具体实施方式

流场，是指在一个流场里，速度、压强等都会发生变化。在飞行的情况下，是由飞行器的运动造成的；在风洞实验里，则是因为在均匀直线气流里放进了模型，模型对气流产生扰动所造成的。是用欧拉法描述的流体质点运动，其流速、压强等函数定义在时间和空间点坐标场上的流速场、压强场等的统称，是某一时刻气流运动的空间分布。信息融合显示是一种能够同时呈现不同来源、不同类型信息的可视化技术。同类型信息的融合显示有助于开展信息间的对比分析，寻找出一致性高的可靠信息，为决策者提供更可信的数据输入。而不同类型信息的融合显示则有助于提高信息密度，更清晰地呈现各类信息间的关联联系。

实施例一

请参阅图1，为本发明低强度和高强度流动结构融合显示方法流程图。如图1所示，在本发明第一实施例提供的低强度和高强度流动结构融合显示方法中，至少包括步骤：

S1、修改数值水气比拟中的光照强度计算公式为其中β为可调参数， 为密度梯度，为全场密度梯度的最大值，σ(s)为光照强度，k(k>0)为调节参数；

人眼通过亮度来感知外界目标时主要受两方面因素的影响。第一个主要影响因素是目标跟背景之间的亮度差。在绘制流场时，只有当流动结构与背景流场的亮度存在一定的差异时，流动结构才能够被人眼所识别。第二个主要影响因素是背景亮度。人眼对亮度的分辨能力与亮度成反比。在低亮度区域，对亮度的差异变得极其难以分辨。为此，我们从人眼视觉感知原理出发，对数值水气比拟方法所采用的光照模型进行了改进，以满足低强度和高强度流动结构融合显示的需要。与原公式(1)相比，变量s的指数变为调节参数k(k>0)。公式(1)和(2)具有相似的数学性质。

S2、设定参数β和k，使得绘制的低强度流动结构和高强度流动结构满足亮度差和背景亮度两方面的要求。

一般情况下，关注的低强度流动结构一般指流场中的声波、弱压缩波、数值伪波等，而高强度流动结构一般指流场中的激波、大尺度旋涡等。若以密度梯度表征流动结构在空间波动的剧烈程度，高强度与低强度流动结构的差别可达4个量级以上。

假设典型低强度流动结构对应的无量纲密度梯度为s₁。s₁的数量级一般在10^-4以下。低强度流动结构分布在流场的各个角落。当低强度流动结构和高强度流动结构聚集在一起时，由于能量差异太大，低强度结构往往难以辨识。而有望得以辨识的低强度结构一般分布在远离高强度流动结构的均匀区。由于均匀区的无量纲密度梯度接近为0，对应的亮度高，能够满足人眼对背景亮度的要求。而在亮度差方面，为了使低强度结构能够在流场均匀区中凸显出来，要求这些细微结构与均匀区的光照强度差至少为σ₁，即：

假设典型高强度流动结构对应的无量纲密度梯度为s₂。s₂的数量级一般在0.1左右。高强度流动结构具有密度梯度平均值偏大且变化幅度也较大的特点。由于高强度结构的密度梯度差异大，对应的亮度差异往往较大，能够满足人眼对亮度差异的要求。而在背景亮度方面，由于s₂较大，高强度流动结构所在区域的背景亮度一般较低，有可能影响人眼对目标的辨识。

为此，对于高强度流动结构，要求其背景亮度至少为σ₂，即：

结合式(3)和式(4)，得到：

其中，β和k的计算公式中包含四个变量，其中σ₁和σ₂为常数，本专利建议σ₁取值为0.05，σ₂取值为0.3。因此，参数β和k仅与s₁和s₂有关，其中可以根据研究所关注的流动结构的强度进行适当调节。

本发明通过以上实施例的设计，其有益效果是：在数值水气比拟可视化方法的基础上，通过发展一种能够适应不同强度流场结构显示的光照模型，有效解决高强度流动结构和低强度流动结构难以融合显示的问题，为揭示流动结构之间的内在联系提供一种新的可视化工具。

实施例二

以激波旋涡相互作用和双马赫反射两种流动为例，通过对比分析数值水气比拟方法和本发明低强度和高强度流动结构融合显示方法的显示效果。

激波与旋涡之间的相互作用是一种常见的超声速流动现象。下面以激波旋涡相互作用某时刻为例，分别采用数值水气比拟方法和本专利融合显示方法进行流场绘制。

图2为当β＝10²数值水气比拟方法绘制的效果图；图3为当β＝10⁴数值水气比拟方法绘制的效果图；图4为当β＝10⁶数值水气比拟方法绘制的效果图；图5为当β＝10⁸数值水气比拟方法绘制的效果图。如图2-图5所示，当β＝10²时，能清楚地呈现在旋涡内部激波与旋涡的作用过程，但是在旋涡外部的弱压缩波则并不明显。若进一步调大参数β，则旋涡外部的弱压缩波变得较为清晰，但是旋涡内部区域则严重变暗，其内部结构变得难以分辨。

图6为基于本发明低强度和高强度流动结构融合显示方法的激波旋涡相互作用显示效果图。如图6所示，采用本发明低强度和高强度流动结构融合显示方法，设置参数为s₁＝10^-5，s₂＝10^-1，获得如图6所示的效果图。从图6中可以看到，采用本发明低强度和高强度流动结构融合显示方法，克服了原始方法的不足，既能清晰显示强旋涡内部的主要流动结构，有能较好地呈现旋涡外部的弱压缩波。

本发明通过以上实施例的设计，其有益效果是：在数值水气比拟可视化方法的基础上，通过发展一种能够适应不同强度流场结构显示的光照模型，有效解决高强度流动结构和低强度流动结构难以融合显示的问题，为揭示流动结构之间的内在联系提供一种新的可视化工具。

实施例三

双马赫反射现象是斜激波入射物面产生的一种特殊流动现象。双马赫反射流动中含有激波、滑移线、旋涡、声波等不同类型、不同强度流动结构。下面分别采用数值水气比拟方法和本专利融合显示方法对该流场进行绘制。

图7为β＝10²时数值水气比拟方法显示的双马赫反射显示效果图；图8为β＝10⁴时数值水气比拟方法显示的双马赫反射显示效果图；图9为β＝10⁶时数值水气比拟方法显示的双马赫反射显示效果图；图10为β＝10⁸时数值水气比拟方法显示的双马赫反射显示效果图。如图7-图10所示，当β＝10²时，能清晰的观察到激波、大尺度旋涡和滑移线等主要流动结构。随着β的增大，均匀区的声波变得越来越清晰，但是大尺度旋涡变得越来越模糊，甚至难以分辨。总的来说，对于数值水气比拟方法，β值较小时会导致声波等强度较低的细微流动结构消失，β值较大时会导致大尺度旋涡等主要流动结构难以分辨。

图11为基于本发明低强度和高强度流动结构融合显示方法的双马赫反射显示效果图。如图11所示，可以看到本发明低强度和高强度流动结构融合显示方法克服了数值水气比拟方法的缺陷，在清晰捕捉均匀区声波等细微结构的同时，还能够同时保证主要流动结构具有较好的分辨率。

本发明通过以上实施例的设计，其有益效果是：在数值水气比拟可视化方法的基础上，通过发展一种能够适应不同强度流场结构显示的光照模型，有效解决高强度流动结构和低强度流动结构难以融合显示的问题，为揭示流动结构之间的内在联系提供一种新的可视化工具。

本发明是根据特定实施例进行描述的，但本领域的技术人员应明白在不脱离本发明范围时，可进行各种变化和等同替换。此外，为适应本发明技术的特定场合，可对本发明进行诸多修改而不脱离其保护范围。因此，本发明并不限于在此公开的特定实施例，而包括所有落入到权利要求保护范围的实施例。