11.2.3 矢量场可视化方法

1.箭标图方法(Arrow Plots):

使用箭头来显示矢量数据是最简单的方法。二维矢量数据可用平面上的箭头来实现可视化,即箭头的指向表示矢量的方向,箭头的大小表示矢量的大小。

在二维屏幕上用箭头显示三维矢量要相对困难,通常使用三维立体箭标由立体矢量的深度提示或光照/浓淡来提供深度真实感,以显示立体中的三维矢量。同时,还可把颜色映射到矢量以提供额外的度量信息,或表示独立变量。矢量类型和箭头的选择可能影响对矢量方向的理解。

 

2. 流线法

显示矢量数据的另一方法是显示流线,它可表示CFD中的流体流动方向或电磁学中的磁通量方向等。用于构造流线的方法是一种比较简单的技术:因为流线上任一点的切线方向与矢量场在该点的方向一致,因而流线r(t)满足方程,求解该方程就可得到某一瞬时的一条流线。设流线为该方程的解,则它在场中的积分表达式为

                                     

这样,只要选定初始位置,采用数值积分的方法,一步步跟踪下去即可得到流线。

然后通过取最近矢量的平均来构造线段,也可通过更复杂一些的、与应用相关的技术(如张量积样条拟合)来构造线段。

3.矢量场拓扑图方法

使用箭头和流线的缺点是它限制了表现给观察者的信息密度。矢量场拓扑图方法一般是通过分析关于位置向量的矩阵来确定矢量场的临界点,从而找出马鞍点(saddle points)、吸附点(attracting nodes)和排斥点(repelling nodes)等。流线从每个合适的临界点开始绘制,其结果一般是既简单又不拥挤的图形,但观察者能够从中推导出整个矢量场。

4.粒子法

粒子法在矢量场中加入带颜色和一定透明度的粒子,粒子在矢量场的作用下运动,人们可以通过观察粒子的运动得到矢量场的印象。这一方法的思想与实际流体实验中用的往流体中加木屑以更清楚地观察流体运动是一致的。

 

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