用于电子结构演化时变双变量场分析的连续散点图与图像矩

光致电子跃迁是复杂的量子力学过程，电子因吸收光而在能级间跃迁。这会引起电子结构和原子核几何构型的动力学变化，从而驱动光生物学、材料设计和医学等领域中重要的物理与化学过程。演化的电子结构可由两个电子密度场表征：空穴和粒子自然跃迁轨道。研究这些密度场有助于理解分子内供体与受体区域之间的电子电荷运动。以往工作依赖于等值面的并排视觉比较、统计方法或少数实例的双变量场分析。我们提出一种新方法来分析具有多实例的时变双变量场，这对于理解光致动力学过程中的电子结构变化具有重要意义。由于 NTO 场依赖于原子核几何构型，原子核运动导致需要分析众多时间步。本文提出了一种利用连续散点图（CSP）和基于图像矩的描述子，对时变双变量场进行特征导向视觉探索的结构化方法，专为研究光激发后演化的电子结构而定制。每个时间步双变量场的 CSP 由一个四维图像矩向量表示。所有向量描述子的集合构成 $\mathbb{R}^4$ 中的点云，并使用主成分分析进行可视化。选择合适的主成分可将点云表示为平面上的曲线，有助于识别关键时间步、识别双变量场内的模式以及追踪时间演化等任务。我们通过两个激发态分子动力学案例研究对此进行了演示，展示了双变量场分析如何提供特定于应用的见解。