基于diffusion+curve的矢量场数据压缩技术研究.pdf

杭州电子科技大学硕士学位论文






基于 Diffusion Curve 的矢量场数据压缩技术
研究





研 究 生： 周 洋 全
指导教师： 吴 向 阳 副 教 授




2015 年 03 月
Dissertation Submitted to Hangzhou Dianzi University
for the Degree of Master





Research on Compression of Vector Field Data
Based on Diffusion Curve




Candidate: Zhou Yangquan
Supervisor: Associate Prof. Wu Xiangyang



March, 2015
摘 要
矢量场数据压缩技术是研究矢量场数据可视化的重要支撑技术，矢量场数据是带有方向
的数据，它显示了某个粒子在某一时刻的运动情况，在很多领域中都发挥了重要的作用。
在过去的三十年中，随着科学数据采集仪器功能和计算机计算性能的快速发展，采集到的
矢量场数据规模不断扩大，如气象站对大气流，洋流等的检测，科学实验中各种实验的数
据模拟等，累积了大量的矢量场数据，其中隐藏了海量的信息，可以帮助人类更好地利用
自然资源，对抗自然灾害。数据压缩是研究这些大规模数据的关键手段，通过删除数据冗
余能够将 TB 级别的数据转换为 GB、MB 级别，有效利用 GPU 并行计算的能力快速处理海
量数据。然而，在矢量场数据领域的压缩技术研究并不多，传统压缩方法无法确保高精度
的压缩，矢量场数据压缩技术的研究显得非常重要。
本文以数据压缩理论作为切入点，结合矢量场数据的特征展开工作，提出了新的数据压
缩技术，具体工作内容如下：
1、本文首先通过矢量场可视化技术对矢量场数据进行研究，掌握矢量场数据的特点，
对传统的矢量场数据压缩技术的研究内容与压缩效果进行分析与总结。
2、介绍了 diffusion curve 的方法，分析其用于矢量场数据压缩的可行性，综合提出了基
于 diffusion curve 的矢量场数据压缩技术，该方法首先通过提取矢量场数据中的临界点和轮
廓线，利用这些边界条件进行泊松方程求解，实现矢量场的初步压缩；然后通过比较压缩
前后的矢量场对应位置上的矢量信息，计算矢量误差值，提取差异较大的数据点，并对这
些点进行流线跟踪，以获得的流线作为临界条件求解泊松方程实现二次压缩。通过两次提
取特征数据点，实现矢量场较大程度上的压缩。
3、针对前面方法压缩之后残留的稀疏区域的压缩误差，本文结合完美哈希对这些误差
区域进行区分，计算误差值，保存稀疏误差点，解压时根据这些数据点查询对应位置的矢
量信息实现还原，实现矢量场数据近似无损的压缩。相较于传统的矢量场数据压缩方法，
其在压缩效果上具有明显的优势。

关键词：矢量场数据压缩；近似无损压缩；矢量扩散；拓扑结构；完美哈希
I
ABSTRACT

Vector field data compression technology is an important supporting technology to study th