汤慧仪+张俊达

摘要：作为一种基于纹理的矢量场可视化方法，线积分卷积算法能够以纹理图像的形式展示矢量场全貌，并能够较好地展现细节变化，因而是一类行之有效的方法，但计算量巨大，绘制效率较低。针对此问题，提出一种基于CUDA的线积分卷积矢量场并行可视化方法，利用并行计算架构的优势以及图形处理器的快速计算能力，较好地提高矢量场的可视化效率。首先对线积分卷积算法并行化的可行性进行分析，然后针对其中的流线生成和纹理生成两个关键阶段进行并行化改造，将计算密集型的部分转移到图形处理器中进行快速计算，从而较大幅度提高了绘制效率，最后通过实验验证了方法的有效性。

关键词： 线积分卷积；CUDA；矢量场；可视化

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）12-0270-03

Abstract：As a texture based vector field visualization algorithm，LIC algorithm can display the complete picture of vector field in the form of image， and show the details of the changes. Aiming at the problem of low efficiency of LIC algorithm for rendering，a parallel liner integral convolution algorithm for vector field visualization based on CUDA is proposed. The streamline generation and texture value calculation in the traditional LIC algorithm are parallel reconstructed. Using GPU to calculate the streamline of all pixels by numerical integration method，and parallel simultaneously computing all pixel values corresponding to the output image texture. The rendering efficiency is significantly improved. In the end， the experiment validates the effectiveness of proposed algorithm.

Key words：LIC； CUDA； Vector field； Visualization

1 概述

空间数据场是一类重要的科学计算数据，广泛应用于海洋、气象、电磁、医学等领域。矢量场是空间数据场的重要组成部分，可同时表征数据大小（如场强）与方向，如海面风场、涡旋、流场等。深刻认知并理解矢量场特征，发现其内在规律，对海洋活动、天气预报、军事指挥等均具有重要意义。

矢量场可视化一直是图形学与可视化领域的研究热点，借助计算机图形学的基本理论，可形象直观地展示研究对象，并在此基础上进行知识挖掘与知识发现。经典的矢量场可视化方法，如点标法、流线法等具有方法简单、易于实现等优点，一直广泛应用。……