极地海冰数值计算结果可视化研究
摘要
极地海冰数值仿真技术已成为目前极地研究的重要技术，但受到软件和技术等多方
面因素的限制，破冰后处理方面仍然存在数据量大、表面重建困难等问题。通过对破冰
过程的可视化，有利于研究船冰之间的作用机理，洞察海冰的运动情况。因此本文重点
针对极地海冰数值计算结果进行了可视化技术研究，主要开展了以下研究工作：
（1）针对海冰粒子散乱且无序难以满足表面重建的问题，对大规模海冰仿真数据
的划分进行研究。从海冰粒子出发，深入研究海冰粒子之间存在的关系，通过评估粒子
之间的连接关系和几何关系，提出了两种海冰粒子划分方法，并对两种方法进行对比和
分析。经过实验结果表明基于粒子之间的连接关系划分较几何关系划分更加准确，但同
时时间复杂度也更高。
（2）针对大规模海冰数据表面重建方法开展了研究。在经典面绘制方法的基础上，
通过Delaunay三角剖分建立多边形数据类型的三维海冰显式表面重建模型，通过移动
立方体算法建立多边形数据类型的三维海冰隐式表面重建模型，将两种面绘制方法引用
到三维海冰数据可视化中。通过对比分析表明，Delaunay三角剖分重建适用于规则分布
的海冰粒子，MarchingCubes方法重建更适用于不规则的海冰粒子。
（3）基于VTK开源平台搭建可视化框架，开展主要功能设计，实现了海冰数据划
分、海冰数据表面重建、速度云图和压力云图的绘制以及三维海冰模型的包围盒获取等
算法，最终实现了大规模海冰数值仿真数据的可视化。通过与某商业软件后处理以及模
型实验对比验证了本文算法可行性。
关键词：极地海冰可视化；粒子划分；表面重建；VTK
极地海冰数值计算结果可视化研究
Abstract
Numericalsimulationofpolarseaicehasbecomeanimportanttechnologyincurrentpolar
research,buttherearestillproblemsinpost-icebreakingprocessingsuchaslargeamountof
dataanddifficultiesinsurfacereconstructionduetothelimitationsofvariousfactorssuchas
softwareandtechnology.Throughthevisualizationoftheice-breakingprocess,itisbeneficial
tostudythemechanismofinteractionbetweenshipiceandgaininsightintothemovementof
seaice.Therefore,thisthesisfocusesonthevisualizationtechnologyforthenumerical
calculationresultsofpolarseaice,andmainlycarriesoutthefollowingresearchworkas
follows.
(1)Toaddresstheproblemofscatteredanddisorderedseaiceparticlesthataredifficult
tomeetthesurfacereconstruction,thedivisionoflarge-scaleseaicesimulationdataisstudied.
Fromtheseaiceparticles,therelationshipbetweenseaiceparticlesisstudiedindepth,andtwo
methodsofseaiceparticledelineationarepropos