[發明專利]一種蒙特卡羅程序的可視建模與轉換方法及系統

有效

• 申請號: 201811069223.8
• 申請日: 2018-09-13
• 公開（公告）號: CN109344459B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 馬彥;付元光;鄧力
• 申請（專利權）人: 北京應用物理與計算數學研究所
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/10
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 王濤

本發明提供了一種蒙特卡羅程序的可視建模與轉換方法及系統，包括：根據本地存儲的待轉換幾何模型的模型文件生成所述待轉換幾何模型對應的各轉換幾何體；各所述轉換幾何體均具有幾何信息，所述幾何信息包括：絕對空間信息及幾何體形狀信息；從本地存儲的待轉換幾何模型的參數文件中獲取各所述轉換幾何體的屬性信息；所述屬性信息包括：材料信息及父子關系信息；根據各所述轉換幾何體、各所述轉換幾何體的屬性信息及幾何信息，按照幾何描述標記語言標準對所述待轉換幾何模型進行轉換。利用本發明創建的幾何模型及轉換方法，具有提升建模效率、減輕用戶建模工作量及提高模型轉換準確度及空間關系描述的有益效果。

技術領域

本發明涉及蒙特卡羅建模技術領域，尤其涉及一種蒙特卡羅程序的可視建模與轉換方法及系統。

背景技術

當前，蒙特卡羅方法被廣泛應用于核領域的設計計算和評估分析中，特別是中子學相關的計算分析，如反應堆物理設計、輻射屏蔽設計、核安全分析等。它模擬相當數量的粒子在介質中運動的狀況，為此需要描述出所要模擬的空間模型，即幾何模型表示。世界上比較知名的通用蒙特卡羅程序有MCNP、GEANT4、EGS等，這些程序都有完備的幾何描述方法，但是缺乏有效的建模手段，一般對于幾何模型的描述都采用手工編寫文本文件的方式進行。對于復雜的幾何模型來說，手工編寫模型文件非常困難，幾何體的邊界復雜，幾何體直接存在相關關系，文本文件不夠直觀，不容易發現錯誤，當幾何體數量比較多時，手工方式幾乎難于實現。類似ITER這樣的裝置手工建模曾經耗費了數百人年時間，仍然有錯。因此，隨著計算機圖形學技術的飛速發展，CAD軟件發展迅速，人們往往會使用CAD軟件建立物體的計算機模型。

建模和物體的計算機表示就是建立三維計算機圖形學表示。建立物體的計算機圖形學方法多種多樣，依賴于用戶的程序和所要解決的問題。目前，主流的三維幾何模型的描述方法有兩種：邊界表示法(BREP，Boundary Rep resentation)和構造幾何表示法(CSG，Constructive solid geometry)。邊界表示法是以物體的邊界為基礎定義和描述幾何形體的方法，并能給出完整的界面模式；構造幾何表示法是一種通過布爾運算將相對簡單的基本體素拼合成復雜實體的描述方法。構造幾何表示法方法簡潔，處理方便，數據結構簡單，因此大多數蒙特卡羅程序都采用CSG方法描述幾何模型。而CAD軟件一般采用的幾何描述方法是BREP方式，CAD軟件建模后輸出的文件格式也是以BREP方式描述的特定的文件格式，和蒙特卡羅程序以CSG方式描述的輸入文件格式要求有重大的差異，因此蒙特卡羅程序不能直接使用CAD軟件輸出的模型文件，需要開發相應的轉換算法來實現兩者之間的數據共享。然而，由于BREP表示法的幾何描述能力非常強，隨著三維圖形學技術的突飛猛進，BREP幾乎可以涵蓋現有的所有建模需求。而CSG幾何描述方法存在一定的局限性，受限于參與布爾運算的基本體素的種類。因此，從CSG到BREP的轉換是完全可以實現的，而從BREP 到CSG轉換是難于實現的。

隨著通用蒙特卡羅程序如MCNP及GEANT4等的可視建模需求日益強烈，相應的轉換工具的研究和開發也從未停止。國內外的相關機構開發了MCAM、FASRAD 等轉換工具軟件，它們都是基于小型CAD軟件基礎上開發BREP到CSG的轉換算法，但是使用效果不夠理想。其中以MCAM為例，MCAM采用在ACIS平臺上開發從 BREP到CSG的轉換工具實現蒙特卡羅程序的建模功能。MCNP計算模塊對于幾何實體的描述是建立在半空間表示的基礎上。半空間表示法是一種特殊的構造立體幾何 (CSG)表示法。因此本質上,MCAM可視化模型實現的是從CSG到BREP的轉換。

現有技術中類似MCAM等現有的蒙特卡羅建模軟件具有以下主要缺陷：

1、BREP到CSG的轉換的局限性大，無法按照用戶的需求建立精細的、真實的裝置模型，造成轉換出來的模型不精確。

2、無法幫助用戶減輕建模工作量及快捷修正錯誤，無法實現對模型、材料參數的查找、編輯工作。