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第一章 绪论 1

1．1 科学计算可视化的意义 1

1．2 科学计算可视化的学科分类 2

1．2．1 科学计算可视化是一门交叉学科 2

1．2．2 科学计算可视化硬件和软件平台 4

1．3 科学计算可视化参考模型 6

1．3．1 科学计算可视化的基本参考模型 6

1．3．2 科学计算可视化的扩展参考模型 9

1．4 科学计算可视化的研究内容 11

1．4．1 科学计算可视化研究内容分类 11

1．4．2 科学计算可视化过程的研究内容 15

1．5 科学计算可视化的应用 18

1．5．1 科学计算可视化在自然科学领域的应用 19

1．5．2 科学计算可视化在工程技术领域的应用 22

第二章 可视化技术分类 24

2．1 分类方法 25

2．2 点数据可视化技术 28

2．3 标量场可视化 29

2．4 矢量场可视化 30

2．5 张量场可视化 30

2．6 其它可视化技术 31

2．7 小结 32

第三章 数据类型的数据操作 33

3．1 可视化中的数据类型 33

3．1．1 数据属性 33

3．1．2 数据分类 34

3．1．3 网格数据 36

3．2 科学数据的管理 38

3．2．1 数据描述和处理语言 39

3．2．2 数据存档 43

3．3 科学数据格式 44

3．3．1 HDF格式 44

3．3．2 CDF和NetCDF 45

3．4 图形图像数据格式 48

3．4．1 图形文件/图像文件 48

3．4．2 图形图像文件格式 49

3．4．3 数据格式转换工具 55

3．5 小结 56

第四章 二维标量场等值线抽取 58

4．1 网格序列法 58

4．1．1 正规化网格等值线的生成 58

4．1．2 单元剖分法 61

4．1．3 连续光滑等值线的生成 62

4．2．1 步进法 64

4．2 网格无关法 64

4．2．2 适应法 65

4．2．3 递归法 66

4．3 区域填充法 68

4．3．1 线性插值下的Teip算法 68

4．3．2 非线性插值下的Teip算法 68

4．4 分布于曲面上的标量场 71

4．4．1 曲面分布数据的插值方法 71

4．4．2 球面上的等值线 74

4．5 小结 75

4．4．3 球面上的函数 75

第五章 断层间表面重构 77

5．1 拓扑重构 78

5．1．1 分类力和嵌套树 78

5．1．2 分类图的徼举 79

5．1．3 轮廓线的相似性 83

5．1．4 轮廓线的相对位置 83

5．2 三角片表面几何重构 84

5．2．1 圆柱体三角片表面 86

5．2．2 马鞍面三角片表面 93

5．2．3 极值点表面 97

5．3 C2连续表面重构 97

5．3．1 B样条曲线拟合轮廓线 99

5．3．2 样条曲面拟合 100

5．4 面向体的重构 101

5．4．1 空间Delaunay四面体重构 103

5．4．2 空间网格重构 105

5．5 小结 106

第六章 等值面生成和绘制 107

6．1 Cuberille表示和显示方法 107

6．1．1 Cuberille表示 108

6．1．2 Cuberille中的消隐 111

6．2 MarchingCube算法 116

6．1．3 Cuberille表示中的Shading计算方法 116

6．2．1 基本算法 119

6．2．2 二义性解决方法 124

6．2．3 DividingCube算法 125

6．2．4 采用八叉树的加速算法 130

6．3 有限元中基本数据的计算 130

6．3．2 等值面片的内何表示 131

6．3．3 采用跨度表的加速算法 133

6．4 几何变形模型 136

6．4．1 二维GDM模型 136

6．4．2 三维GDM模型 139

6．5 造型法 140

6．5．1 距离函数法 141

6．5．2 分段Hermite法 144

6．6 Shading和交互 148

6．6．1 法向量计算 148

6．6．2 透明度计算 149

6．6．3 其它交互操作 151

6．7 小结 151

第七章 体、绘制 153

7．1 体绘制与面绘制的比较 153

7．2 体光照模型 154

7．2．1 源-衰减模型 154

7．2．2 变密度发射模型 158

7．2．3 材料分类及混合模型 160

7．3 体绘制方法分类和比较 162

7．4 体光线跟踪法 163

7．4．1 三维对象的直接二维显示 164

7．4．2 光线投射法 164

7．4．3 优化方法 165

7．4．4 X光线跟踪 170

7．5 体单元投影法 173

7．5．1 V-Buffer算法 173

7．5．2 Footprint算法 175

7．5．3 相关性投影法 179

7．6 三维扫描变换 181

7．6．1 平面我边形的三维扫押变换 182

7．6．2 参数表示的线面体的三维扫描变换 184

7．7 混合绘制算法 188

7．7．1 混合光线跟踪 188

7．7．2 组合面绘制和体绘制的绘制算法 190

7．8 有限元数据场的体绘制 192

7．8．1 有限元数据场的快速体绘制算法 192

7．9 小结 197

8．1 概述 198

第八章 矢量场和张量场可视作 198

8．1．1 矢量场可视化 199

8．1．2 张量场可视化 201

8．2 数据空间及转换 202

8．3 基本点图标 205

8．3．1 箭头 205

8．4 矢量场线和面的生成 207

8．4．1 矢量线的生长算法 207

8．4．2 流函数构造矢量线 209

8．4．3 矢量面的生长算法 212

8．5 质点跟踪 214

8．5．1 基本质点跟踪 214

8．5．2 改进的、质点绘制 215

8．6 矢量场拓扑 217

8．6．1 临界点及其分类 218

8．6．2 拓扑结构构造 219

8．7 二阶经量场中的超流线 221

8．7．1 对称张量场训的超流线 222

8．7．2 对称张量场中的结构图 223

8．7．3 非对称张量场的分解 223

8．8 小结 225

第九章 三维交互工具 226

9．1 三维交互工具 226

9．1．1 头盔式显示器 227

9．1．3 数据手套 228

9．1．2 立体眼镜 228

9．2 三维交互算法 229

9．2．1 虚拟旋转控制器 230

9．2．2 三维跟踪球算法及实现 231

9．3 立体图绘制 234

9．3．1 立体图的原理 234

9．3．2 立体图显示技术 234

9．3．3 视差 235

9．3．4 立体图绘制算法 235

9．3．5 立体图绘制参数的选择 240

9．4．1 交互可视化的三中主要技术 241

9．4 交互视算 241

9．4．2 交互视算的应用 244

9．5 小结 245

第十章 可视化系统和工具 246

10．1 可视化系统分类 246

10．1．1 可视化子程序库 246

10．1．2 专用可视化工具 246

10．1．3 通用可视化系统 247

10．2 专用可视化工具 247

10．2．1 NASA AMes软件 247

10．2．2 FAST 248

10．2．3 IVM 249

10．2．4 Voxel Ciew /Voxel Lab 251

10．2．5 Data Cisualizer 252

10．2．6 SunVision 252

10．2．7 PV-WAVE 255

10．3 通用可视化系统 256

10．3．1 数据流与可视编程界面 256

10．3．2 现有的通用可视化平台 258

10．3．3 GIVE平台 264

10．4 小结 267

参考文献 268