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基于物理特征的平面流场拓扑简化算法

中国海洋大学学报（自然科学版） 2010年第2期40卷 95-98页

作者：秦勃李兵王庆江中国海洋大学计算机科学与技术系山东青岛266100

基于网格合并思想实现的平面流场拓扑简化,存在物理特征被忽略和并行实现困难的问题,难以满足远程可视化的要求。文中提出1种基于物理特征的平面流场拓扑简化算法。算法通过计算生成平面流场的物理特征参数图像,利用图像分割提取平面流... 详细信息

基于网格合并思想实现的平面流场拓扑简化,存在物理特征被忽略和并行实现困难的问题,难以满足远程可视化的要求。文中提出1种基于物理特征的平面流场拓扑简化算法。算法通过计算生成平面流场的物理特征参数图像,利用图像分割提取平面流场的特征区域达到流场简化的目的。实验结果表明,算法能从物理特征和宏观的角度出发快速、准确描述平面流场的拓扑结构,为平面流场可视化提供了1种新方法。

关键词：向量场可视化拓扑简化特征提取

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一种基于拓扑简化的规则格网DEM选点方法

中国科技论文 2018年第3期13卷 259-264页

作者：王洪斌赵骏武赵学胜核工业北京地质研究院北京100029 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083

针对传统方法由于缺乏统一简化操作、难以建立地形结构特征线层次与地形简化尺度间的对应关系,提出了一种基于拓扑简化的规则格网数字高程模型(digital elevation model,DEM)选点方法,利用拓扑简化对地形结构特征线取主舍次的特性,只在... 详细信息

针对传统方法由于缺乏统一简化操作、难以建立地形结构特征线层次与地形简化尺度间的对应关系,提出了一种基于拓扑简化的规则格网数字高程模型(digital elevation model,DEM)选点方法,利用拓扑简化对地形结构特征线取主舍次的特性,只在每级地形结构特征线上自适应地选取地形重要点,从地形结构特征线层次变化的角度实现规则格网DEM的高效简化。通过与传统重要点法及三维道格拉斯法进行对比试验和分析,结果表明,基于拓扑简化的规则格网数字高程模型选点方法不仅能保留地形主要的结构特征,而且数值精度优于传统方法。

关键词：规则格网DEM 拓扑简化自适应选取地形重要点地形简化

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基于自然法则的地表拓扑简化

测绘科学技术学报 2013年第6期30卷 572-576页

作者：王洪斌朱新颖张春亢中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 Esri(中国)信息技术有限公司北京100007

选择合适的标准对临界点进行评价和取舍是拓扑简化首先必须解决的关键问题。为克服已被认识到的现有临界点权重标准的片面性,本文依据自然法则,从理论上提出了一种新的关于地形表面临界点的评价标准和计算方法,设计了相应的拓扑简化算... 详细信息

选择合适的标准对临界点进行评价和取舍是拓扑简化首先必须解决的关键问题。为克服已被认识到的现有临界点权重标准的片面性,本文依据自然法则,从理论上提出了一种新的关于地形表面临界点的评价标准和计算方法,设计了相应的拓扑简化算法。最后,进行了实验验证和分析。结果表明:基于自然法则对地表临界点进行评价的标准客观,计算简单,相应的拓扑简化算法正确、可行。

关键词：临界点权重自然法则拓扑简化 Morse复形

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基于拓扑简化的自相似网络相关参数分析

微计算机信息 2008年第18期24卷 186-188页

作者：李皓平肖晓强匡罗贝胡华平国防科技大学计算机学院湖南长沙410073

本文基于简单串联网络拓扑结构的简化,对拓扑简化后的自相似网络的相关参数(节点缓存、节点排队负载)进行分析。通过分析简化前后的网络的性能(平均排队延迟、平均丢包率),提出简化后网络的节点缓存模型和节点负载模型。模型分析的结果... 详细信息

本文基于简单串联网络拓扑结构的简化,对拓扑简化后的自相似网络的相关参数(节点缓存、节点排队负载)进行分析。通过分析简化前后的网络的性能(平均排队延迟、平均丢包率),提出简化后网络的节点缓存模型和节点负载模型。模型分析的结果分别说明了简化后的节点缓存大小与简化前节点缓存及负载、网络自相似程度之间的变化关系以及简化后节点负载与简化前节点负载、简化前后节点缓存大小比、网络自相似程度之间的变化关系。

关键词：自相似网络拓扑简化节点缓存节点排队负载

基于分段线性Morse理论的地表特征提取与拓扑简化

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基于分段线性Morse理论的地表特征提取与拓扑简化

作者：吉雨田贵州大学

学位级别：硕士

地表拓扑特征的提取是地理信息研究中的重要环节,对地表建模、地图制图以及地形分析等领域具有重要意义。地表起伏变化多种多样,从地表特征变化角度,其难以找到地表描述的统一指标,但从拓扑角度,地表形态的构成却有规律可循,能够通过特... 详细信息

地表拓扑特征的提取是地理信息研究中的重要环节,对地表建模、地图制图以及地形分析等领域具有重要意义。地表起伏变化多种多样,从地表特征变化角度,其难以找到地表描述的统一指标,但从拓扑角度,地表形态的构成却有规律可循,能够通过特定地表拓扑特征对地表形态进行描述。山峰点、山谷点和鞍部点及其构成的山脊线和山谷线是描述地表形态的重要特征,能够为后续数据处理和分析奠定良好的数据结构基础。三维激光扫描技术是地表数据获取的重要工具,能够快速获取较完整的地表点云数据,但存在数据量庞大、数据信息冗余、不具备拓扑结构等问题,因此如何识别地表特征点、构建特征线以形成良好地表拓扑数据结构,是地表特征提取和拓扑简化的主要研究内容。针对地表点云数据存在的不足以及传统地表特征算法特征识别不准确、拓扑结构构建不完整以及特征重要性度量指标适应性差等问题,本文首先对地表点云数据进行预处理,然后重点围绕分段线性Morse理论下的地表特征识别与构建以及特征重要性度量与特征拓扑简化等科学问题展开,主要的研究内容如下所述:（1）总结了机载点云滤波相关概念及算法,系统介绍了Morse理论相关知识详细介绍了点云滤波算法,重点介绍了分段线性Morse理论的原理及其应用。一方面,详细介绍了目前常用的点云滤波算法,并总结了算法的不足之处。另一方面,本文对经典Morse理论、离散Morse理论以及分段线性Morse理论的发展、原理及应用做出了详细阐述,系统介绍了Morse理论的相关概念,如:拓扑、海塞矩阵、关键点、Morse-Smale复形等。（2）改进了自适应阈值点云滤波算法针对目前点云滤波算法普遍存在适应性差,人工参与因素过多的问题,本文对自适应阈值点云滤波算法进行了改进,在移动曲面的基础上,利用曲率极限值设定自适应滤波阈值。首先选用混合最小二乘法更精确对地表进行曲面拟合;然后利用拟合曲面高程值与真实地面高程值的差值,经过一级滤波将尺寸较大的地物滤除;最后利用格网最低点的真实地面高程值计算曲率极限值,设定二级滤波阈值滤除与地面相似的非地面点。实验结果表明,该算法滤波总误差平均值达到6.26%,连续地形滤波总误差可达到4.00%以下,可以较精确地区分地面点与非地面点,且适应性较强。（3）实现了分段线性Morse理论下的地表特征提取及拓扑构建针对传统地表特征提取算法准确性较低、常用的地表数据结构的拓扑构建不完整等问题,本文实现了分段线性Morse理论地表点云数据的特征提取与拓扑构建。首先利用分段线性Morse函数临界值的计算,对点云数据进行分类后提取关键点;然后根据特征线寻径算法构建特征线,生成Morse-Smale复形对整个地表进行四边格网剖分,提取山脊线和山谷线为地表点云数据建立良好拓扑结构。实验结果表明,该算法特征提取的平均点云压缩率达到22.82%,总体上能构建完整地表拓扑结构,提取出主要特征线对地表拓扑特征进行表达。（4）提出了新的特征重要性度量指标,并基于其实现了地表特征拓扑简化针对地表特征拓扑简化中传统特征重要性度量指标适应性较差的问题,本文在“持续值”的理论基础上,提出一种新的特征重要性度量指标。首先计算特征点的经典持续值作为特征重要性指标,对Morse-Smale的特征重要性进行评估;然后利用Morse-Smale复形的特征重要性指标二次评估特征点重要程度,经过计算构成新的特征重要性度量指标,再次对Morse-Smale复形进行特征重要性度量,并基于其完成拓扑简化。实验结果表明,该指标进一步细化了特征重要性指标,将冗余地表特征剔除并构建精确简洁的拓扑结构,平均点云压缩率达到70.82%,为后续地形数据的处理与分析奠定良好数据结构基础。

关键词：分段线性Morse理论地表点云特征提取拓扑简化重要性度量自适应滤波

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基于拓扑简化的自相似网络可用性分析

基于拓扑简化的自相似网络可用性分析

作者：李皓平国防科学技术大学

学位级别：硕士

随着计算机及通信技术的飞速发展,计算机网络已经渗透到社会经济生活的各个方面,对社会进步与经济发展起着越来越重要的作用,也使人们的工作甚至生活方式发生了巨大的变革。然而随着网络规模的激增,网络复杂性和异构性的日益加剧,网络... 详细信息

随着计算机及通信技术的飞速发展,计算机网络已经渗透到社会经济生活的各个方面,对社会进步与经济发展起着越来越重要的作用,也使人们的工作甚至生活方式发生了巨大的变革。然而随着网络规模的激增,网络复杂性和异构性的日益加剧,网络性能评估变得复杂而费时。仅仅获得网络可用性指标值是不够的,人们更希望获取过程更加迅速,可用性指标值的计算更加快捷,以达到实时展示网络状态,实现网络实时监控的目的。因此,如何迅速获取网络可用性指标值,加速可用性指标的计算过程,成为亟待解决的问题。简化网络规模是解决该问题的一个直观而有效的途径。通过简化网络结构,利用简化后网络的可用性指标值反映简化前网络的可用性指标。可以在简化可用性计算规模,加速计算过程的同时,又能真实反映原网络的可用性指标值。按照该解决思路,需要研究的内容包括:网络可用性模型的建立,拓扑简化方法的提出,简化前后网络可用性指标的一致性分析。同时,为了反映真实的网络流量特性,自相似流量模型在网络研究中成为必然选择。在拓扑已知的前提下,为了降低网络可用性计算的复杂度,根据网络串、并联结构的特点,提出了网络拓扑简化算法。同时根据选取的两种业务性能指标(平均排队延迟和平均丢包率),建立简化前后节点缓存、节点排队负载的网络节点模型,讨论了简化前后发生变化的各项参数。并进一步建立了针对自相似网络的可用性模型。最后设计实现了一种基于动态规划路由算法的自相似网络可用性模拟器-DRSNAS,模拟结果验证了简化理论的正确性和简化方法的适用性。

关键词：网络自相似拓扑简化可用性

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基于物理特征的平面流场并行拓扑简化

基于物理特征的平面流场并行拓扑简化

作者：李兵中国海洋大学

学位级别：硕士

科学计算可视化是八十年代后期提出并迅速得到发展的一门新兴学科。目前,它已广泛应用于医学、地质勘探、气象预报、分子生物学、计算流体力学及有限元分析等诸多领域,并引起人们越来越多的重视。平面矢量场可视化是科学计算可视化的重... 详细信息

科学计算可视化是八十年代后期提出并迅速得到发展的一门新兴学科。目前,它已广泛应用于医学、地质勘探、气象预报、分子生物学、计算流体力学及有限元分析等诸多领域,并引起人们越来越多的重视。平面矢量场可视化是科学计算可视化的重要组成部分之一。随着科学技术的迅猛发展,科学计算可视化所涉及的领域越来越宽,对象越来越复杂,待处理的数据量越来越大,实时性要求越来越高,传统的平面矢量场可视化方法已经满足不了可视化的要求,在此情况下,基于特征的可视化应运而生。这种“有选择的”可视化,可以滤除无关数据,极大的降低信息处理量,甚至获得被抽取特征的量化描述。并行化的成本优势与应用对性能上的需求促进了并行计算的发展,并行处理技术的出现为实时海量数据的可视化提供了重要平台。两者的结合为解决大规模流场的实时可视化提供了新的途径。当前,研究平面离散流场拓扑简化较流行的方法是从几何和微观的角度出发,先提取临界点然后分析临界点的性质,通过对临界点所代表区域的几何特征分析来判断种子点位置。这种方法在分析流场特征的核心区时非常有效,但是对流场整体特征表现的不很理想。流体运动是在严格的物理规律的支配下进行的,流场的几何特征是其物理特征的外在表现。如何有效的提取流场的物理特征是解决流场科学可视化的关键。本文提出旋度和散度滤波器的概念,用积分的方法来计算流场物理特征,然后采用图像融合与分割技术对合成的参数图像抽取满足物理特征的参数,对特征区进行有选择性的可视化。由于物理特征计算分析和流线计算的数据处理量大、耗时,算法实现引入并行处理机制,以提高算法效率,满足远程可视化的需求。实验结果表明,算法在完全保持场的物理特征不变的情况下,通过调整参数选择,能有效地对平面离散流场的物理特征进行有选择性地可视化表现,然后从物理和宏观的角度出发能准确快速地描述平面流场的整体拓扑结构,达到流场的拓扑简化与压缩描述的目的,为处理大规模平面流场提供了一种重要的新方法。

关键词：科学计算可视化流场可视化特征提取拓扑简化并行计算

复杂时变流场中不稳定结构的检出及可视化 ——极限环的抽取及向量场拓扑简化研究

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复杂时变流场中不稳定结构的检出及可视化 ——极限环的抽取及向...

作者：吴克勤中国海洋大学

学位级别：硕士

大气和海洋中的流场是典型的时变向量场，属于非线性动力系统。这类流场中发生的现象在多数情况下难以用解析形式描述和分析。因此，探索用科学计算可视化的手段，观察和研究这类复杂流场中的不稳定结构就具有重要和现实的意义。分岔(B... 详细信息

大气和海洋中的流场是典型的时变向量场，属于非线性动力系统。这类流场中发生的现象在多数情况下难以用解析形式描述和分析。因此，探索用科学计算可视化的手段，观察和研究这类复杂流场中的不稳定结构就具有重要和现实的意义。分岔(Bifurcations)是非线性动力系统研究的中心问题之一。通过分岔的研究可以揭示系统的失稳过程，为找出引起向量场失稳的动力机制开启大门。另外，某些分岔(例如Hopf分岔和倍周期分岔)本身就是导致混沌发生的重要途径。所以，我们选定了分岔可视化作为研究的一个切入点，以分岔检出为主轴进行复杂流场中的不稳定结构的抽取研究。从数据可视化的角度，分岔的检出与可视化是一个时变向量场拓扑特征的跟踪问题，处于当前可视化研究的前沿和焦点。为了实现向量场的拓扑跟踪首先必须进行向量场的拓扑分析，即找出向量场的拓扑特征并加以分类。由于极限环是一个重要的拓扑特征且常伴随分岔的产生而出现，因此，对极限环的检出就成为检测分岔、进而研究复杂流场中混沌现象和不稳定过程的不可缺少的条件。向量场的拓扑简化是近年来向量场可视化研究中的又一焦点问题。对于具有大量特征结构的复杂流场(如湍流场)，人们往往只需对其中的主要特征进行研究。这样，当从这类流场检出不稳定结构时，在跟踪流场的拓扑特征之前，运用拓扑简化的方法，滤除与次要特征相关联的拓扑结构同时又使流场的整体拓扑得以保持就是必要的。本文主要论及上述复杂流场不稳定结构检出中的两个基本问题：极限环的抽取和向量场的拓扑简化。针对2001年Wischgoll和Scheuermann首次提出的极限环检出算法的缺点，本文创新地提出了一个基于临界点聚类的检出算法，获得了比Wischgoll算法更好的结果。在向量场拓扑简化方面，本文则提出了一个基于网格合并的、与特征相关的隐式拓扑简化算法。在这一算法中，我们提出了网格粒度的概念。通过合并定义向量场次要特征的区域上的网格，达到了高数据压缩比、面向特征的拓扑简化结果。在论文的最后部分，以作者所在研究组对时变流场不稳定过程的初步研究成果——平面时变向量场Hopf分岔的精确定位与可视化——作为实例，验证了本文极限环检出算法的有效性。给出了结论和展望。

关键词：时变流场向量场拓扑极限环拓扑简化科学可视化分岔

分段线性Morse理论下的地表拓扑特征提取与简化

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激光与光电子学进展 2022年第8期59卷 308-314页

作者：吉雨田张春亢尹耀贵州大学矿业学院贵州贵阳550025

针对传统地表特征提取算法存在特征识别不完整,拓扑关系构建复杂,难以进行拓扑简化的问题,本文实现了基于分段线性Morse理论的特征提取,并提出一种新的特征重要性度量指标进行拓扑简化。首先识别关键点构成关键线,生成Morse-Smale复形... 详细信息

针对传统地表特征提取算法存在特征识别不完整,拓扑关系构建复杂,难以进行拓扑简化的问题,本文实现了基于分段线性Morse理论的特征提取,并提出一种新的特征重要性度量指标进行拓扑简化。首先识别关键点构成关键线,生成Morse-Smale复形完成地表拓扑特征构建;然后提出一种新的特征重要性度量指标,利用Morse-Smale复形的平均特征值反算关键点的特征值,使其对Morse-Smale复形的特征重要性进行双重评估;最后基于该度量指标实现了地表拓扑特征的简化与表达。实验结果表明,地表特征被清晰提取并构建了良好的拓扑结构,特征提取点云压缩率达36.29%,拓扑简化的点云压缩率达70.73%,大大缩减了点云数据量,并将冗余拓扑结构剔除,为后续地表点云的表达与应用奠定良好的数据基础。

关键词：遥感分段线性Morse理论地形特征提取拓扑简化重要性度量