基于信息熵特征提取的地下水流场流线绘制方法及系统技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种基于信息熵特征提取的地下水流场流线绘制方法和系统，所述的方法包括：基于信息熵特征提取从全局水流场中筛选出流动状态变化剧烈的至少一个子区域；对每一个子区域进行临界点检测，并得到每一个临界点的类型；根据每一个临界点的类型，获取与每一个临界点对应的种子点模板；利用种子点模板在每一个临界点处放置种子点，并通过种子点模板在对应的所述临界点周围绘制流线。本发明专利技术将信息熵和临界点有机的结合起来，利用信息熵找出全局流场中变化剧烈的子区域，对每一个子区域进行临界点检测和分类，并对临界点与种子点模板进行匹配，使全局流场在显示上能尽可能多且清晰的绘制出流场信息。

Drawing Method and System of Groundwater Flow Field Streamline Based on Information Entropy Feature Extraction

【技术实现步骤摘要】
基于信息熵特征提取的地下水流场流线绘制方法及系统
本专利技术实施例涉及地下水可视化
，具体涉及一种基于信息熵特征提取的地下水流场流线绘制方法及系统。
技术介绍
在地质研究领域，针对地下水流场流线的研究，地下水流场流线的可视化至关重要，在目前常见的地下水流场流线的可视化方法主要分为三类：几何可视化法、特征可视化法和信息熵法。几何可视化法主要是通过粒子追踪来获得流线，即在全局水流场的每一个子区域中放置种子点，穿过种子点绘制流线，该类方法保证了流线的连续性，使流场更易观察，但可视化效果依赖于种子点位置的分布，若种子点分布不合理，则会出现流场某些区域有大块空白，某些区域流线又过于密集，从而造成视觉混乱。特征可视化法，该类方法的核心是Verma提出的由流场拓扑引导的流线放置方法，使用关于临界点位置和类型信息进行流线放置，所以保证了流场流线特征的完整度。但特征可视化法在每一个子区域中均需要检测临界点，计算量大，并且对于不存在临界点的子区域直接放弃，不进行流线的绘制，这样造成了流线过少，流场信息不完全等缺点。信息熵法则是从全局水流场中筛选出流体状态变化剧烈的子区域，在筛选出的子区域中放置种子点，穿过种子点绘制流线，该种方法与例子追踪法存在同样的问题，可视化效果依赖于种子点位置的分布，若种子点分布不合理，则会出现流场某些区域有大块空白，某些区域流线又过于密集，从而造成视觉混乱；另外，信息熵法对于流场状态变化不剧烈的子区域则直接进行排除，不进行流线的绘制，导致了流线不完整留有空白。
技术实现思路
为此，本专利技术实施例提供一种基于信息熵特征提取的地下水流场流线绘制方法，以解决现有技术中由于种子点布置不合理导致水流场流线展现不清晰的问题。为了实现上述目的，本专利技术实施例提供如下技术方案：根据本专利技术的一个方面，提供一种基于信息熵特征提取的地下水流场流线绘制方法，包括：S1，基于信息熵特征提取从全局水流场中筛选出流动状态变化剧烈的至少一个子区域；S2，对每一个所述子区域进行临界点检测，并对所述临界点进行分类，得到每一个临界点的类型；S3，根据每一个临界点的类型，获取与每一个所述临界点对应的种子点模板；S4，利用所述种子点模板在每一个临界点处放置种子点，并通过种子点模板在对应的所述临界点周围绘制流线；S5，遍历每一个子区域中的所有临界点，对地下水流场流线进行绘制展现。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步的，所述步骤S1具体包括：S11，将全局水流场在三维方向上划分为多个子区域；S12，计算每一个所述子区域的三维信息熵，筛选出达到预设值的三维信息熵对应的子区域，作为流体状态变化剧烈的子区域。进一步的，所述步骤S12具体包括：S121,在每一个所述子区域中放置一单位球体，采用Leopardi球等面积分割法将所述单位球体等分为多个球面面片；S122，获取每一个所述球面面片的中心位置矢量；S123，通过计算每一个所述球面面片的中心位置矢量与每一个所述子区域中的各个顶点处的速度矢量之间的夹角，统计落入每一个所述球面面片的速度矢量的数量；S124，根据落入每一个所述球面面片的速度矢量的数量，计算每一个所述球面面片内速度矢量的分布概率，并根据所述分布概率计算每一个所述子区域的三维信息熵。进一步的，所述步骤S122具体包括：获取每一个所述球面面片的中心点，并连接每一个所述球面面片的中心点和所述单位球体的中心，得到每一个所述球面面片的中心位置矢量。进一步的，所述步骤S123具体包括：对于每一个所述子区域中每一个顶点的速度矢量，计算每一个所述球面面片的中心位置矢量与该速度矢量之间的夹角，将夹角最小的球面面片作为该速度矢量落入的球面面片，得到每一个顶点的速度矢量落入的球面面片；对于每一个所述球面面片，统计落入该球面面片的速度矢量的数量。进一步的，所述步骤S124具体包括：通过如下公式计算每一个球面面片内速度矢量的分布概率：以及通过如下公式计算每一个所述子区域的三维信息熵：其中，Entropy[i]为第i个子区域的三维信息熵，p(xi)为球面面片xi内速度矢量的分布概率，C(xi)表示落入球面面片xi内的速度矢量的数量。进一步的，所述步骤S2具体包括：利用线性插值法对每一个所述子区域进行临界点检测，并根据每一个临界点附近的流体运动特征，对每一个临界点进行分类，得到每一个临界点的类型；所述步骤S2还包括：若在子区域中检测不到临界点，则该子区域为空白子区域。进一步的，所述步骤S5还包括：当遍历完每一个子区域的所有临界点后，对每一个空白子区域采用随机撒点的方式进行流线绘制。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种基于信息熵特征提取的地下水流场流线绘制系统，包括：筛选模块，用于基于信息熵特征提取从全局水流场中筛选出流动状态变化剧烈的至少一个子区域；检测模块，用于对每一个所述子区域进行临界点检测，并对所述临界点进行分类，得到每一个临界点的类型；获取模块，用于根据每一个临界点的类型，获取与每一个所述临界点对应的种子点模板；绘制模块，用于利用所述种子点模板在每一个临界点处放置种子点，并通过种子点模板在对应的所述临界点周围绘制流线。根据本专利技术的又一个方面，提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现一种基于信息熵特征提取的地下水流场流线绘制方法。本专利技术实施例具有如下优点：将信息熵和临界点有机的结合起来，利用信息熵找出全局流场中流体状态变化剧烈的子区域，对每一个子区域进行临界点检测和分类，并对临界点与种子点模板进行匹配，使全局流场在显示上能尽可能多且清晰的绘制出流场信息。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本专利技术可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本专利技术所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本专利技术所揭示的
技术实现思路
得能涵盖的范围内。图1为本专利技术一个实施例的基于信息熵特征提取的地下水流场流线绘制方法流程图；图2为本专利技术一个实施例的子区域筛选流程图；图3为Leopardi球等面积分割法的示意图；图4为本专利技术一个实施例的每一个子区域的三维信息熵计算方法流程图；图5为线性插值法的示意图；图6-1为临界点为源点的示意图；图6-2为临界点为源中心点的示意图；图6-3为临界点为源螺旋点的示意图；图6-4为临界点为源马鞍点的示意图；图7-1为临界点为源点对应的种子点模板示意图；图7-2为临界点为源中心点对应的种子点模板示意图；图7-3为临界点为源螺旋点对应的种子点模板示意图；图7-4为临界点为源马鞍点对应的种子点模板示意图；图8-a为基于几何可视化法的水流场展现效果图；图8-b为信息熵选取流场的流线展现示意图；图8-c为本专利技术实施例的基于信息熵特征提取的水流场展现效果图；图8-d为特征可视化法的水流场展现效果图；图9-a为本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于信息熵特征提取的地下水流场流线绘制方法，其特征在于，包括：S1，基于信息熵特征提取从全局水流场中筛选出流动状态变化剧烈的至少一个子区域；S2，对每一个所述子区域进行临界点检测，并对所述临界点进行分类，得到每一个临界点的类型；S3，根据每一个临界点的类型，获取与每一个所述临界点对应的种子点模板；S4，利用所述种子点模板在每一个临界点处放置种子点，并通过种子点模板在对应的所述临界点周围绘制流线；S5，遍历每一个子区域中的所有临界点，对地下水流场流线进行绘制展现。

【技术特征摘要】
1.一种基于信息熵特征提取的地下水流场流线绘制方法，其特征在于，包括：S1，基于信息熵特征提取从全局水流场中筛选出流动状态变化剧烈的至少一个子区域；S2，对每一个所述子区域进行临界点检测，并对所述临界点进行分类，得到每一个临界点的类型；S3，根据每一个临界点的类型，获取与每一个所述临界点对应的种子点模板；S4，利用所述种子点模板在每一个临界点处放置种子点，并通过种子点模板在对应的所述临界点周围绘制流线；S5，遍历每一个子区域中的所有临界点，对地下水流场流线进行绘制展现。2.根据权利要求1所述的地下水流场流线绘制方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：S11，将全局水流场在三维方向上划分为多个子区域；S12，计算每一个所述子区域的三维信息熵，筛选出达到预设值的三维信息熵对应的子区域，作为流体状态变化剧烈的子区域。3.根据权利要求2所述的低下水流场流线绘制方法，其特征在于，所述步骤S12具体包括：S121,在每一个所述子区域中放置一单位球体，采用Leopardi球等面积分割法将所述单位球体等分为多个球面面片；S122，获取每一个所述球面面片的中心位置矢量；S123，通过计算每一个所述球面面片的中心位置矢量与每一个所述子区域中的各个顶点处的速度矢量之间的夹角，统计落入每一个所述球面面片的速度矢量的数量；S124，根据落入每一个所述球面面片的速度矢量的数量，计算每一个所述球面面片内速度矢量的分布概率，并根据所述分布概率计算每一个所述子区域的三维信息熵。4.根据权利要求3所述的地下水流场流线绘制方法，其特征在于，所述步骤S122具体包括：获取每一个所述球面面片的中心点，并连接每一个所述球面面片的中心点和所述单位球体的中心，得到每一个所述球面面片的中心位置矢量。5.根据权利要求3所述的地下水流场流线绘制方法，其特征在于，所述步骤S123具体包括：对于每一个所述子区域中每一个顶点的速度矢量，计算每一个所述球面面片的中心位置矢量与该速度矢量之间的夹角，将夹角最小的球面面片作为该速度矢量落入的球面面片，得到每一个顶点的速度矢量落入的球面面片；对于每一个所述球面面片...

【专利技术属性】
技术研发人员：季晓慧，李张美智，王旭升，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11