1．目的及意义

1.1 研究目的及意义

电磁波传播特性较为复杂，其在不同媒质中的传播特性不同，同时在传播路径上遇到边界会出现反射、折射、散射绕射和吸收等现象，使电磁波的特性参数如幅度、相位、极化、传播方向等发生变化。研究电磁波传播特性是现代无线通信系统设计中的关键问题，也是对无线网络提供合理规划、部署和优化的基础。

然而，理解电磁波的传播特性较为困难，在计算机的协助下，数据可视化可以动态呈现电磁波的传播特性，有利于对其的理解。随着计算机科学技术的不断发展，机器运算能力与效率的不断提升，对数据信息的处理不再局限于分析与运算，科学领域形成了一个新的方向，数据可视化。可视化技术将数据信息和知识转化为一种视觉形式，充分利用人们对可视模式快速识别的自然能力。数据可视化是科学之中的一个跨学科研究与应用领域，主要关注三维现象的可视化。可视化将人脑和现代计算机这两个最强大的信息处理系统联系在一起。其含义为将复杂的数据应图形、图像的形式在高度沉浸感的显示环境中实时展现出来，使人对数据有了直观，准确的了解，并为其停供与数据交互的手段。有效的可视化界面使得我们能够观察，操纵，研究和理解数据及其之间的关系，并与之方便交互，从而可以极其有效的发现隐藏在信息内部的规律和特征。在信息日益丰富的社会，可视化技术的研究和应用开发已经从根本上改变了表示和理解数据的方式。可视化技术也在各科学研究领域广泛传播开来。

本研究针对电磁波的传播特性这一复杂问题，通过研究均匀平面波在不同媒质中的传播特性，研究不同媒质分解面时的反射和折射现象，研究全反射和全折射现象。结合新兴的多种数据可视化技术与手段，对电磁波传播特性实现可视化呈现。本研究基于移动端设备，对电磁波传播特性进行可视化，并开发相关软件。不仅使其数值结果更加直观，同时利用移动端设备便携易操作的特点，通过加入交互操作，实时动态地改变仿真参数以观察结果变化和对应关系，为课程教学、科学研究和工程领域设计、规划和应用均提供了极大的便利。同时也为数据可视化领域的研究与发展提供了新的思路。

1.2 国内外研究现状分析

各种图形显卡以及可视化软件的发展已经使得可视化技术拓展至国内外国家级研究中心、高水平大学和大型公司的开发研究中心，应用于科研工程、军事和医学等各个领域。广泛用于传统的算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的MATLAB软件、基于前端技术的数据可视化类库D3、Echarts、Highcharts等、用于渲染2D、3D矢量图形的跨语言、跨平台的应用程序编程接口OpenGL、多媒体编程接口DirectX、基于Python的数据可视化库Matplotlib等、可实现实时三维动画的专业游戏引擎Unity3D等等技术不断出现和发展，均使得数据可视化研究与应用不断发展。

李丽芬、郝鹏伟等人针对电磁场与电磁波特点,利用MATLAB的可视化功能进行三维场图的绘制。着重仿真了平面电磁波在无界理想介质、导电媒质中的传输特性，实现了均匀平面波对媒质分界面的垂直入射和斜入射的动态过程演示。天津大学杨成伟、陈为刚等人为直观地研究城市区域的电波传播特性,自主开发了基于专业游戏引擎Unity3D的电波传播可视化软件。该软件支持三维射线跟踪建模方法,适用于微蜂窝场景中的电波传播预测，支持场强、角度、时延、路径损耗等仿真数据的可视化。北京邮电大学张康杰等人基于OpenGL和MFC框架,实现了地形导入模块、协调区的确定模块、电波传播计算模块、场地屏蔽引起的电磁衰减计算模块、电磁能量渲染模块等可视化关键功能模块。新加坡南洋理工大学Eng LeongTan、Ding Yu Heh等人基于移动端设备开发了电磁波传播特性可视化学习与教学工具。除此以外，数学、物理、医学和生物等学科均大量出现了利用数据可视化工具进行科研的辅助研究。

目前各学科领域的可视化研究方向主要集中在针对传统领域数据复杂的情况，利用可视化工具实现数据可视化，以更好的对实验结果和现象进行展示和分析。同时，目前的研究也存在着可视化效果不佳、可视化开发成本较大、可视化依赖的运算能力较高等等诸多问题。本设计也根据以上方向和思路，针对电磁波传播特性开发可视化工具，并尝试性解决以上问题。{title}

2. 研究的基本内容与方案

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2.1研究的基本内容

本设计主要研究电磁波传播特性及其可视化呈现。根据在不同媒质中，电磁波传播特性不同这一特点，以及电磁波在传播路径上遇到边界时会出现反射、折射、散射绕射和吸收等现象。研究出不同情况下电磁波的特性参数如幅度、相位、极化、传播方向的变化，以及均匀平面波在不同媒质中的传播特性、不同媒质分解面时的反射和折射现象、全反射和全折射现象，并对研究结果实现可视化呈现。预期达到在保证理论分析正确的情况下，通过开发可视化软件对电磁波传播特性进行可视化。主要工作如下：