【摘要】：天文粒子數(shù)據(jù)的可視化對科學(xué)家研究宇宙的結(jié)構(gòu)和演化的過程有非常大的幫助,特別是借助于時序可視化可以表現(xiàn)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)特征,是其他方法無法達到的.文中分析了現(xiàn)有的粒子繪制方式,提出了一種優(yōu)化的四面體網(wǎng)格粒子繪制算法.算法在數(shù)據(jù)處理階段,按粒子編號切分成N個數(shù)據(jù)片,同時計算不同時刻同一粒子運動狀態(tài)標記量;在組建四面體階段,根據(jù)周期性邊界條件和粒子的運動狀態(tài),將粒子數(shù)據(jù)組成四面體網(wǎng)格;保持不同時刻四面體的組成粒子不變,然后對這些四面體進行投影和繪制.文中算法內(nèi)存占用小并且適合并行化處理.通過實驗,將可視化結(jié)果與粒子投影的繪制算法對比,證明文中算法在展現(xiàn)宇宙的結(jié)構(gòu)特征上有很大的優(yōu)勢,并且使宇宙的纖維結(jié)構(gòu)更加連貫完整.
【圖文】：

ch等[4]提出了向量量化壓縮技術(shù),并且利用GPU加速實現(xiàn)了大規(guī)模天文粒子數(shù)據(jù)在單節(jié)點的直接投影繪制.但是,這種方式需要對原始數(shù)據(jù)做大量的預(yù)處理和計算,并且在預(yù)處理時丟棄了粒子的編號信息,所以難以應(yīng)用于時序數(shù)據(jù)可視化.另一類是將粒子重新組織成其他結(jié)構(gòu)后進行繪制,例如,Kaehler等[5]提出的暗物質(zhì)可視化方法,將暗物質(zhì)粒子重新組織成四面體,并且保持四面體在模擬過程中的組成粒子不變,然后經(jīng)過投影和體繪制得到了非常好的可視化效果.但在實驗過程中該算法對于不同的天文粒子數(shù)據(jù)集會出現(xiàn)一些問題.例如,在圖1a所示初始時刻圖的四周會出現(xiàn)黑色邊框,并且隨著模擬的推進,黑色邊框會如圖1b所示進行移動,在某些時刻會出現(xiàn)如圖1c所示不正常的特征線.另外,算法的內(nèi)存占用較高,繪制大規(guī)模數(shù)據(jù)比較困難.如何對大規(guī)模天文數(shù)據(jù)時序可視化,如何清晰表現(xiàn)模擬過程中產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)特征,這些都有待于進一步的探索研究[6].本文提出一種天文數(shù)據(jù)處理方式和四面體組建方式,將數(shù)據(jù)在預(yù)處理階段提取位置與粒子編號并切片處理,在組建四面體階段根據(jù)周期性邊界條件建立連通關(guān)系,并且根據(jù)四面體的物理運動特征還原四面體偏移前的運動形態(tài),運用體繪制的算法得出可視化結(jié)果,通過GPU和多節(jié)點進行加速.本文算法在解決出現(xiàn)非正常結(jié)構(gòu)特征的同時,減少了內(nèi)存消耗,內(nèi)存占用為文獻[5]算法的10%,之后再進行并行優(yōu)化使算法更適合繪制大規(guī)模數(shù)據(jù).最后通過對比實驗,證明了本文算法的有效性和可視化結(jié)果的真實性.a.T0時刻黑色的邊框b.中間時刻黑色邊框的移動c.某些時刻不正常的特征圖1非正常的結(jié)構(gòu)特征

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本文編號：2570886