海啸数值计算及符合感知模型的可视化

发布时间：2017-12-11 19:29

  本文关键词：海啸数值计算及符合感知模型的可视化

  更多相关文章： 有限差分 嵌套网格 数据可视化 纹理模型 条件熵 quilting算法

【摘要】：目前，关于海啸数值计算的研究不论从国内还是国外都已基本成熟，海啸数值模型主要基于嵌套网格系统以蛙跃格式有限差分法从时间上和空间上实现交错计算，从而得到更精确的计算数据。另外，不同海域选取不同的控制方程也是影响数据精确度的因素。本文海啸数值计算使用浅水波方程的有限差分方法来模拟海啸从产生、传播到近岸爬坡的整个全过程，依据海啸波在不同区域传播的特点，选用不同分辨率的网格系统和数学模型，系统地介绍嵌套网格系统各网格层之间的调度算法，及海啸波到达近岸爬坡时，海岸线的移动。在海啸数值模拟的过程中，我们采用2006年台湾海啸地震7.2级断层模型数据进行模拟，把监测站附近浅水区作为海啸波变化的观测点，并绘制出随着时间变化的水位变化曲线。进过反复研究与改进，得到了更精确的数据，便于后期数据可视化工作。 随着海啸数值计算越来越精确，三维海啸视景仿真也得到广泛研究与认可。然而，三维海啸的仿真也有其局限性，主要是面向三维空间信息，如何从多维可视化方法中描述更多的细节来展示海啸数据掩藏的信息成为本课题的研究重点，实现尽可能多的多维数据可视化结果，从用户视觉感知角度上，得到更多实用价值性的海啸相关信息。 科学计算与数据可视化已经广泛应用于众多领域，成为当今计算机图形学研究的重要方向，而纹理用于数据可视化方面并不如纹理用于图像合成上的成熟，流场可视化只是基于纹理可视化方法的一种实例，其广泛使用的可视化方法主要有点噪声和线积分卷积。然而，流场可视化只是纹理用于数据可视化中少之又少的例子。本课题致力于研究多维数据可视化方法，将海啸数值计算的多维数据用感知纹理模型进行可视化，利用纹理特征如方向性、频率、颜色、对比度等分别表示矢量数据的方向、大小、水位变化，深度变化，用纹理可控参数控制矢量数据的方向性、空间频率、对比度等特性，从而得到多维数据可视化纹理图。另外，我们采用条件熵作为度量流场可视化结果与原始矢量数据的相似性的评价方法，且用于指导选择最佳纹理模型参数值，从而达到符合人类视觉感知的最优可视化结果。 在可视化过程中，本文用若干个具有方向性的纹理块来表示矢量数据的方向性，然而纹理块的方向性破坏了频谱密度的融合性，，因此产生缝隙问题，利用纹理合成quilting算法中的最小误差路径思想来拼接所有的纹理块，形成一个代表多维数据的纹理大图。由于每次拼接所选用的纹理块是由矢量数据的位置而定，且不可旋转，这样有时会出现已合成的纹理与所选纹理块之间存在明显的特征差异，其拼接的结果有菱形接缝，本文采用合适的滤波器，可以得到更好的可视化缝合结果，也更加地符合人类视觉感知的效果。
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P731.25

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本文编号：1279678