一种流场积分曲线的复用方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种流场积分曲线的复用方法及系统，属于涉及流场数据分析技术领域。该方法包括：获取流场数据的空间网格结构；在空间网格结构的所有网格点上放置初始种子点，计算每个种子点的积分曲线，并将所述积分曲线保存在存储设备；所述积分曲线为迹线或流线；对所述流场数据进行分析或可视化应用时，在所述存储设备中直接调用所需要的对应网格点位置处的初始种子点种子点的积分曲线。该方法及系统通过预先计算足够多的积分曲线并保存下来，在之后的流场数据分析或可视化应用中，直接根据流场分析或可视化应用指定的区域空间，即可快速的获取到所需的积分曲线，极大地提高了处理效率，尤其适用于大规模流场数据的分析及可视化处理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及流场数据分析
，具体涉及一种流场积分曲线的复用方法及系统。
技术介绍
流场(Flow Field)即流体运动所占据的空间，流场数据是一类重要的科学数据，其通常定义在二维或者三维空间中，并至少包含一个速度场。最常见的流场数据包括海洋模拟中的洋流数据、大气模拟中的风场数据等等。许多已有的流场可视化方法都基于积分曲线，例如积分曲线的直接渲染、源汇查询、FTLE场(有限时间李亚普诺夫指数场)计算、以及其他一些专门设计的可视化与分析方法。在非定常流场(即速度场随时间变化)中，最常见的积分曲线是迹线(在流场中某位置放置一个无质量的质点(称作初始种子点)，让其在速度场中运动，所形成的轨迹就是一条迹线)；在定常流场(即速度场不随时间变化)中，则对应为流线(在流场中每一点上都与速度矢量相切的曲线称为流线)。实际计算中，迹线和流线都是通过数值积分来求得，所以称它们为积分曲线。常见的流场可视化方法通常根据需要在不同的时间和位置放置种子点，并计算大量的迹线。对于较大的流场数据，这个计算过程花费大量的时间代价，并且由于计算所得的迹线数据量太大，通常会将作为中间结果的迹线丢弃，这样更加造成计算资源的浪费。为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种流场积分曲线的复用方法及系统。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种流场积分曲线的复用方法及系统，通过该方法及系统，能够有效提高流场数据分析或可视化应用时积分曲线的获取效率。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种流场积分曲线的复用方法，包括以下步骤：(1)获取流场数据的空间网格结构；(2)在所述空间网格结构的所有网格点上放置初始种子点，计算每个种子点的积分曲线，并将所述积分曲线保存在存储设备；所述积分曲线为迹线或流线；(3)对所述流场数据进行分析或可视化应用时，在所述存储设备中直接调用所需要的对应网格点位置处的初始种子点的积分曲线。进一步，如上所述的一种流场积分曲线的复用方法，步骤(1)中，所述空间网格结构为规则网格，当获取的流场数据的空间网格结构为非规则网格时，在非规则网格的基础上，构建流场数据的规则空间网格结构；所述规则网格为二维规则网格或三维规则网格。进一步，如上所述的一种流场积分曲线的复用方法，步骤(2)中，将所述积分曲线保存在存储设备，包括：2.1)将所述空间网格结构的空间区域进行划分，划分为多个子空间；2.2)建立每个子空间的索引，将每个子空间中所包含的初始种子点对应的积分曲线与其子空间的索引关联保存于存储设备中。进一步，如上所述的一种流场积分曲线的复用方法，当所述空间网格结构为二维规则网格时，将所述积分曲线保存在存储设备，包括：1)以所述二维规则网格的整个区域作为四叉树的根节点，建立二维空间网格的四叉树结构，将所述二维规则网格的空间划分为多个二维子空间，四叉树结构的每个叶子节点对应一个二维子空间；2)建立四叉树结构的每一个叶子节点的索引，将每一个叶子节点对应的二维子空间所包含的初始种子点对应的积分曲线与其节点索引关联保存于存储设备中；当所述空间网格结构为三维规则网格时，将所述积分曲线保存在存储设备，包括：①以所述三维规则网格的整个区域作为八叉树的根节点，建立三维规则网格的八叉树结构，将所述三维规则网格的空间划分为多个三维子空间，八叉树结构的每一个叶子节点对应一个三维子空间；②建立八叉树结构中每一个叶子节点的索引，将每一个叶子节点所对应的三维子空间中所包含的初始种子点对应的积分曲线与其节点索引关联保存在存储设备中。进一步，如上所述的一种流场积分曲线的复用方法，步骤(2)中，将初始种子点对应的积分曲线压缩后保存在存储设备中。进一步，如上所述的一种流场积分曲线的复用方法，将所述空间网格结构的空间区域划分为多个子空间，包括：a.设置积分曲线的压缩比阈值；b.将所述空间网格结构进行初次划分，得到若干个子空间；c.将每个子空间再次划分为M个子空间；d.对于每一个再次划分的子空间，将划分前的子空间中所包含的初始种子点对应的积分曲线进行压缩，压缩后的字节数记为N1，将划分后的M子空间中所包含的初始种子点对应的积分曲线分别进行压缩，M个压缩后字节数之和记为N2，判断N1与N2的比值是否小于或等于压缩比阈值，若是，则所述二维规则网格或三维规则网格的空间划分完成，再次划分前的划分结果为最终划分结果，若否，则返回步骤c。进一步，如上所述的一种流场积分曲线的复用方法，步骤(3)中，在所述存储设备中直接调用所需要的对应网格点对应位置处的初始种子点的积分曲线，包括：3.1)确定进行分析或可视化应用所指定的流场数据空间区域，以及在所述空间区域中放置初始种子点的空间密度；3.2)在空间网格结构的所有子空间中查找与所述空间区域相交的子空间；3.3)根据所述与所述空间区域相交的子空间的索引查找存储设备中关联保存的积分曲线；3.4)根据所述空间密度在查找到的积分曲线中提取出对应的积分曲线。一种流场积分曲线的复用系统，包括：空间网格结构获取模块，用于获取流场数据的空间网格结构；积分曲线计算模块，用于在所述空间网格结构的所有网格点上放置初始种子点，计算每个种子点的积分曲线；所述积分曲线为迹线或流线；积分曲线保存模块，用于将所述积分曲线保存在存储设备中；积分曲线调用模块，用于对所述流场数据进行分析或可视化应用时，在所述存储设备中直接调用所需要的对应网格点位置处的初始种子点的积分曲线。进一步，如上所述的一种流场积分曲线的复用系统，所述积分曲线保存模块包括：空间网格划分单元，用于将所述空间网格结构的空间区域进行划分，划分为多个子空间；曲线关联存储单元，用于建立每个子空间的索引，将每个子空间中所包含的初始种子点对应的积分曲线与其子空间的索引关联保存于存储设备中。进一步，如上所述的一种流场积分曲线的复用系统，当所述空间网格结构为二维规则网格时，所述空间网格划分单元，包括：第一网格划分子单元，用于以二维规则网格的整个区域作为四叉树的根节点，建立二维空间网格的四叉树结构，将所述二维规则网格的空间划分为多个二维子空间，四叉树结构的每个叶子节点对应一个二维子空间；所述曲线关联存储单元包括：第一关联存储子单元，用于建立四叉树结构的每一个叶子节点的索引，将每一个叶子节点对应的二维子空间所包含的初始种子点对应的积分曲线与其节点索引关联保存于存储设备中；当所述空间网格结构为三维规则网格时，所述空间网格划分单元，包括：第二网格划分子单元，用于以所述三维规则网格的整个区域作为八叉树的根节点，建立三维规则网格的八叉树结构，将所述三维规则网格的空间划分为多个三维子空间，八叉树结构的每一个叶子节点对应一个三维子空间；所述曲线关联存储单元包括：第二关联存储子单元，用于建立八叉树结构中每一个叶子节点的索引，将每一个叶子节点所对应的三维子空间中所包含的初始种子点对应的积分曲线与其节点索引关联保存在存储设备中。进一步，如上所述的一种流场积分曲线的复用系统，所述积分曲线保存模块还包括：积分曲线压缩单元，用于将初始种子点对应的积分曲线压缩后保存在存储设备中。进一步，如上所述的一种流场积分曲线的复用系统，所述空间网格划分单元包括：初次划分子单元，用于将所述空间网格结构进行初次划分，得到若干个子空间；再次划分子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种流场积分曲线的复用方法，包括以下步骤：(1)获取流场数据的空间网格结构；(2)在所述空间网格结构的所有网格点上放置初始种子点，计算每个种子点的积分曲线，并将所述积分曲线保存在存储设备；所述积分曲线为迹线或流线；(3)对所述流场数据进行分析或可视化应用时，在所述存储设备中直接调用所需要的对应网格点位置处的初始种子点的积分曲线。

【技术特征摘要】
1.一种流场积分曲线的复用方法，包括以下步骤：(1)获取流场数据的空间网格结构；(2)在所述空间网格结构的所有网格点上放置初始种子点，计算每个种子点的积分曲线，并将所述积分曲线保存在存储设备；所述积分曲线为迹线或流线；(3)对所述流场数据进行分析或可视化应用时，在所述存储设备中直接调用所需要的对应网格点位置处的初始种子点的积分曲线。2.根据权利要求1所述的一种流场积分曲线的复用方法，其特征在于：步骤(1)中，所述空间网格结构为规则网格，当获取的流场数据的空间网格结构为非规则网格时，在非规则网格的基础上，构建流场数据的规则空间网格结构；所述规则网格为二维规则网格或三维规则网格。3.根据权利要求2所述的一种流场积分曲线的复用方法，其特征在于：步骤(2)中，将所述积分曲线保存在存储设备，包括：2.1)将所述空间网格结构的空间区域进行划分，划分为多个子空间；2.2)建立每个子空间的索引，将每个子空间中所包含的初始种子点对应的积分曲线与其子空间的索引关联保存于存储设备中。4.根据权利要求3所述的一种流场积分曲线的复用方法，其特征在于：当所述空间网格结构为二维规则网格时，将所述积分曲线保存在存储设备，包括：1)以所述二维规则网格的整个区域作为四叉树的根节点，建立二维空间网格的四叉树结构，将所述二维规则网格的空间划分为多个二维子空间，四叉树结构的每个叶子节点对应一个二维子空间；2)建立四叉树结构的每一个叶子节点的索引，将每一个叶子节点对应的二维子空间所包含的初始种子点对应的积分曲线与其节点索引关联保存于存储设备中；当所述空间网格结构为三维规则网格时，将所述积分曲线保存在存储设备，包括：①以所述三维规则网格的整个区域作为八叉树的根节点，建立三维规则网格的八叉树结构，将所述三维规则网格的空间划分为多个三维子空间，八叉树结构的每一个叶子节点对应一个三维子空间；②建立八叉树结构中每一个叶子节点的索引，将每一个叶子节点所对应的三维子空间中所包含的初始种子点对应的积分曲线与其节点索引关联保存在存储设备中。5.根据权利要求3所述的一种流场积分曲线的复用方法，其特征在于：步骤(2)中，将初始种子点对应的积分曲线压缩后保存在存储设备中。6.根据权利要求5所述的一种流场积分曲线的复用方法，其特征在于：将所述空间网格结构的空间区域划分为多个子空间，包括：a.设置积分曲线的压缩比阈值；b.将所述空间网格结构进行初次划分，得到若干个子空间；c.将每个子空间再次划分为M个子空间；d.对于每一个再次划分的子空间，将划分前的子空间中所包含的初始种子点对应的积分曲线进行压缩，压缩后的字节数记为N1，将划分后的M子空间中所包含的初始种子点对应的积分曲线分别进行压缩，M个压缩后字节数之和记为N2，判断N1与N2的比值是否小于或等于压缩比阈值，若是，则所述二维规则网格或三维规则网格的空间划分完成，再次划分前的划分结果为最终划分结果，若否，则返回步骤c。7.根据权利要求3至6之一所述的一种流场积分曲线的复用方法，其特征在于：步骤(3)中，在所述存储设备中直接调用所需要的对应网格点对应位置处的初始种子点的积分曲线，包括：3.1)确定进行分析或可视化应用所指定的流场数据空间区域，以及在所述空间区域中放置初始种子点的空间密度；3.2)在空间网格结构的所有子空间中查找与所述空间区域相交的子空间；3.3)根据所述与所述空间区域相交的子空间的索引查找存储设备中关联保存的积分曲线；3.4)根据所述空间密度在查找到的积分曲线中提取出对...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁晓如，洪帆，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11