流场可视化在帮助用户分析和理解复杂流场流动机理,洞察流场物理现象并发现流动科学规律方面发挥着重要的支撑作用。本文立足于流场可视化过程中的重难点问题进行深入探究,以增加用户对流场物理过程感知为研究目标,从可视化绘制算法、呈现环境和交互技术、布局方式等方面开展理论创新和技术突破,帮助拓展流场可视化中信息表达的多样性,为用户提供良好的流场可视化分析环境,提高对流场科学数据处理效率和可视分析能力。主要研究成果归纳如下:1.抽象领域专家分析理解流场物理现象的过程,提出了基于VCIH模型的感知增强类流场可视化分类策略,从视觉感知增强、流场过程增强、探索式交互增强以及硬件依赖性增强四个方面梳理目前主要的研究进展。2.为有效表征矢量场特征结构,提升流线的绘制质量与视觉效果,提出了基于几何特征的自适应撒点策略来提高流线绘制的视觉效果和属性表征的能力。为了获得高质量的流面绘制结果,提出了自适应三角化策略保持流面结构的完整性、平滑性以及凹凸性,有效展现清晰的流场模式和重要的流动特性,增加三维流场数据的可读性。3.为提高二维纹理绘制方法的图像质量和兼容性,结合颜色特征映射方法提出了基于分层聚类的ColorLIC绘制算法,借助全局采样和邻近聚类算法有效改善二维流场细节特征的视觉呈现效果。针对扩展到三维空间时纹理片元间存在的视线遮挡和混乱问题,提出基于GPU加速实现的稀疏噪声纹理生成的改进三维矢量场VolumeLIC绘制技术,满足实时显示的要求,有效提升生成三维纹理图像的结构清晰度和视觉表现力。4.结合沉浸式环境下的分析优势与交互特点,定义沉浸式交互方式的设计原则,提出了基于非接触式手势动作的沉浸式流场可视化交互技术,引入动作舒适度评估模型设计交互手势姿态,引入弹簧模型消除手势抖动,引入游标模型基于上下文手势动作判断手势状态,最后以HTC Vive+Leap Motion构建测试平台验证本文交互方法在交互体验度等方面的优势。5.针对单一可视化方法的呈现无法满足用户对复杂流动机理和物理现象的认知需求的问题,引入多视图协同交互模型实现对数据属性特征统计、临界状态分布和时空演化规律的多维度并行呈现。引入多维关联对比模型呈现不同参数环境下的视觉结果,实现对多维属性数据的全方位、多角度观察、对比与分析。设计实现大规模CFD流场可视化分析系统FVIS,通过多组测试案例结合专家意见验证布局方式在提高对复杂多变量流场数据及其潜在关联关系的分析效率和准确率方面的功能性和有效性。