Felix：基于拓扑的宇宙丝状结构可视化探索框架

宇宙的大尺度结构由已维里化的团块状星团、线性纤维、片状壁以及巨大的近空三维空洞组成。刻画大尺度宇宙对于我们理解星系的形成与演化至关重要。团、壁与空洞的密度范围相对区分明显，相比之下纤维跨越相对更大的范围。因此大尺度丝状网络构成了宇宙网中错综复杂的部分。本文中，我们描述 Felix，一个基于拓扑的用于探索宇宙网中丝状结构的框架。丝状结构由密度场的 Morse-Smale 复形中 2-鞍点的升流形几何表示。我们生成 Morse-Smale 复形的层次结构，并基于丝状结构端点处的密度范围查询丝状体。该查询在整个层次化 Morse-Smale 复形上被高效处理，从而实现交互式可视化。我们将 Felix 应用于基于启发式 Voronoi 运动学模型与标准 $\Lambda$CDM 宇宙学的计算机模拟，并通过两个案例研究展示其实用性。首先，我们在 Voronoi 运动学模拟数据集中提取团状区域内部及跨团状区域的宇宙丝。我们证明所得结果与现有结构寻找器相似。构成宇宙网脊柱、存在于当前时期高密度区域的丝状体被 Felix 分离出来。此外，存在于类空洞区域的丝状体也被分离并可视化。这些丝状结构常被更高密度范围的丝状体所掩盖，且利用其他丝状体提取方法不易表征与提取。