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王成恩 著

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店铺： 科学出版社旗舰店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030322814

商品编码：1257038018

包装：平装

丛书名： 信息科学技术学术著作丛书

出版时间：2014-08-01

页数：232

字数：275000

正文语种：中文

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图书基本信息

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书名：面向科学计算的网格划分与可视化技术
ISBN：9787030322814
著者：王成恩
出版社：科学出版社
丛书名：信息科学技术学术著作丛书
POD版定价：98元
正文语言：中文
装帧：平装
开本：16
页数：232
字数：275000

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读者对象：

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面向计算机应用、机械设计、技术力学等专业研究生，以及从事科学计算和复杂装备研制的科研人员和工程师。

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内容简介

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《面向科学计算的网格划分与可视化技术》以航空航天等复杂装备研制中空气动力学、传热分析、结构力学和固体力学问题为背景，针对多学科偏微分方程模型的计算需求，介绍物理系统定义域的离散化技术和计算可视化技术。

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目录

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《面向科学计算的网格划分与可视化技术》
《信息科学技术学术著作丛书》序
序
前言
第1章工程中的科学计算技术
1.1引言
1.2PDE的数值计算
1.3多学科系统控制方程
1.3.1多学科系统
1.3.2典型系统控制方程
1.3.3PDE系统的数学性质
1.4网格划分技术
1.4.1网格划分要求
1.4.2网格分类
1.5连续PDE控制方程离散化
1.5.1有限差分法
1.5.2有限体积法
1.5.3有限元法
1.6高阶稀疏矩阵计算方法
1.6.1大型稀疏矩阵的存储
1.6.2高阶稀疏矩阵计算
1.7科学计算可视化技术
1.7.1科学计算可视化意义
1.7.2科学计算可视化技术内涵
1.8小结
第2章Delaunay三角形划分方法
2.1引言
2.2凸包算法
2.2.1包裹算法
2.2.2分治算法
2.2.3格雷厄姆算法
2.2.4插点增量算法
2.3Delaunay三角形网格划分
2.3.1基本概念
2.3.2约束Delaunay三角形网格划分
2.4Delaunay三角形划分算法
2.4.1Lawson算法
2.4.2Bowyer-Watson算法
2.4.3基于Voronoi图的方法
2.5约束Delaunay三角形划分算法
2.5.1基于边交换的CDT算法
2.5.2Chew算法
2.5.3平面扫描算法
2.5.4 CDT改善算法
2.6小结
第3章三角形划分及优化算法
3.1四边形分解法
3.1.1四边形对角线分解法
3.1.2四边形三分法
3.2推进波前法
3.3基于栅格法的三角形划分方法
3.4高阶三角形单元
3.5网格划分控制方法
3.5.1网格划分尺寸控制
3.5.2多区域网格协调控制
3.6网格优化控制
3.6.1网格质量指标
3.6.2网格光顺算法
3.6.3网格拓扑优化
3.7网格划分的数据结构
3.8小结
第4章四边形网格划分方法
4.1间接方法
4.2映射法
4.2.1基于形函数的映射法
4.2.2超限插值映射法
4.3四叉树法
4.4铺砌法
4.4.1铺砌法概述
4.4.2新单元的生成
4.4.3缝合处理
4.4.4相交处理
4.4.5闭合处理
4.5四边形网格优化技术
4.6小结
第5章标量场可视化技术
5.1概述
5.2数据预处理技术
5.2.1反距离加权插值法
5.2.2克里金插值法
5.3等值线绘制方法
5.3.1基本原理
5.3.2网格序列法
5.3.3等值线序列法
5.3.4投影不相交原理
5.4彩色云图绘制方法
5.4.1颜色映射表与等值线云图
5.4.2像素填充算法
5.5等值面绘制方法
5.5.1步进立方体算法
5.5.2步进四面体算法
5.5.3其他等值面算法
5.6小结
第6章矢量场可视化技术
6.1概述
6.2基于几何图标的矢量场可视化技术
6.2.1点图标
6.2.2线图标
6.2.3面图标
6.3基于纹理的矢量场可视化技术
6.3.1点噪声方法
6.3.2线积分卷积算法
6.3.3基于LIC算法的彩色纹理法
6.3.4其他LIC改进算法
6.4特征可视化
6.4.1基于拓扑分析的特征提取法
6.4.2其他特征可视化方法
6.5小结
第7章张量场可视化技术
7.1张量场
7.1.1张量场的数学概念
7.1.2张量场的物理概念
7.2椭球法
7.3探针法
7.4超流线法
7.5小结
第8章计算可视化系统开发
8.1一维标量图
8.1.1散点图
8.1.2点线图
8.1.3柱状图
8.2曲线和曲面拟合技术
8.2.1基本概念
8.2.2曲线拟合技术
8.2.3曲面拟合技术
8.3科学计算可视化系统开发
8.3.1科学计算可视化系统设计
8.3.2主要系统功能
8.4国外同类系统软件简介
8.5小结
参考文献
彩图

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[按需印刷] 面向科学计算的网格划分与可视化技术 图书简介 本书深入探讨了在现代科学计算领域中，网格划分（Meshing）与数据可视化（Visualization）这两大核心技术所面临的挑战、前沿进展以及实际应用。全书内容紧密围绕高性能计算（HPC）环境下的复杂问题求解展开，旨在为研究人员、工程师和高级学生提供一套系统、全面且具有实践指导意义的知识体系。 本书的结构设计遵循从基础理论到高级应用、从离散化方法到交互式渲染的全过程。我们首先界定了科学计算的背景和对网格划分的根本需求，然后详细剖析了各类网格的构建技术，最后重点阐述了如何有效地将计算结果转化为可理解的视觉信息。 第一部分：科学计算基础与网格划分理论 本部分奠定了全书的理论基础，聚焦于如何将连续的物理问题转化为计算机可处理的离散模型。 第一章：科学计算的挑战与离散化需求 本章首先回顾了偏微分方程（PDEs）在流体力学、固体力学、电磁学等领域的应用，并指出了求解这些方程时，传统解析方法的局限性。随后，引入了数值方法（如有限元法 FEN、有限体积法 FVM、有限差分法 FDM）的核心思想。关键在于强调：网格的质量和拓扑结构直接决定了数值解的精度和收敛速度。 讨论了求解域的几何复杂性带来的挑战，特别是对于涉及多尺度、非均匀材料特性或复杂边界条件的问题，如何构建满足工程要求的计算域划分方案。 第二章：结构化网格的构建与局限性 本章详细介绍了结构化网格（Structured Grids），包括笛卡尔坐标系下的均匀网格、自适应网格加密（AMR）的原理。重点分析了如何通过映射函数（如超越映射、代数生成方法）来处理规则边界。 然而，本章也深入探讨了结构化网格在处理高度不规则边界或需要局部高分辨率的区域时的固有缺陷，如网格失真（Skewness）和难以在不规则区域有效填充的问题。为后续引入非结构化网格做了铺垫。 第三章：非结构化网格生成技术 非结构化网格因其极高的灵活性，成为处理复杂几何体的首选。本章是网格划分技术的核心。 基于分割的生成方法： 详细介绍了体素化（Voxelization）技术，以及如何将三维空间分解为四面体（Tetrahedra）或六面体（Hexahedra）。重点阐述了Delaunay三角剖分及其在三维空间中的推广——四面体化（Tetrahedralization）的算法流程，包括空球条件、增量插入算法和空洞填充策略。 基于边界驱动的方法： 讨论了如何首先在几何边界上生成高质量的表面网格（如使用Advancing Front 或 Advancing Front/Layering 方法），然后利用这些表面网格引导内部体积的划分。 高质量网格的度量与优化： 引入了衡量网格质量的关键指标，例如长宽比（Aspect Ratio）、形状因子（Shape Factor，如体积与边长的函数关系）和畸变度（Skewness）。阐述了使用网格重构技术（如光滑化、边翻转）来优化局部网格质量的迭代算法。 第四章：适应性网格与动态重划分 针对科学计算中，物理现象（如激波、裂纹尖端）具有时变性和局部性的特点，本章探讨了自适应网格技术。 误差估计与标记策略： 区分了基于解的误差估计（如梯度、残差分析）和基于几何特征的标记方法。讨论了如何利用后验误差估计结果，确定需要加密或粗化的网格单元。 动态网格技术（Deforming Mesh）： 描述了在保持网格拓扑不变的情况下，通过移动节点来适应边界或物理场变化的数值技巧。 网格的合并与分裂操作： 详细分析了在四面体或六面体网格中实现局部网格细化（Refinement）和粗化（Coarsening）的操作规则，确保网格在不同分辨率区域的平滑过渡，避免产生“马赛克效应”。 第二部分：科学可视化技术与数据渲染 本部分关注如何将海量的数值计算结果转化为直观、可分析的图形信息，这是理解复杂计算结果的关键步骤。 第五章：可视化基础与数据结构 本章首先界定了科学可视化（Scientific Visualization）与信息可视化的区别，并概述了可视化流程：数据输入、数据处理、渲染映射和用户交互。 讨论了科学数据存储的常见格式（如 VTK、UCD 格式）以及如何将计算网格数据（节点坐标、单元连接性、物理量场数据）高效地组织起来，以便进行快速访问和处理。 第六章：降维可视化技术 对于高维或复杂的三维计算结果，通常需要通过降维方法进行初步分析。 切片与等值面提取： 详细介绍了如何生成二维切片（Slice Planes）来观察内部场的分布。重点阐述了Marching Cubes 算法及其变种，用于提取特定数值阈值下的等值面（Isosurfaces），包括如何优化算法以提高等值面的平滑度和连通性。 体积渲染基础： 引入了直接体积渲染（Direct Volume Rendering, DVR）的概念，概述了光线投射（Ray Casting）的基本流程，以及如何利用传输函数（Transfer Functions）来映射数据值到颜色和不透明度，从而揭示数据内部结构。 第七章：矢量场与张量场的可视化 科学计算中大量的流体动力学和应力分析结果以矢量或张量形式存在，需要专门的技术来展示其方向性、幅度和内在结构。 矢量可视化： 深入分析了流线（Streamlines）、迹线（Pathlines）和时间线（Timeline）的计算方法。讨论了如何使用小箭头图（Hedgehog Plots）或密布的向量场来展示速度或力的方向。特别关注了在非结构化网格上准确积分流线的方法。 张量可视化： 重点介绍如何可视化二阶对称张量（如应力张量、惯性张量）。阐述了使用椭球体（Ellipsoids）或纤维束（Fiber Bundles）来代表张量的特征值和特征向量，以及这些可视化技术在材料损伤分析中的应用。 第八章：交互式可视化与性能优化 现代科学计算对可视化提出了实时交互的要求。本章聚焦于如何利用现代图形硬件（GPU）加速可视化过程。 GPU加速技术： 介绍了基于 OpenGL/DirectX 或更现代的 Vulkan/Compute Shaders 来实现网格遍历、等值面生成和渲染加速的技术。讨论了如何将部分网格处理任务卸载到 GPU 上执行，以应对大规模数据集（GB 级甚至 TB 级）的挑战。 视点相关的处理： 探讨了在交互过程中，如何根据用户的观察角度动态调整数据采样密度（如视锥裁剪、细节层次 LOD），以优化渲染帧率，实现流畅的3D导航和模型探索。 总结与展望 本书最后总结了高质量网格划分与高效数据可视化的协同工作流程，强调了两者在求解精度和工程可解释性方面互为支撑的关系。展望部分探讨了当前研究的前沿方向，包括机器学习在网格生成中的应用（例如，使用神经网络预测最优网格密度分布），以及实时、大规模、多物理场数据的融合可视化技术。 本书适合作为高等院校计算力学、计算物理、工程仿真等专业的高级教材或参考书，为致力于开发高性能数值模拟软件和进行复杂工程分析的研究人员提供扎实的理论指导和实用的技术参考。

评分☆☆☆☆☆

当我拿到这本书的那一刻，我便被它散发出的学术气息所吸引。封面简洁而又不失专业性，书名直接点出了核心技术，让读者一眼就能明白这本书所要探讨的主题。我曾经在进行科学计算项目时，遇到过在网格划分和数据可视化方面的一些瓶颈，因此这本书对我来说，极具吸引力。我希望这本书能够提供一些理论指导和实践案例，帮助我解决在实际工作中遇到的难题，提升计算效率和结果的可信度。

评分☆☆☆☆☆

初步翻阅时，书的整体版式设计给我留下了深刻的印象。字体大小适中，行距也设置得恰到好处，阅读起来非常舒适。书中穿插的图表和公式都清晰明了，没有出现模糊不清的情况，这对于理解复杂的科学计算概念至关重要。我特别注意到，一些关键的算法步骤或者概念讲解，都配有精心绘制的示意图，这大大降低了阅读难度，也让抽象的理论变得更加直观易懂。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计给我一种沉稳且专业的印象，蓝色的主色调搭配银色的字体，显得非常大气。封面的排版也很讲究，书名清晰地位于正中央，下方还有作者和出版社的信息。当我拿到这本书时，能明显感受到它的分量，纸张的厚实度和印刷的清晰度都非常不错，这对于一本技术类书籍来说，无疑是加分项。我尤其喜欢那种略带哑光的纸张，阅读起来眼睛不容易疲劳。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的第一感觉就是“厚重感”，这不仅仅体现在它的物理重量上，更体现在其内容的深度和广度上。从封面上“面向科学计算的网格划分与可视化技术”这样一个精确的定位，我就知道这并非一本泛泛而谈的书籍。我期待它能够深入剖析网格划分在不同科学计算领域（例如流体力学、有限元分析等）的应用，以及可视化技术如何在这些领域中扮演至关重要的角色，帮助研究人员理解和分析复杂的模拟结果。

评分☆☆☆☆☆

书的装帧质量也让我感到惊喜，采用了精装设计，封面硬壳包裹，整体结构坚固，应该能经受住长时间的翻阅。书脊的缝线也很工整，书页翻开后不易脱胶。我通常会把技术书籍放在书架上，一本装帧精美的书放在那里，本身就是一种视觉上的享受。而且，这种精装设计也让我觉得作者和出版社在出版这本书时，是经过深思熟虑，并且投入了相当的成本来保证其品质的。