工程与科学计算中研究人员需要经常性地通过可视数据描述与合作者交流思想,这类数据可能类型多样、规模庞大,且存储在远程介质上。对其进行有效的可视化不能求助于传统的单机模式,而需要研究分布式的可视化软件工具。当前计算机图形硬件能力、计算机网络技术以及可视化技术飞速发展,也为分布式可视化研究提供了必要的技术保障。针对工程与科学计算数据的大规模可视化,本文深入研究了一类分布式可视化原型系统的软件框架和核心算法。软件框架设计方面,针对协同操作的需求,重点关注分布式可视化的协同控制权管理、协同会话重建和可视化过程共享问题。核心算法方面,针对标量场,为实现大规模数据的快速可视化,实现了一类面向非结构化网格的并行元投影体绘制算法;针对矢量场,为清晰地展示特征区域的流体流动结构,实现了一类三维矢量场流动拓扑算法。本文分析三个协同可视化模型,然后提出一个基于命令模式的分布式协阿可视化系统框架。这个框架分成两个部分。一部分是一个分布式可视化子系统,另一部分是一个称为CESC_Remote_DI协同部件。通过使用CESC_Remote_DI,实现研究人员间的协同可视化操作。针对协同可视化控制权限,本文采用主从模式,实现协同控制权的管理,并且该控制权可以在协同者之间相互传递。通过使用紧凑、智能的控制信息,协同会话的每一步操作都记录在一个文本文件中,这样可以实现远程协同会话重建。该软件框架在协同部件之间要求很小通讯的带宽;并且在协同环境下的响应速度与单机时候的响应速度几乎一样。因此所有的协同者几乎在同时能够看到高精度的、动态的3D场景。如果网络带宽允许,CESC_Remote_DI协同部件正常是和桌面视频工具一起使用,否则该协同部件和电话会议工具一起使用。元投影体绘制算法是非结构化网格标量场绘制的典型算法。硬件加速的元投影算法存在显存和带宽的限制,这制约了它在大规模标量场可视化中的应用,因此本文选用了软件扫描的元投影体绘制算法,并通过算法的并行化提高其对大规模数据集的适用性。集成外表面提取及光栅化算法,并构造外表面图像空间坐标的A-Buffer数据结构,解决了非凸几何网格的体绘制问题。为提高并行算法的效率和可扩展性,采用静态轮转算法较好地实现了负载平衡。在网格单元扫描转换和光线段局部合成环节运用异步通讯机制,实现了较好的并行效率。针对CFD流场可视化,本文研究一类基于关键点分类的三维矢量场流动拓扑结构抽取算法,以避免传统矢量场可视化算法(如箭头、流线或流面)画面不清晰或控制参数(如流线或流面的初始点位置)严重依赖用户经验的缺陷。引入类似FAST的关键点分类机制,本文算法可根据用户需求自动确定流场的关键点;并通过跟踪关键点附近的流线,可清晰地展示关键区域流体流动特征。针对非滑移边界问题,本文算法能通过分析流场边界的表面摩擦场的拓扑,展示绕壁面流体的流动结构。