基于有效信息的流场可视化视图量化方法技术

本发明专利技术提供一种基于有效信息的流场可视化视图量化方法，其中包括定义所述流场可视化视图中的可视化元素，用于表征流场可视化视图的几何形状；定义可视化元素的自然信息NI，用于表征可视化元素固有信息；定义可视化元素的环境因子EF，用于表征可视化元素的自然信息表达比例；根据自然信息NI与环境因子EF的积，计算可视化元素的有效信息EI；根据流场可视化视图中所有可视化元素的有效信息EI的和，计算流场可视化视图的有效信息EIview；根据流场可视化视图的有效信息EIview的值判断流场可视化视图的有效性。本发明专利技术能够使用具体量化方法及标准实现对流场可视化视图的量化评估，能够利用客观的数值表达和量化计算区别不同可视化视图之间的差异。

【技术实现步骤摘要】
基于有效信息的流场可视化视图量化方法
本专利技术涉及科学计算可视化
，尤其涉及一种基于有效信息的流场可视化视图量化方法。
技术介绍
在目前的科学计算领域中，可视化(Visualization)是一种可以利用计算机图形学和图像处理技术，将数据转换成图形或图像显示并用于进行交互处理的技术。可视化能够将数字信息变为直观、形象的图像信息，有利于研究者进行观察和模拟。当可视化视图客观属性上的差异比较微弱时，可视化效果并没有清晰的质量区别，仅依赖人的主观感觉对可视化视图进行有效、准确的衡量或比较是十分困难的，即主观属性在判断流场可视化视觉效果方面具有脆弱性。目前，现有的流场可视化研究主要是提出或改进可视化方法或提高计算效率，而尚且没有较好的可视化视图量化方法。由于在一定视觉效果阈值之上的不同可视化视图，从定性的角度难以对其进行准确的对比。因此，亟需兼顾可视化视图的可用性与有效性，提出更精确有效的计算方案，用于对流场可视化视图的有效性进行更具体的量化。
技术实现思路
针对现有技术在可视化视图的评估和量化上的不足，本专利技术提供一种基于有效信息的流场可视化视图量化方法，借助可视化视图的有效信息作为可视化视图的有效性标准，并对其进行数值表达和量化计算，能够便捷而准确地比较流场不同可视化视图的水准和可视化元素放置方法的优劣。第一方面，本专利技术提供一种基于有效信息的流场可视化视图量化方法，其中，步骤一：定义所述流场可视化视图中的可视化元素，用于表征所述流场可视化视图中使用的几何形状；步骤二：定义所述可视化元素的自然信息NI，用于表征所述可视化元素的固有信息；步骤三：定义所述可视化元素的环境因子EF，用于表征所述可视化元素在所述流场可视化视图中的所述自然信息表达的比例；步骤四：根据所述自然信息NI与所述环境因子EF的积，计算所述可视化元素的有效信息EI；步骤五：根据所述流场可视化视图中所有所述可视化元素的有效信息EI的和，计算所述流场可视化视图的有效信息EIview；步骤六：根据所述流场可视化视图的有效信息EIview的值判断所述流场可视化视图的有效性。可选地，上述可视化元素为直接可视化图标、几何可视化矢量图形或特征可视化流场特征。可选地，上述可视化元素的数量是有限个所述直接可视化图标的箭头或流场拓扑视图的拓扑曲线；或无限个所述几何可视化矢量线。可选地，上述可视化元素的自然信息NI为矢量线长度或者矢量线上各积分点变量数值、平均曲率、平均梯度、平均涡度或平均散度。可选地，上述可视化元素的环境因子EF为流场形状、流场维度、目标矢量线附近其他矢量线数量、流场重要特征的数量和位置、或矢量线距离较近的重要特征的距离。可选地，上述可视化元素的环境因子EF为正有理数。可选地，上述可视化元素的有效信息EI为所述自然信息NI与所述环境因子EF的积，即可选地，上述可视化元素的有效信息EI为所述自然信息NI与所述环境因EI＝NIm×EFn,m＞0,n＞0子EF的正相关关系叠加，即可选地，上述可视化视图的有效信息EIview为各所述可视化元素的有效信息EI的和，即可选地，上述可视化视图的有效信息EIview的值正相关于所述流场可视化视图的有效性。本专利技术实施例提供的基于有效信息的流场可视化视图量化方法，使用具体的量化方法及标准实现了对流场可视化视图的量化评估，能够利用客观的数值表达和量化计算区别不同可视化视图之间的差异，完善了现有技术中对可视化视图评估和量化的不足。附图说明图1a为现有技术中液体火箭发动机内部的种子点均匀分布的粒子运动流程可视化示意图；图1b为现有技术中液体火箭发动机内部的种子点随机分布的粒子运动流程可视化示意图；图2为本专利技术的基于有效信息的流场可视化视图量化方法流程图；图3a为本专利技术一实施例中典型水流流经静止圆柱体的二维时变流场中某一时间片流场的图标法示意图；图3b为本专利技术一实施例中典型水流流经静止圆柱体的二维时变流场中某一时间片流场的流线示意图；图4a至4c为本专利技术另一实施例中典型水流流经静止圆柱体的二维时变流场时不同流线数量的可视化示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在流场可视化视图的现有技术中，对于可视化图形较为复杂、线条繁多且可视化视图客观属性差异比较微弱时，人眼对可视化图的差异并没有辨别能力，仅仅依赖人的主观感觉对可视化视图进行有效、准确的衡量或比较十分困难。图1a和图1b示出了液体火箭发动机内部的粒子运动流场可视化视图。在图1a中，在液体火箭发动机流场内部选择了一个球形子区域作为种子点的选择区域，其中种子点均匀分布；在图1b中，选择与图1a相同的液体火箭发动机流场内部的球形子区域作为种子点的选择区域，其中种子点随机分布。如图所示，人眼对图1a和图1b两者的可视化效果并没有清晰区别的能力。这种对比说明，不同可视化视图如果达到一定视觉效果水准之上，研究人员从定性角度就难以对其进行准确的对比。本专利技术对可视化视图进行了量化参数定义，并基于此提供一种基于有效信息的流场可视化视图量化方法：可视化元素(VisualizationElement)：指可视化视图中使用的几何形状，例如直接可视化中的图标、几何可视化中的矢量图形、特征可视化中的流场特征等。可视化元素的数量可以是有限个，诸如直接可视化的图标法中依赖原始矢量数据的箭头、流场拓扑视图中拓扑曲线的数量等；也可以是无限个，诸如几何可视化中的矢量线。特别的，在本专利技术中，可视化元素仅指在当前可视化视图中显示的可视化元素。可视化元素的自然信息(NaturalInformation，简记为NI)：也称作可视化元素的固有信息，指可视化元素自身拥有的，不被其他因素影响的信息和属性。例如矢量线，其自然信息包括矢量线的长度，矢量线上各积分点的变量数值、平均曲率、平均梯度、平均涡度、平均散度等信息。可视化元素的环境因子(EnvironmentalFactor，简记为EF)：表征环境因素对可视化元素的信息表达能力的影响。环境因子可定义为一个正的有理数。例如在几何可视化中，比较常见且易于理解的环境因素包括流场的形状与维度、一条矢量线附近一定范围内的其他矢量线的数量、流场内重要特征的数量和位置、矢量线距离较近的重要特征的距离等，环境因子是根据各个环境因素在一定标准下定义并相互作用获得的具体数值。可视化元素的环境因子也可理解为可视化元素在当前可视化视图中自然信息表达的比例，可视化元素的环境因子的数值越高，表示在当前视图中，该元素受环境对显示效果的干扰越少，反之则表示该元素的表达能力受到较多的干扰。可视化元素的有效信息(EffectiveInformation，简记为EI)：在当前可视化视图中，某个可视化元素可见时，该可视化元素表达的有效信息的量。由于环境因子表示的可视化元素自然信息的表达比例，因此可视化元素的有效信息定义可定义为自然信息与环境因子的积，即：需要说明的是，此处的积运算不代表简单的乘法，而指一切合理的正相关本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于有效信息的流场可视化视图量化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：定义所述流场可视化视图中的可视化元素，用于表征所述流场可视化视图中使用的几何形状；步骤二：定义所述可视化元素的自然信息NI，用于表征所述可视化元素的固有信息；步骤三：定义所述可视化元素的环境因子EF，用于表征所述可视化元素在所述流场可视化视图中的所述自然信息表达的比例；步骤四：根据所述自然信息NI与所述环境因子EF的积，计算所述可视化元素的有效信息EI；步骤五：根据所述流场可视化视图中所有所述可视化元素的有效信息EI的和，计算所述流场可视化视图的有效信息EIview；步骤六：根据所述流场可视化视图的有效信息EIview的值判断所述流场可视化视图的有效性。

【技术特征摘要】
1.一种基于有效信息的流场可视化视图量化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：定义所述流场可视化视图中的可视化元素，用于表征所述流场可视化视图中使用的几何形状；步骤二：定义所述可视化元素的自然信息NI，用于表征所述可视化元素的固有信息；步骤三：定义所述可视化元素的环境因子EF，用于表征所述可视化元素在所述流场可视化视图中的所述自然信息表达的比例；步骤四：根据所述自然信息NI与所述环境因子EF的积，计算所述可视化元素的有效信息EI；步骤五：根据所述流场可视化视图中所有所述可视化元素的有效信息EI的和，计算所述流场可视化视图的有效信息EIview；步骤六：根据所述流场可视化视图的有效信息EIview的值判断所述流场可视化视图的有效性。2.根据权利要求1所述的流场可视化视图量化方法，其特征在于，所述可视化元素为直接可视化图标、几何可视化矢量图形或特征可视化流场特征。3.根据权利要求2所述的流场可视化视图量化方法，其特征在于，所述可视化元素的数量是有限个所述直接可视化图标的箭头或流场拓扑视图的拓扑曲线；或无限个所述几何可视化矢量线。4.根据权利要求1所述的流场可视化视图量化方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴玲达，李超，于荣欢，郝红星，胡华全，吕雅帅，郭静，巩向武，
申请(专利权)人：中国人民解放军装备学院，
类型：发明
国别省市：北京,11