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系统仿真学报 2022年第5期34卷 1160-1172页

作者：许世健赵丹苏铖宇王赋攀张晓蓉王昉吴亚东西南科技大学计算机科学与技术学院四川绵阳621010 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所四川绵阳621000 四川轻化工大学计算机科学与工程学院四川自贡643002

针对基于二维显示交互环境的流场可视化应用由于深度信息不足导致交互效率较低的问题,引入虚拟现实技术,提出具备多样化交互方式的沉浸式流场可视化系统。该系统基于凝视与手势交互技术,设计并实现了基于用户手势的导航方法与三维交互控... 详细信息

针对基于二维显示交互环境的流场可视化应用由于深度信息不足导致交互效率较低的问题,引入虚拟现实技术,提出具备多样化交互方式的沉浸式流场可视化系统。该系统基于凝视与手势交互技术,设计并实现了基于用户手势的导航方法与三维交互控件,基于用户凝视与手势的沉浸式交互面板,以及基于可视化场景的沉浸式交互管理方法与基于可视化算法树的可视化网络管理方法,对用户交互进行了系统化管理,能够在沉浸式环境提供对典型流场可视化操作的全流程支持。用户实验结果表明:该系统能够在典型流场可视化场景下为用户提供高效、自然的交互。

关键词：沉浸式分析流场可视化虚拟现实手势交互凝视交互

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沉浸式环境下的流场可视化协同交互系统设计与实现

沉浸式环境下的流场可视化协同交互系统设计与实现

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作者：郑志文西南科技大学

学位级别：硕士

流场数据中往往包含了速度、涡量、压力和温度等多方面的流场信息,它们之间的关系是理解流体流动问题的关键,并且不同空间区域的流场特征、规律存在差异,致使单个用户进行流场数据分析的质量和效率不容乐观,需要团队共同提供新的思路和... 详细信息

流场数据中往往包含了速度、涡量、压力和温度等多方面的流场信息,它们之间的关系是理解流体流动问题的关键,并且不同空间区域的流场特征、规律存在差异,致使单个用户进行流场数据分析的质量和效率不容乐观,需要团队共同提供新的思路和解决方案,以提高流场分析的效率和结果的正确性。现有工业级流场可视化软件(Ensight,Paraview等)虽然具备一定的团队协同能力,但是其支持的协同模式单一,不能满足现阶段流场可视化协同分析的需求。基于CAVE环境的沉浸式虚拟现实流场可视化协同分析系统,不仅搭建耗费的时间和成本高,而且存在远程专家派遣到本地进行协同的问题。因此本文针对现有流场协同分析应用协同模式单一、协同环境搭建成本高等问题,提出了面向流场可视化的沉浸式虚拟现实协作框架,实现了沉浸式环境下的流场可视化协同交互系统。主要工作如下:(1)通过与流场领域专家多次交流讨论,对流场可视化团队协同分析的实际需求进行深入分析,提出了沉浸式环境下的流场可视化协同交互系统的实现目标和关键问题。另外从流场可视化领域出发,明确了系统的功能需求和非功能需求,阐述了系统涉及的相关技术。(2)根据需求分析,设计了系统架构,由协同分析应用层、功能模块层和物理设备层组成。接着提出了面向流场可视化的沉浸式虚拟现实协作框架,阐述了框架中房间管理模块、身份管理模块、协同管线树模块、演示协同分析模块、自由协同分析模块、协同消息模块、多通道人机交互模块和沉浸式虚拟现实显示模块的设计目的和方法。(3)基于面向流场可视化的沉浸式虚拟现实协作框架、Leap Motion手势采集设备和HTC Vive头戴式显示设备实现了沉浸式环境下的流场可视化协同交互系统的基本功能。阐明了系统的网络拓扑结构和通信协议,系统由客户端和服务器组成,并详细说明了每个功能模块的具体实现。最后通过对系统进行功能测试和实时性测试,验证了系统的功能模块实现情况和交互实时性。(4)通过具体的协同分析案例,阐述了系统中多用户进行协同交互的协同流程,根据特权用户和普通用户在沉浸式虚拟现实环境下的观察视角,完整地呈现了多个用户在沉浸式虚拟现实环境下进行演示协同分析和自由协同分析的全过程,验证了本文系统的可行性和实用性。

关键词：沉浸式分析流场可视化虚拟现实协同分析

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面向流场可视化的沉浸式虚拟现实协作框架

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计算机辅助设计与图形学学报 2021年第12期33卷 1811-1820页

作者：郑志文杨超韩永国杨洋吴亚东王昉张晓蓉西南科技大学计算机科学与技术学院绵阳621010 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所绵阳621000 空气动力学国家重点实验室绵阳621000 四川省计算机研究院成都610041 四川轻化工大学计算机科学与工程学院自贡643002

针对现有流场协作分析应用协作模式单一、协作环境搭建成本高等问题,根据流场协作分析的需求,提出面向流场可视化的沉浸式虚拟现实协作框架.首先定义支持流场协作同步的协作消息;然后提出支持流场可视化结果共享的协作管线树;最后设计... 详细信息

针对现有流场协作分析应用协作模式单一、协作环境搭建成本高等问题,根据流场协作分析的需求,提出面向流场可视化的沉浸式虚拟现实协作框架.首先定义支持流场协作同步的协作消息;然后提出支持流场可视化结果共享的协作管线树;最后设计并实现了沉浸式虚拟现实流场可视化协作分析的演示协作分析模式和自由协作分析模式,用户可以根据实际任务选择合适的协作分析模式,以支持团队进行流场协作分析.通过构建原型系统并对流场数据分别进行演示协作分析和自由协作分析,从不同用户的观察视角出发,展示了2种协作分析模式的协作过程.

关键词：沉浸式分析虚拟现实流场可视化协作分析

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基于AR的3D节点链接图的链接权值可视化及图布局研究

基于AR的3D节点链接图的链接权值可视化及图布局研究

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作者：徐钦韬吉林大学

学位级别：硕士

随着虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术的发展,沉浸式数据分析已成为一个快速发展的研究课题。3D节点链接图是在这种沉浸式环境中呈现信息的基本可视化图形之一。然而,却很少有关于在沉浸式环境中研究3D节点链接图的权值编码方式和布... 详细信息

随着虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术的发展,沉浸式数据分析已成为一个快速发展的研究课题。3D节点链接图是在这种沉浸式环境中呈现信息的基本可视化图形之一。然而,却很少有关于在沉浸式环境中研究3D节点链接图的权值编码方式和布局方式。针对加权图中的权值编码,一种直观的方法是在对应的链接旁边显示对应的权值数字标签,但这种方法由于加入了很多额外的信息标签,因此可能会导致较严重的视觉混乱。因此,本文探索了不同的视觉变量并基于五种视觉变量（饱和度、透明度、宽度、线段和动画）设计了五种链接视觉编码变体,然后进一步设计并进行了一项参数受控实验来评估六种变体（包括数字标签方式）的有效性。实验中参与者需要完成基于静态权值和动态权值场景设计的三个分析任务。结果表明,数字标签方式在静态权值比较任务中具有更高的准确度,但反应时间更长,而宽度变体和线段变体在识别动态权重方面表现良好。该研究为沉浸式分析中3D节点链接图链接权重可视化设计提供了的参考方案。在3D节点链接图布局方面,本文为了解决密集图中视觉混乱和遮挡严重的问题,提出并设计了一种新的基于交互的布局技术。针对视觉混乱问题,本技术将一种基于投影的2D图布局方法迁移到了 3D环境中;针对遮挡严重的问题,本技术通过移动观察点与焦点区域之间的遮挡节点来保证焦点区域不会被遮挡。技术使用了贝塞尔曲线来进行链接的绘制,通过调整每条贝塞尔曲线控制点的位置,从而进行3D节点链接图的整体布局调整。此外,还设计并进行了一组比较实验,其结果验证了该技术的有效性。该研究为密集图布局提供了一种新的可用技术。

关键词：增强现实沉浸式分析节点链接图信息可视化

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沉浸式流场可视化交互技术研究

沉浸式流场可视化交互技术研究

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作者：许世健西南科技大学

学位级别：硕士

流场可视化是一种将流场数值模拟产生的数据转化为计算机图像,辅助用户研究流体运动规律的重要工具。目前多数流场可视化系统受到二维显示交互环境的限制,在分析三维流场数据时难以为用户提供有效的深度信息,极大影响了用户的数据分析... 详细信息

流场可视化是一种将流场数值模拟产生的数据转化为计算机图像,辅助用户研究流体运动规律的重要工具。目前多数流场可视化系统受到二维显示交互环境的限制,在分析三维流场数据时难以为用户提供有效的深度信息,极大影响了用户的数据分析体验及人机交互效率。沉浸式是一种在三维空间中显示图形图像,并允许用户通过自然交互方法与之交互的技术。沉浸式技术因其三维显示及交互的特点被更多的应用到了流场可视化领域。但目前沉浸式流场可视化的研究工作处于初级阶段,多数工作局限于沉浸式显示或采用手柄进行简单交互,难以满足领域专家的常规工作分析需求。本文针对沉浸式流场可视化在沉浸式显示及自然交互等方面的设计及技术问题开展研究,具体研究内容如下:（1）提出一种基于沉浸式增强现实的流场可视化方法,通过在现实空间叠加流线向用户展示流场数据变化特征。为解决因增强现实设备计算能力匮乏导致的流线计算困难问题,该方法采用客户/服务器架构,以服务器进行流线计算,以头戴增强现实设备进行流线定位、结果绘制及用户交互,该方法能在现实空间的正确位置为用户叠加展示具有深度信息的流场可视化结果,为用户日常分析与决策提供参考。（2）在充分调查用户交互需求的基础上,提出基于凝视（Gaze）、手势（Gesture）的沉浸式三维流场可视化自然交互模型（GG模型）。该模型定义了适用于沉浸式流场可视化的凝视、手势交互操作,在此基础上设计了基于用户手势的导航方法及交互控件,以及基于用户凝视与手势的参数配置面板,分别满足用户导航、空间交互及参数配置需求。最后,在GG模型的基础上,基于用户凝视设计了适用于沉浸式增强现实环境流线法的新交互方法:基于用户凝视与手势的种子点放置方法及基于用户凝视的流线布置方法。后续实验证明,该模型能够为沉浸式环境下的多数流场可视化场景提供自然高效的交互。（3）基于Leap Motion及HTC Vive Pro实现了支持流场可视化全分析流程的沉浸式虚拟现实流场可视化系统。该系统设计并实现了基于可视化场景的用户交互流管理方法与基于可视化算法树的算法网络管理方法,为沉浸式环境下的流场可视化工作提供全流程支持;随后,基于VTK、Steam VR、Leap Motion SDK实现了GG模型;并针对后续评估反映出的持续型手势抖动问题,提出了手势持续状态保护去抖法,减少持续型手势的意外中断,改善用户交互体验,提升用户交互效率。沉浸式虚拟现实流场可视化系统的实现验证了GG模型的可行性,为后续的模型评估奠定基础。（4）为验证上述交互方法的有效性,并为后续的研究提供有价值的参考,基于沉浸式虚拟现实流场可视化系统进行了多种交互方法的评估对比实验。对于GG模型,根据领域专家的建议设计了模拟常规流场可视化流程的交互任务,将GG模型与传统二维交互、手柄交互进行对比,采集了交互时间、交互难度、学习难度、疲劳度及用户偏好数据;对于基于用户凝视与手势的种子点放置方法,设计了针对种子点放置的交互任务,将其与传统二维交互及基于手势控件的交互进行对比,并采集了交互时间、交互准确度、交互难度及疲劳度数据;对于基于用户凝视的流线布置方法,以量表形式收集了用户的评价与建议。实验结果表明,本文提出的交互方法能够为用户提供高效、自然的交互,能够有效改善用户的分析体验。

关键词：沉浸式分析流场可视化人机交互虚拟现实增强现实

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