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1． 引言1

1.1 科学计算的目的、意义与应用领域1

1.1.1 科学计算的目的、意义1

1.1.2 科学计算的主要应用领域2

1.1.3 科学计算可视化是科学计算中不可缺少的一个组成部分4

1.2 科学计算可视化的概念与作用5

1.2.1 科学计算可视化的概念5

1.2.2 科学计算可视化的作用5

1.3 科学计算可视化的历史背景与发展概况6

1.3.1 历史背景6

1.3.2 发展概况8

1.4 实现科学计算可视化的软、硬件要求9

1.4.1 硬件要求9

1.5.1 硬件基础11

1.5 科学计算可视化实现的基础11

1.4.2 软件要求11

1.5.2 图形软件14

1.5.3 用户界面开发工具16

1.5.4 数据库系统16

1.5.5 科学数据格式18

2． 可视化参考模型与系统框架20

2.1 引言20

2.2 高级模型20

2.2.1 创造性思维模型20

2.2.2 科学研究模型21

2.3 数值模拟与可视化过程模型21

2.3.1 数值模拟模型21

2.3.2 可视化过程模型22

2.4.2 模块化模型23

2.4 框架模型与模块化模型23

2.4.1 框架模型23

2.5 可视化系统的功能27

2.5.1 模块库27

2.5.2 数据输入与输出27

2.5.3 数据精度与误差27

2.5.4 度量信息表示28

2.5.5 分布式处理28

2.5.6 后处理、跟踪与驾驭式可视化28

2.6 可视化系统的性能29

2.6.1 响应时间29

2.6.2 人机界面29

2.7.2 数据管理与操纵技术30

2.7.1 可视化映射技术30

2.7 可视化系统中的主要技术30

2.6.4 成本与效益比30

2.6.3 适用性30

2.7.3 人机界面技术31

2.7.4 系统实现技术31

3． 可视化技术组成与分类32

3.1 引言32

3.2 可视化技术组成33

3.2.1 建立一个经验模型33

3.2.2 映射成抽象的可视化对象33

3.2.3 可视化对象的实现33

3.3 可视化技术分类34

3.3.1 分类方法34

3.3.2 实例说明35

3.4.2 二维散布点图36

3.4 点数据场技术36

3.4.1 一维散布点图36

3.4.3 三维散布点图37

3.4.4 高维散布点图37

3.5 标量场技术37

3.5.1 一维域上的标量场37

3.5.2 二维域上的标量场38

3.5.3 三维域上的标量场41

3.6 矢量场与张量场技术42

3.6.1 二维矢量场43

3.6.2 三维矢量场43

3.6.3 张量场技术44

3.7 图像处理技术44

3.7.1 图像增强44

3.7.3 图像变换45

3.7.2 特征提取与分割45

3.8 动画技术46

3.8.1 动画46

3.8.2 视频47

3.9 人机交互技术47

3.9.1 改变绘制方法48

3.9.2 改变可视化技术48

3.9.3 改变参数48

3.9.4 改变相关数据48

3.9.5 选择目标49

3.9.6 标注图像49

3.10 三维显示技术49

3.10.1 前后关系49

3.10.4 运动50

3.10.2 透视、光照与浓淡50

3.10.3 立体视图50

4． 体数据可视化技术52

4.1 引言52

4.2 体数据介绍52

4.2.1 体数据的来源52

4.2.2 体数据场的类型53

4.2.3 体数据的表达方式及数据结构53

4.3 体数据可视化的方法55

4.3.1 体可视化一般步骤55

4.3.2 体可视化基本方法56

4.4 体数据的分类58

4.5 体数据的遍历60

4.6.2 浓淡处理61

4.6.1 观察方式61

4.6 观察和浓淡处理61

4.7 体可视化算法介绍63

4.7.1 ContourConnecting算法63

4.7.2 OpaqueCube算法64

4.7.3 MarchingCubes算法64

4.7.4 图像空间序RayCasting算法66

5． 可视化中的数据管理与操纵70

5.1 引言70

5.2 数据源与数据分类70

5.2.1 数据源70

5.2.2 外部数据与内部数据71

5.2.3 原始数据与导出数据71

5.2.4 基本元素与逻辑集合71

5.2.6 记录数据72

5.2.5 几何数据与属性数据72

5.2.7 关系数据73

5.3 数据管理73

5.3.1 数据描述与操纵语言74

5.3.2 数据存档75

5.4 数据格式75

5.4.1 通用数据格式76

5.4.2 专用数据格式77

5.4.3 图形与图像数据格式78

5.4.4 数据格式转换工具80

5.4.5 标准化数据格式80

5.5.2 过滤81

5.5.3 平滑81

5.5.1 数据规范化81

5.5 数据变换81

5.5.4 网格重新划分82

5.5.5 坐标变换82

5.5.6 线性变换82

5.5.7 几何变换82

5.5.8 数据分割82

5.5.9 特征检测、增强和提取82

5.5.10 颜色表操纵与特征映射83

5.6 数据压缩83

5.6.1 数据完整性83

5.6.2 压缩技术83

5.6.3 数据压缩标准84

6． 可视化中的人机界面问题86

6.1 引言86

6.2.2 关于感知87

6.2 可视化人机界面中涉及人的问题87

6.2.1 关于认知87

6.2.3 人文因素89

6.2.4 关于组织89

6.3 可视化人机界面中涉及系统的问题90

6.3.1 关于适应性90

6.3.2 关于模型90

6.3.3 关于设备90

6.3.4 关于对话管理91

6.4 可视化人机界面设计中的困难91

6.4.1 要求符合预期用户的行为习惯和应用需要92

6.4.2 要求易学易用92

6.4.3 涉及多种学科92

6.4.4 界面设计有章难循93

6.5.1 迭代式设计难94

6.5.2 程序结构复杂94

6.4.5 要求迭代式设计94

6.5 可视化人机界面实现中的困难94

6.5.3 实现多处理环境难95

6.5.4 强健性要求高95

6.5.5 测试难95

6.5.6 现有语言支持不力95

6.5.7 现有工具使用难96

6.5.8 软件模块化困难96

7． 可视程序设计语言与环境98

7.1 引言98

7.2 可视语言原理99

7.2.1 归约图符99

7.2.2 图符系统的形式说明100

7.2.3 图符操纵者101

7.2.4 作为图符系统的用户界面说明103

7.2.5 可视语言编译器104

7.3 可视界面设计原理106

7.3.1 可视交互式范例106

7.3.2 可视界面设计过程110

7.4 可视程序设计环境原理111

7.4.1 可视程序设计环境的定义111

7.4.2 可视程序设计环境中的有关问题112

7.5 数据流与可视程序设计原理113

7.5.1 数据流程序设计语言113

7.5.2 可视程序设计环境中的数据流机制114

7.5.3 可视程序设计语言115

7.5.4 可视程序设计语言的优势116

7.6 可视程序设计系统实例分析117

8.2 可视化软件分类121

8.2.1 图形库和图形包121

8． 可视化软件系统分类与实例121

8.1 引言121

8.2.2 Turnkey可视化系统122

8.2.3 可视化应用建造器123

8.3 可视化软件描述方法123

8.4 Turnkey系统实例124

8.4.1 几何观察器124

8.4.2 专用科学数据可视化系统125

8.5 可视化应用建造器实例129

8.5.1 apE2.0129

8.5.2 AVS132

8.5.3 Khoros133

8.5.4 Explorer136

8.6 评价与展望138

9． 科学计算可视化的应用140

9.1 引言140

9.2 计算流体力学可视化140

9.2.1 CFD的一般过程及可视化技术141

9.2.2 CFD中的网格划分141

9.2.3 CFD场景建立技术141

9.2.4 CFD可视化中的交互143

9.3 气象学可视化143

9.3.1 气象数据的可视化144

9.3.2 当前气象可视化软件产品144

9.4 医学可视化146

9.4.1 医学图像模式146

9.4.2 医学图像处理技术146

9.5.1 分子图形学可视化的概念、表示方法及应用151

9.5 分子图形学可视化151

9.5.2 分子图形学可视化的主要技术152

9.6 石油地震可视化153

10． 并行与分布式科学可视化155

10.1 引言155

10.2 并行与分布式科学可视化技术156

10.2.1 支持并行与分布式计算的科学可视化软硬件环境156

10.2.2 支持并行与分布式计算的科学可视化软件结构160

10.2.3 网络环境中的科学可视化任务分配和负载平衡162

10.2.4 网络环境中数据的有效管理和访问165

10.3 并行体绘制技术166

10.3.1 多处理机环境下的体数据可视化并行处理166

10.3.2 体数据可视化的专用体系结构及环境169

10.4 并行与分布式科学可视化发展概况170

10.5 并行与分布式科学可视化的未来发展趋势172