[發明專利]針對邊界元分析的三維可視化仿真方法

有效

• 申請號: 201210347865.6
• 申請日: 2012-09-18
• 公開（公告）號: CN102902848A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 黃一;王普;施以航;王文華
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06T17/00;G06T15/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 曲永祚;李洪福

技術領域

本發明涉及一對邊界元分析后的處理結果進行三維可視化仿真的方法。

背景技術

在工程領域，常需要采用有限元法或邊界元分析法等實現對復雜系統中離散模塊的求解分析，而三維可視化仿真方法則提供了技術人員研究分析結果的交互手段。

有限元法的基本求解思想是把計算域劃分為有限個互不重疊的單元，在每個單元內，選擇一些合適的節點作為求解函數的插值點，將微分方程中的變量改寫成由各變量或其導數的節點值與所選用的插值函數組成的線性表達式，借助于變分原理或加權余量法，將微分方程離散求解；邊界元分析法是在有限元法之后發展起來的一種較精確有效的工程數值分析方法，又稱邊界積分方程-邊界元法，其以定義在邊界上的邊界積分方程為控制方程，通過對邊界分元插值離散，化為代數方程組求解。

現有公開了一種基于有限元分析后處理結果的三維可視化方法，該方法的工作過程是：通過對生成的網格單元體分解，剔除內部的公共數據面，生成外輪廓面集合；對外輪廓面集合進行共面分組，得到共面的單元數據面集合CoMAP；將每一組CoMAP中的所有單元數據面分解成為獨立的單元數據邊，剔除所有的內部公共邊，得到共面輪廓線集合；對所有共面輪廓線集合進行輪廓線分組，將所有形成封閉廓線的邊分為一組；最后根據每一組封閉輪廓線生成一個獨立的拓撲面，并判斷此拓撲面為洞還是表面，對所有的非洞表面執行布爾求和運算，對洞執行布爾求差運算，生成三維模型。該方法是基于有限元分析后的處理結果，該方法對于邊界元分析后的處理結果，具有如下缺陷：

1、邊界元分析法對模型網格的劃分都為三角形單元，而有限元分析的單元種類較多，因此上述方法建立的快速生成算法對邊界元分析后的處理結果來說，處理速度不是最優化的。

2、上述方法生成三維模型時并未考慮單個模型下的網格模型、實體模型及云圖模型的建立，無法滿足后處理三維可視化的完整功能要求。

3、上述方法只是單純的考慮模型的生成，而未對模型的三維操作做相關研究，無法滿足使用者在后處理階段對模型整體查看、局部放大等視角變化的要求。此外，還存在當前模型坐標系方位指示（參考坐標系的建立）、快捷視景切換等功能的缺失。

4、上述方法未提供截屏出圖、云圖數值信息顯示、計算機顯示狀態顯示等功能，對模型幾何信息、數值信息的顯示不夠，應用領域較為局限。

發明內容

本發明針對上述問題而提供了一種可對邊界元分析后的處理結果進行三維可視化仿真的方法。本發明采用的技術手段如下：

本發明的針對邊界元分析的三維可視化仿真方法包括：

步驟1：讀入建模軟件（如：ANSYS、PATRAN、SESAM等）對工程項目進行邊界元分析后輸出的結果文件，該結果文件包含模型節點坐標信息、單元組織信息及節點數值信息。

步驟2：建立頂點緩沖和索引緩沖，將節點坐標信息和節點數值信息錄入頂點緩沖，將單元組織信息錄入索引緩沖，生成網格模型、實體模型、云圖模型和參考坐標系，如圖2所示。在建立頂點緩沖的同時，還記錄極值信息，該極值信息一方面為初始視角的建立提供依據，另一方面為云圖數值信息提供數據儲備。

步驟3：對模型和參考坐標系同步進行渲染、三維操作、或其它操作。其中的三維操作可以包括平移操作、縮放操作、三維球旋轉操作、球形旋轉操作、定點旋轉操作、三向軸旋轉操作；其中的其它操作可以包括模型動態切換操作、視圖快捷切換操作、截屏出圖操作、顯卡狀態信息數據信息顯示操作。

本發明有益效果是：1、由于本發明處理的邊界元分析文件僅需輸入構建模型和云圖的基本信息，對格式沒有特殊要求，因而可使用通用商業工程軟件（Ansys、Patran、Sesam等）提供輸入信息，具有靈活的處理機制和較為廣泛的適用性，具有良好的實際工程應用價值；2、本發明采用的模型生成算法和動態切換云圖技術考慮了最小化占用顯卡資源，對一般工程結構物渲染時間在0.5毫秒以下，完全可以滿足高速實時渲染，操作流暢的運行要求，可以流暢地運行在普通硬件配置的計算機環境里；3、考慮邊界元三角形網格的特點，本發明采用了32位擴充網格簇容量技術，在64位計算機環境下可接受的最大節點數為4.29×10⁹，完全可以滿足工程實際結構物對節點規模的要求；4、發明提供對邊界元網格模型、實體模型、云圖模型的多種三維操作模式，使得技術人員能形象直觀的查看模型狀態、分析理解計算數據。此外，本發明提供的截屏、顯示狀態提示、參考坐標系等功能能夠更好得滿足設計人員后處理工作的任務要求，具有廣泛的應用前景。

附圖說明