[發明專利]面向陶瓷隧道窯的燃燒過程交互虛擬仿真方法

無效

• 申請號: 200910060639.8
• 申請日: 2009-01-23
• 公開（公告）號: CN101477709A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發明（設計）人: 饒文碧;程金樹;黃河;魏志華;石偉霞;聶應松;李真;常排排
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G06T17/40
• 分類號: G06T17/40;G06T15/70
• 代理公司: 武漢開元專利代理有限責任公司
• 代理人: 潘 杰

技術領域

本發明屬于建筑材料工程技術與計算機可視化技術的交叉領域，具體的講是綜合陶瓷隧道窯燃燒過程建模技術和計算機三維可視化仿真技術，而提供一種面向陶瓷隧道窯的燃燒過程交互虛擬仿真方法。

背景技術

隧道窯是陶瓷生產最重要的熱工設備，其重要的研究內容之一就是研究隧道窯的燃燒過程，目標是從而在排放限制、燃料經濟性標準等要求下獲得最佳的隧道窯使用特性。而對于隧道窯燃燒過程的研究，無論是實驗還是數值計算都將產生大量數據，這些數據中包含了龐大而復雜的信息，僅采用依靠簡易計算工具與簡單仿真方法是具有很大局限性的。可視化技術作為理解復雜現象和數據的有效手段，將數字由符號轉化為幾何，變不可見為可見，使研究者能觀察到他們的研究工作，豐富了科學發現的途徑，給予人們意想不到的啟示，在自然科學領域得到了廣泛應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有真實感強、交互性好、實用性強的特點的面向陶瓷隧道窯的燃燒過程交互虛擬仿真方法。

為了實現上述目的，本發明所采用的方法是：以陶瓷隧道窯燃燒建模技術、可視化技術、虛擬現實技術和數值模擬技術等為核心，以VC++和OpenGL圖形庫為實現工具，完成陶瓷隧道窯燃燒過程的交互式虛擬仿真，其具體步驟是：

第一步驟：搭建實現環境：采用VC++構建系統平臺和相關界面，利用OpenGL圖形庫來實現陶瓷隧道窯燃燒過程的三維虛擬仿真；

第二步驟：陶瓷隧道窯三維虛擬建模與顯示：利用3DS?MAX建立陶瓷隧道窯窯體、燃燒系統、燒成產品的三維模型，并建立相關虛擬仿真場景；

第三步驟：基于粒子系統的陶瓷隧道窯燃燒可視化建模：采用粒子系統建模方法，并綜合火焰傳播模型、湍流流動模型及燃料屬性網格模型三個子模型建立基于粒子系統的陶瓷隧道窯燃燒可視化模型，以體現陶瓷隧道窯燃燒過程中的各種現象和特征規律；

第四步驟：陶瓷隧道窯燃燒空間的全景和局部的交互式三維漫游：觀察者根據自己的意愿，察看窯爐內的全景或局部燃燒狀況，及各種設備的工作狀態；

第五步驟：陶瓷隧道窯燃燒過程的三維動態可視化：建立溫度/濃度/速度-顏色映射表，顯示陶瓷隧道窯燃燒過程中的溫度、生成物濃度、速度等方面的分布和變化。

由于本發明在陶瓷隧道窯燃燒過程的研究中引入可視化技術，有助于對其進行更加直觀、深入的分析。本發明真實感強、交互性好、實用性強。

具體實施方式

為了更好地理解本發明，下面結合具體的實施方案進一步詳細說明本發明。

本發明由實現環境的搭建、陶瓷隧道窯三維虛擬建模與顯示、基于粒子系統的陶瓷隧道窯燃燒可視化建模、陶瓷隧道窯燃燒空間的全景和局部的交互式三維漫游、陶瓷隧道窯燃燒過程的三維動態可視化四個主要步驟所構成。

(1)搭建方法的實現環境：所有方法的實現都是在由VC++和OpenGL圖形庫共同搭建的環境中完成的。采用VC++構建系統平臺和相關界面，利用OpenGL圖形庫來實現陶瓷隧道窯燃燒過程的三維虛擬仿真。

(2)陶瓷隧道窯虛擬建模與顯示：

三維虛擬場景模擬是對陶瓷隧道窯結構、燃燒系統和燒成產品進行三維模擬，通過三維模型可以非常清晰地看出陶瓷隧道窯的真實模樣，并對模型中的各個零件進行干涉檢查，看是否裝配成功。現代隧道窯有多種形式，各種隧道窯基本都包括三個帶，即預熱帶、燒成帶、冷卻帶。預熱帶主要完成制品預熱，主要結構是煙道裝置、測溫孔等，部分隧道要安排氣幕裝置；燒成帶主要完成制品的煅燒，主要結構是燃燒裝置、測溫孔、噴射氣道等；冷卻帶主要完成制品的冷卻，主要結構是抽熱風裝置、送冷風裝置、測溫孔等；整個隧道窯還有外圍拉桿、軌道、沙封槽等附屬構件等。

根據真實陶瓷隧道窯結構，零件間的相對比例、位置關系，利用3DSMAX重建出相應的虛擬三維對象實體，形成3DS文件。主要采用創建幾何體建模和網格建模相結合的方法，并對結構較為復雜的燃燒裝置等通過多邊形的擠出和倒角功能完成建模，使建模過程更加直觀簡便，模型的顯示效果更加細膩。為了達到逼真的效果，在3DS?MAX中賦材質使用貼圖方式。在貼圖前，要把貼圖在Photoshop里面處理，使得圖片在不影響看圖的情況下盡量小。