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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NetCDF45

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 FAST248

10．2．3 IVM249

10．2．4 Voxel Ciew /Voxel Lab251

10．2．5 Data Cisualizer252

10．2．6 SunVision252

10．2．7 PV-WAVE255

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