一種基于蒙特卡洛粒子輸運模擬物理值特征的可視化增強方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于蒙特卡洛粒子輸運模擬物理值特征的可視化增強方法，該方法通過對蒙特卡洛粒子輸運模擬結(jié)果中的物理值的最小值和最大值所在網(wǎng)格進行區(qū)別于其他物理值所在網(wǎng)格的差異化特征特可視化，實現(xiàn)對極值所在網(wǎng)格的可視化增強；根據(jù)蒙特卡洛粒子輸運模擬結(jié)果中每個網(wǎng)格中的計算誤差，將用戶指定的計算誤差區(qū)間所在網(wǎng)格的透明度設置為0，區(qū)間之外所在網(wǎng)格的透明度設置為1，實現(xiàn)對指定誤差區(qū)間的計算網(wǎng)格結(jié)果的可視化增強；本發(fā)明能輔助用戶快速定位中子學分析中所關(guān)心的計算網(wǎng)格區(qū)域，提升中子學分析效率。
【專利說明】一種基于蒙特卡洛粒子輸運模擬物理值特征的可視化増強 方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于中子學分析領(lǐng)域，尤其涉及中子學分析中粒子輸運模擬結(jié)果的后處理 與可視化。

【背景技術(shù)】
[0002] 在反應堆的物理設計、燃料管理優(yōu)化、環(huán)境監(jiān)測與輻射屏蔽防護研宄、核安全分析 等各個領(lǐng)域，中子學計算都是其必不可少的重要分析方法。在計算機處理能力不斷提高的 今天，中子學計算結(jié)果數(shù)據(jù)日益龐大、復雜，中子學計算后處理已逐漸成為中子學分析工 作的瓶頸。作為分析海量數(shù)據(jù)的最有效方法之一，可視化技術(shù)也必將在中子學分析中發(fā)揮 重要作用。
[0003] 科學計算可視化概念自1987被正式提出后，經(jīng)過30年的發(fā)展，很多基本理論和 方法已趨于成熟，并發(fā)展有很多通用可視化軟件，如ParaView，AVS/Express等。但可視化 問題通常都是領(lǐng)域相關(guān)問題，通用可視化方法難以滿足要求，中子學分析也不例外。當前， 中子學領(lǐng)域一般采用人工數(shù)據(jù)抽取、分析與商用可視化軟件相結(jié)合的中子學計算結(jié)果后處 理方式，要求分析人員直接面對龐大的復雜數(shù)據(jù)，并在繁瑣的處理流程中進行大量的人工 干預，這種處理方式不僅工作量大、周期長，而且具有直觀性差，易出錯等缺點，已嚴重影響 中子學計算的效率，迫切需要一種面向物理分析問題能快速提取中子學分析特征的可視化 方法。
[0004] 基于蒙特卡洛方法的中子輸運模擬結(jié)果一般表現(xiàn)為三維體數(shù)據(jù)。三維體數(shù)據(jù)可視 化的一個重要目標是高質(zhì)量的展現(xiàn)用戶感興趣的區(qū)域，如在醫(yī)學數(shù)據(jù)中病變組織以及人體 中的一些重要器官，而這主要依賴于繪制和分類方法。直接體繪制通過定義一個與數(shù)據(jù)集 關(guān)聯(lián)的傳輸函數(shù)，將數(shù)據(jù)映射為顏色和不透明度，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)進行分類，有效地現(xiàn)實三維數(shù) 據(jù)場的內(nèi)部信息。光線投射是直接體繪制中的重要方法，其基本思想是從屏幕上的每一個 像素點發(fā)出一條光線，沿著光線方向在三維數(shù)據(jù)場中進行重采樣，并根據(jù)傳輸函數(shù)得到采 樣點的顏色值和不透明值，進而通過光線累積獲得屏幕圖像的每個像素點的顏色值和不透 明值。由于光線投射易于在圖形加速顯卡中實現(xiàn)，它已成為直接體繪制的最流行的算法。
[0005] 在前人的工作中，已有人開展面向中子學分析問題的可視化方法研宄。具體來說， 2010 年羅月童等人在論文《SVIP-N1.0:Anintegratedvisualizationplatformfor neutronicsanalysis》研宄了規(guī)則數(shù)據(jù)場和模型的疊加可視化方法，專利發(fā)明人于2011年 發(fā)表論文《AMethodfor3DStructuredDataSetRegulationBasedonImage》研宄并 發(fā)展了基于圖像特征的不規(guī)則數(shù)據(jù)場規(guī)則化方法。但是上述研宄，主要關(guān)注于輻射輸運模 擬結(jié)果的可視分析，并沒有開展基于物理特征的可視化增強方法研宄，用于輔助物理分析 人員快速定位關(guān)心的分析區(qū)域。直接體繪制方法需要借助傳輸函數(shù)才能有效的展示體數(shù)據(jù) 內(nèi)部的有效信息，而傳輸函數(shù)的設計復雜耗時，因此專利發(fā)明人通過直接對中子輸運模擬 結(jié)果帶分析的物理值特征進行分析，將分類的思想轉(zhuǎn)換到繪制過程中，提出快速展示體數(shù) 據(jù)內(nèi)部特征信息的可視化方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明技術(shù)解決問題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于蒙特卡洛粒子輸運模 擬物理值特征的可視化增強方法，具有豐富性、可見性、關(guān)聯(lián)性、直觀性，有效提升了中子 學分析的效率。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案：發(fā)明引入中子學分析中的敏感物理特征，對中子輸運模擬結(jié) 果進行可視化增強。引入的最大值網(wǎng)格特征可視化增強主要通過對物理人員特別關(guān)心的計 算區(qū)域的最大值所在網(wǎng)格給與區(qū)別于其他網(wǎng)格的不同可視化形式，使得物理人員能夠快速 定位最大值所在網(wǎng)格。引入計算誤差特征可視化增強，主要由于基于蒙特卡洛方法中子輸 運方法計算得到的三維輻射場對每個計算網(wǎng)格都存在一定的置信區(qū)間，根據(jù)物理分析問題 的不同僅需分析在一定置信區(qū)間的網(wǎng)格數(shù)據(jù)，針對這一特征通過設置網(wǎng)格紋理的透明度實 現(xiàn)突出顯示關(guān)心置信區(qū)間的網(wǎng)格區(qū)域。與現(xiàn)有對模擬結(jié)果直接三維可視化相比，本發(fā)明具 有豐富性、可見性、關(guān)聯(lián)性、直觀性，有效提升了中子學分析的效率。
[0008] 一種基于蒙特卡洛粒子輸運模擬物理值特征的可視化增強方法，其流程圖如圖1 所示，步驟包括：
[0009] 1)蒙特卡洛粒子輸運模擬物理值特征建立
[0010] 蒙特卡洛粒子輸運模擬將計算的幾何空間劃分為η個網(wǎng)格，蒙特卡洛粒子輸運模 擬結(jié)果中每個網(wǎng)格對應一個物理值和一個計算誤差值；根據(jù)網(wǎng)格的物理值特征設置網(wǎng)格可 視化屬性表Im，其中^中的值從小到大排序，m表示η個網(wǎng)格中不同物理值的個數(shù)；根據(jù)網(wǎng) 格的計算誤差值特征設置網(wǎng)格可視化標記映射表Ek，其中Ek中的值從小到大排序，k表示 η個網(wǎng)格中不同計算誤差的個數(shù)；在對η個三維網(wǎng)格進行可視化時，根據(jù)每個網(wǎng)格中的物理 值在可視化屬性表^中查找對應的可視化屬性值進行可視化增強，或者根據(jù)每個網(wǎng)格中的 計算誤差值在可視化標記映射表Ek中查找對應的可視化標記映射值進行可視化增強。
[0011] 2)可視化屬性表Tm中的每個屬性值可視化增強
[0012] 對^中的每個屬性值Tx，若X= 0,則在該屬性值對應的所有網(wǎng)格中的每一個網(wǎng)格 根據(jù)網(wǎng)格的三維邊界繪制一個長方體并繪制一個充滿該長方體的小球，同時將繪制的長方 體表面RGB顏色設置為藍色、透明度設置為0 (其中透明度為1為全透明，透明度為0為不 透明）；若X=m，則在該屬性值對應的所有網(wǎng)格中的每一個網(wǎng)格根據(jù)網(wǎng)格的三維邊界繪制 一個長方體并繪制一個充滿該長方體的圓錐體并將該長方體表面的RGB顏色設置為紅色、 透明度設置為〇 ;若X辛〇且X辛m，則在該屬性值對應的所有網(wǎng)格中的每一個網(wǎng)格根據(jù)網(wǎng) 格的三維邊界繪制一個長方體，同時將繪制的長方體表面RGB顏色設置為灰色、透明度設 置為0. 5。
[0013] 3)可視化標記映射表Ek中的每個標記值可視化增強
[0014] 將蒙特卡洛粒子輸運中的每一個網(wǎng)格根據(jù)網(wǎng)格邊界繪制成一個長方體，其中長方 體表面的RGB顏色設置表達式為：
[0015]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于蒙特卡洛粒子輸運模擬物理值特征的可視化增強方法，其特征在于：蒙特 卡洛粒子輸運模擬將計算的幾何空間劃分為n個網(wǎng)格，蒙特卡洛粒子輸運模擬結(jié)果中每個 網(wǎng)格對應一個物理值和一個計算誤差值；根據(jù)網(wǎng)格的物理值特征設置網(wǎng)格可視化屬性表 Tm，其中Tm中的值從小到大排序，m表示n個網(wǎng)格中不同物理值的個數(shù)；根據(jù)網(wǎng)格的計算誤 差值特征設置網(wǎng)格可視化標記映射表Ek，其中Ek中的值從小到大排序，k表示n個網(wǎng)格中不 同計算誤差的個數(shù)；在對n個三維網(wǎng)格進行可視化時，根據(jù)每個網(wǎng)格中的物理值在可視化 屬性表!"中查找對應的可視化屬性值進行可視化增強，或者根據(jù)每個網(wǎng)格中的計算誤差值 在可視化標記映射表Ek中查找對應的可視化標記映射值進行可視化增強。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述可視化屬性表Tm中的每個屬性值可 視化增強包括： 對Tm中的每個屬性值Tx，若Tx=Ti，則在該屬性值對應的所有網(wǎng)格中的每一個網(wǎng)格根 據(jù)網(wǎng)格的三維邊界繪制一個長方體并繪制一個充滿該長方體的小球，同時將繪制的長方體 表面RGB顏色設置為藍色、透明度設置為0,其中透明度為1為全透明，透明度為0為不透 明；若1；=Tm，則在該屬性值對應的所有網(wǎng)格中的每一個網(wǎng)格根據(jù)網(wǎng)格的三維邊界繪制一 個長方體并繪制一個充滿該長方體的圓錐體并將該長方體表面的RGB顏色設置為紅色、透 明度設置為〇 ;若Tx#T1且TTm，則在該屬性值對應的所有網(wǎng)格中的每一個網(wǎng)格根據(jù)網(wǎng) 格的三維邊界繪制一個長方體，同時將繪制的長方體表面RGB顏色設置為灰色、透明度設 置為0. 5。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述可視化標記映射表Ek中的每個標記 值可視化增強包括： 將蒙特卡洛粒子輸運中的每一個網(wǎng)格根據(jù)網(wǎng)格邊界繪制成一個長方體，其中長方體表 面的RGB顏色設置表達式為：
其中a為每個網(wǎng)格對應的物理值，RGB中每個顏色通道的取值范圍從0至1 ; 長方體表面的透明度Opacity設置表達式為：
其中b為每個網(wǎng)格對應的計算誤差，j為用戶指定的計算需要進行可視化增強的誤差 值，其取值范圍從〇至1 ;透明度的取值范圍從〇至1，其中透明度為〇代表不透明，透明度 為1代表全透明。
【文檔編號】G06F17/50GK104484535SQ201410821988
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月25日
【發(fā)明者】何桃, 楊子輝, 龍鵬程, 胡麗琴, 吳宜燦 申請人:中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院