 基于gpu的可交互海洋三维流场动态可视化算法
CN104899913A (zh) * 2015-05-13 2015-09-09 中国科学院自动化研究所 一种虚拟舞台环境下的逼真流体特效制作方法
CN105261063A (zh) * 2015-09-29 2016-01-20 北京三维易达科技有限公司 基于八叉树的三维粒子系统模拟大规模海洋气候的方法
CN107230242A (zh) * 2017-06-07 2017-10-03 广州酷狗计算机科技有限公司 粒子映射方法和装置
CN108875275A (zh) * 2018-07-18 2018-11-23 成都信息工程大学 一种基于大规模流线的矢量场实时仿真方法及系统
CN109254767A (zh) * 2018-08-28 2019-01-22 中国科学院海洋研究所 一种极地海冰漂移矢量可视化算法
CN109299343A (zh) * 2018-09-05 2019-02-01 上海彩虹鱼海洋科技股份有限公司 一种面向多源全球海洋大数据的动态可视化方法及系统
CN109685901A (zh) * 2018-12-10 2019-04-26 西北工业大学 一种军标符号标绘中动态箭标绘制方法
CN110334290A (zh) * 2019-06-28 2019-10-15 中南大学 一种基于MF-Octree的时空数据快速检索方法
CN111724225A (zh) * 2019-03-21 2020-09-29 北京京东尚科信息技术有限公司 液体商品展示方法、终端设备、存储介质及电子设备
CN112559782A (zh) * 2021-01-19 2021-03-26 成都四方伟业软件股份有限公司 一种网格化矢量数据可视化方法及装置
CN114067089A (zh) * 2021-11-19 2022-02-18 北京航空航天大学 基于支撑点拟合的复杂曲线电磁波矢量动态显示方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101324963A (zh) * 2008-07-24 2008-12-17 上海交通大学 基于静止图像的流体视频合成方法
CN101584589A (zh) * 2008-05-20 2009-11-25 株式会社东芝 图像处理装置以及图像处理方法
CN101916435A (zh) * 2010-08-30 2010-12-15 武汉大学 一种多尺度光谱投影遥感影像融合方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101584589A (zh) * 2008-05-20 2009-11-25 株式会社东芝 图像处理装置以及图像处理方法
CN101324963A (zh) * 2008-07-24 2008-12-17 上海交通大学 基于静止图像的流体视频合成方法
CN101916435A (zh) * 2010-08-30 2010-12-15 武汉大学 一种多尺度光谱投影遥感影像融合方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张文: "矢量场可视化算法研究与系统设计", 《CNKI博士学位论文全文库》 *
邵振峰等: "一种基于高斯影像立方体的空间投影融合方法", 《武汉大学学报》 *
钟子春: "实时流体交互性模拟算法的研究与实现", 《CNKI优秀硕士学位论文全文库》 *

Cited By (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102855654B (zh) * 2012-09-07 2015-04-22 中国人民解放军理工大学 一种超大规模天气效果渲染方法
CN102855654A (zh) * 2012-09-07 2013-01-02 中国人民解放军理工大学 一种超大规模天气效果渲染方法
CN103310476A (zh) * 2013-05-29 2013-09-18 新奥特（北京）视频技术有限公司 一种粒子发射方法和装置
CN103310476B (zh) * 2013-05-29 2018-12-25 新奥特（北京）视频技术有限公司 一种粒子发射方法和装置
CN104658027A (zh) * 2015-02-11 2015-05-27 中国海洋大学 一种面向不规则海洋流场数据的三维流线动态可视化算法
CN104867186A (zh) * 2015-04-29 2015-08-26 中国海洋大学 基于gpu的可交互海洋三维流场动态可视化算法
CN104867186B (zh) * 2015-04-29 2018-01-19 中国海洋大学 基于gpu的可交互海洋三维流场动态可视化算法
CN104899913B (zh) * 2015-05-13 2018-04-24 中国科学院自动化研究所 一种虚拟舞台环境下的逼真流体特效制作方法
CN104899913A (zh) * 2015-05-13 2015-09-09 中国科学院自动化研究所 一种虚拟舞台环境下的逼真流体特效制作方法
CN105261063A (zh) * 2015-09-29 2016-01-20 北京三维易达科技有限公司 基于八叉树的三维粒子系统模拟大规模海洋气候的方法
CN105261063B (zh) * 2015-09-29 2018-10-19 北京三维易达科技有限公司 基于八叉树的三维粒子系统模拟大规模海洋气候的方法
CN107230242A (zh) * 2017-06-07 2017-10-03 广州酷狗计算机科技有限公司 粒子映射方法和装置
CN107230242B (zh) * 2017-06-07 2020-09-25 广州酷狗计算机科技有限公司 粒子映射方法和装置
CN108875275B (zh) * 2018-07-18 2023-02-17 成都信息工程大学 一种基于大规模流线的矢量场实时仿真方法及系统
CN108875275A (zh) * 2018-07-18 2018-11-23 成都信息工程大学 一种基于大规模流线的矢量场实时仿真方法及系统
CN109254767A (zh) * 2018-08-28 2019-01-22 中国科学院海洋研究所 一种极地海冰漂移矢量可视化算法
CN109299343A (zh) * 2018-09-05 2019-02-01 上海彩虹鱼海洋科技股份有限公司 一种面向多源全球海洋大数据的动态可视化方法及系统
CN109685901A (zh) * 2018-12-10 2019-04-26 西北工业大学 一种军标符号标绘中动态箭标绘制方法
CN111724225A (zh) * 2019-03-21 2020-09-29 北京京东尚科信息技术有限公司 液体商品展示方法、终端设备、存储介质及电子设备
CN110334290A (zh) * 2019-06-28 2019-10-15 中南大学 一种基于MF-Octree的时空数据快速检索方法
CN110334290B (zh) * 2019-06-28 2021-12-03 中南大学 一种基于MF-Octree的时空数据快速检索方法
CN112559782A (zh) * 2021-01-19 2021-03-26 成都四方伟业软件股份有限公司 一种网格化矢量数据可视化方法及装置
CN114067089A (zh) * 2021-11-19 2022-02-18 北京航空航天大学 基于支撑点拟合的复杂曲线电磁波矢量动态显示方法
CN114067089B (zh) * 2021-11-19 2022-05-17 北京航空航天大学 基于支撑点拟合的复杂曲线电磁波矢量动态显示方法

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