机器学习与流场数据可视化

科学计算可视化（Scientific Visualization，SciVis）是计算机图形学的一个重要研究方向，是图形科学的新领域。随着计算能力的不断增强，科学数据中使用的物理模型以及模拟空间的大小都在不断提高。本书尝试性地将机器学习理论应用于科学计算可视化中，大大提高了数据中特征识别的鲁棒性和准确率，同时结合流场数据可视化技术的具体实现，详细阐述这两个领域结合的理论和存在的关键问题。本书内容主要包括：科学计算可视化的内容、技术现状和挑战，机器学习基本理论，使用Boosting和CAVIAR两种方法进行科学计算可视化的理论和方法等。本书可作为高等学校计算机或非计算机专业研究生科学计算可视化课程的参考书，也可作为从事流场数值模拟和流场可视化技术的研究或开发人员的参考书。

张丽，博士，齐鲁工业大学信息学院，2009年9月—2010年2月，美国密西西比州立大学航空航天系访问学者，2010年3月—2011年8月，美国俄亥俄州立大学计算机科学与工程学院访问学者。2014年至今，主要讲授面向对象程序设计、数据库系统等课程。

第1章 概述1
1.1 科学计算可视化简介1
1.1.1 标量场可视化3
1.1.2 向量场可视化3
1.1.3 张量场可视化5
1.2 流场可视化7
1.2.1 流场可视化的流程7
1.2.2 流场可视化的特点8
1.2.3 流场可视化的分类9
1.2.4 流场可视化技术13
1.3 可视化开发工具VTK14
1.3.1 VTK简介14
1.3.2 VTK环境搭建18
1.3.3 VTK与MFC21
第2章 流场数据对象及流场特性25
2.1 数据模型25
2.2 数据类型29
2.2.1 标量数据29
2.2.2 向量数据30
2.2.3 张量数据30
2.3 数据格式31
2.3.1 PLOT3D32
2.3.2 VTK34
2.3.3 OBJ37
2.4 本章小结39
第3章 流场基础特征可视化41
3.1 湍流41
3.1.1 湍流的定义和特征41
3.1.2 湍流的特征量和特征尺度43
3.1.3 湍流的运动方式44
3.2 湍流的模拟44
3.3 漩涡特征识别方法45
3.3.1 漩涡检测45
3.3.2 基于速度梯度张量的检测方法49
3.3.3 局部极值方法52
3.3.4 粒子追踪54
3.3.5 其他方法61
3.4 本章小结63
第4章 交互式流体可视化65
4.1 交互式可视化65
4.1.1 修改类交互65
4.1.2 基于选择的交互66
4.2 专家数据的获取67
4.3 本章小结77
第5章 机器学习增强流场可视化79
5.1 方法概述79
5.1.1 数据读取79
5.1.2 数据分析81
5.1.3 数据过滤85
5.1.4 数据映射和渲染86
5.2 阈值的选取88
5.3 特征距离93
5.4 本章小结99
第6章 Boosting与漩涡检测101
6.1 基本的Boosting增强算法101
6.2 改进的Boosting增强算法106
6.3 实验结果分析107
6.4 本章小结116
第7章 CAVIAR与漩涡检测117
7.1 CAVIAR算法概述117
7.2 CAVIAR算法优化118
7.3 参数设定与交叉验证122
7.4 实验结果分析125
7.5 本章小结129
参考文献130