[發(fā)明專利]一種基于數(shù)據(jù)并行處理的虛擬現(xiàn)實(shí)的3D仿真方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310728797.2
• 申請日: 2013-12-24
• 公開（公告）號: CN103679809A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚清河
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T15/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

1.一種基于數(shù)據(jù)并行處理的虛擬現(xiàn)實(shí)的3D仿真方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1.構(gòu)建對象的三維模型，設(shè)定初始邊界條件；

S2.將步驟S1生成的三維模型進(jìn)行區(qū)域分解，分解得到的子模型數(shù)目與并行計(jì)算服務(wù)器中的總進(jìn)程數(shù)相同，并將初始邊界條件和各子模型中的元素信息分別輸入到各進(jìn)程；

S3.以初始邊界條件為計(jì)算條件，當(dāng)計(jì)算過程中初始的邊界條件發(fā)生改變則重新啟動邊界設(shè)置程序，重新對該子模型進(jìn)行計(jì)算，直到邊界穩(wěn)定或計(jì)算子結(jié)果為常數(shù)；

S4.對產(chǎn)生的計(jì)算子結(jié)果進(jìn)行合并，產(chǎn)生三維模型整體的計(jì)算結(jié)果；

S5.根據(jù)步驟S4獲取的計(jì)算結(jié)果生成3D文件，并導(dǎo)入虛擬現(xiàn)實(shí)場景中，通過設(shè)定相機(jī)角度、行進(jìn)路徑，設(shè)置渲染效果來實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)操作，通過3D顯示器播放展示。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)據(jù)并行處理的虛擬現(xiàn)實(shí)的3D仿真方法，其特征在于，所述步驟S1中采用CAD工具或者三維掃描儀構(gòu)建對象的三維模型。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于數(shù)據(jù)并行處理的虛擬現(xiàn)實(shí)的3D仿真方法，其特征在于，所述步驟S1中具體構(gòu)建模型的方法為：

采用Solidworks或AutoCAD建3D模型，并存儲為STL格式；

利用3D模型編輯方法，對STL文件建立面，然后導(dǎo)出；

利用3D模型轉(zhuǎn)換方法，將STL文件轉(zhuǎn)化為IGES格式，并設(shè)置實(shí)體輸出為IGES?MSBO用于后續(xù)過程讀取；

或

采用利用ADV_CAD建立3D模型，則利用ADV_Tetmesh生成IGES格式的3D文件，并設(shè)置實(shí)體輸出為IGES?MSBO用于后續(xù)過程讀取。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于數(shù)據(jù)并行處理的虛擬現(xiàn)實(shí)的3D仿真方法，其特征在于，所述步驟S2中進(jìn)行區(qū)域分解的具體實(shí)現(xiàn)方式為：

并行計(jì)算服務(wù)器中的主進(jìn)程讀取IGES格式三維模型；

對IGES格式三維模型進(jìn)行非重疊、非結(jié)構(gòu)的區(qū)域網(wǎng)格劃分，得到N個(gè)子模型，N為并行計(jì)算服務(wù)器中的總進(jìn)程數(shù)；

將當(dāng)前進(jìn)程負(fù)責(zé)的區(qū)域內(nèi)的元素信息，以及初始邊界條件信息一并寫入當(dāng)前進(jìn)程的輸入文件中。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于數(shù)據(jù)并行處理的虛擬現(xiàn)實(shí)的3D仿真方法，其特征在于，所述步驟S3的計(jì)算具體實(shí)現(xiàn)方式為：

S31.讀入當(dāng)前進(jìn)程中對應(yīng)的輸入文件；

S32.利用并行特征曲線算法對控制方程（描述物理現(xiàn)象的方程：如流體的Navier-Stokes方程、對流擴(kuò)散方程、磁流體的麥克斯韋方程等）中的非線性項(xiàng)進(jìn)行線性化處理，得到正定、對稱的局部線性系統(tǒng)；

Σi=1NR(i)K(i)R(i)Tu(i)=Σi=1NR(i)f(i)---(1)]]>

其中

K⁽ⁱ⁾為局部剛度矩陣，

u⁽ⁱ⁾為局部未知變量，

f⁽ⁱ⁾為已知的局部外力向量，

R⁽ⁱ⁾為局部元素標(biāo)編號和整體元素編號之間映射的0-1矩陣；

S33.對上一步驟中的局部未知變量u⁽ⁱ⁾區(qū)分表面自由度和內(nèi)部自由度并整理，得到；

Σi=1NKII(i)KIB(i)KBI(i)KBB(i)uI(i)uB(i)=Σi=1NfI(i)fB(i)---(2)]]>

其中

為當(dāng)前小區(qū)域內(nèi)部自由度，

當(dāng)前小區(qū)域表面和其他區(qū)域接界部分自由度；

為當(dāng)前小區(qū)域內(nèi)部自由度對應(yīng)的外力矢量；

為當(dāng)前小區(qū)域表面自由度對應(yīng)的外力矢量；

為矩陣進(jìn)行初等行列變換后對應(yīng)的分塊矩陣；

S34.運(yùn)用平衡預(yù)條件迭代算法對表面自由度方程（3）進(jìn)行求解，得到

(KBB-KBIKII-1KIB)uB=fB-KBIKII-1fI---(3)]]>

S35.將代入到式（2）中的線性系統(tǒng)，采用直接法反解得到

S36.將計(jì)算結(jié)果u⁽ⁱ⁾輸出到當(dāng)前進(jìn)程負(fù)責(zé)的輸出文件中；

S37.如果邊界條件發(fā)生改變重新啟動邊界設(shè)置程序，再進(jìn)行計(jì)算，直到邊界穩(wěn)定或者計(jì)算子結(jié)果定常為止；每完成一定時(shí)間步的計(jì)算，進(jìn)行一次輸出文件的讀寫操作。