李志远，张 翔

（1.武汉大学资源与环境科学学院，湖北 武汉 430070）

矢量场可视化[1-2]是科学可视化[3]的重要组成部分，它主要是基于计算机图形学和图形处理等技术，通过一些通用的编程语言或者可视化平台来生成便于理解和认知的图形图像表征矢量场[4]。目前已普遍应用于气象，航空等领域，具有巨大的研究价值和发展潜力。

矢量场地图制图具有悠久的历史，早在17 世纪，人们就开始使用箭头的形式来呈现大西洋表面的风场[5]。目前，矢量场的可视化方法可以笼统分为点符号法、线状符号法、面状符号法[6]。点符号法的主要表现形式为箭标图，而线状符号法则一般表现为流线型矢量图[7]，在二维矢量场[8-9]这个维度，它能够很好地表现出矢量场的分布及规律（图1）。

上述两种方法是一种静态的可视化表现手段，不能呈现动态地学现象时空规律及气旋、锋面等结构。本文针对两种图形架构的特点，设计了不同的矢量场动态制图技术路线，探讨并对比了矢量场动态可视化在消费级设备上的可行性及各自的优缺点[10-14]。

图1 箭标图a 和流线图b

1 矢量场动态粒子可视化方案设计

1.1 动态粒子符号设计与总体技术流程

传统的矢量场可视化方法如箭标图，流线图等都是直接对符号化后的矢量场进行可视化，本文不直接绘制矢量场，而是通过粒子的运动来表现矢量场结构，并用视觉变量来控制展现矢量场的不同特征。通过向矢量场中随机放置指定数量的粒子，通过粒子在矢量场中受力作用而产生运动来间接反映矢量场的物理属性、分布规律、大尺度结构（如气旋）等信息。……