[發明專利]一種面向虛實融合實驗的磁場可視化方法、系統及設備

有效

• 申請號: 202011393486.1
• 申請日: 2020-12-03
• 公開（公告）號: CN112528476B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 劉清堂;余舒凡;馬晶晶;徐蘇曉;鄭欣欣;楊煒欽;吳林靜
• 申請（專利權）人: 華中師范大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F3/01;G09B5/02;G06F119/14
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務所(普通合伙) 42224
• 代理人: 雷霄

1.一種面向虛實融合實驗的磁場可視化方法，其特征在于，包括步驟：

步驟1，構建虛擬磁鐵模型數據庫，將長方體磁鐵模擬成在長方體磁鐵的N-S兩極連線方向上疊加的多層薄層電流環構成的電流環，依據安培定則確定電流環的電流方向，根據長方體磁鐵長度確定每層薄層電流環的電流強度；

步驟2，確定長方體磁鐵在磁體外任意一點的磁場矢量的計算方法，該計算方法具體是：根據虛擬磁鐵模型的電流方向和電流強度，基于畢奧薩伐爾定律計算出每層薄層電流環在磁體外任意一點所產生的磁場矢量，在長方體磁鐵N-S兩極連線方向進行積分計算，以獲得長方體磁鐵對該點的磁場矢量；

步驟3，采集真實磁鐵圖像，根據真實磁鐵圖像為真實磁鐵從步驟1構建的數據庫中匹配對應的虛擬磁鐵模型，調用步驟2的磁場矢量計算方法計算磁場矢量，根據計算出的磁場矢量繪制磁感線并進行可視化；

所述步驟3包括子步驟：

步驟3.1，若采集視野內只存在唯一的真實長方體磁鐵，根據真實磁鐵圖像為真實磁鐵從步驟1構建的數據庫中匹配一個對應的虛擬磁鐵模型，調用步驟2的磁場矢量計算方法計算磁場矢量，根據計算出的磁場矢量繪制磁感線并進行可視化；

步驟3.2，若采集視野內存在多個真實長方體磁鐵，根據真實磁鐵圖像為每個真實長方體磁鐵從步驟1構建的數據庫中分別匹配對應的虛擬磁鐵模型，調用步驟2的磁場矢量計算方法并根據磁場疊加原理計算多個虛擬磁鐵模型在磁體外任意一點的磁場疊加矢量，根據計算出的磁場疊加矢量繪制磁感線并進行可視化；

所述步驟3.1包括步驟：

步驟3.1.1，將虛擬磁鐵模型N極或S極附近標定1個點，若該標定點位于N極附近則作為磁感線的出點，若該標定點位于S極附近則作為磁感線的入點；

步驟3.1.2，記該標定點為基準點M₀，計算該基準點M₀磁場矢量設置迭代長度L，若基準點M₀在N極附近，則將基準點M₀向其磁場方向前進L，新到達的點作為新基準點M₁，以此類推，每次基于新基準點進行迭代，若基準點M₀在S極附近，將基準點M₀向其磁場反方向前進L，新到達的點作為新基準點M₁，以此類推，每次基于新基準點進行迭代；

步驟3.1.3，判斷每次迭代后的新基準點是否與虛擬磁鐵模型的另一端碰撞，若碰撞，則停止迭代，形成點集P{M₀,M₁,M₂,M₃…M_n}，M_n為最后一次迭代產生的新基準點；

步驟3.1.4，將點集P作為繪制的路徑，繪制出M₀至M_n的一條磁感線，并且繪制磁感線方向箭頭；

所述步驟3.2包括步驟：

步驟3.2.1，若采集視野內存在多個真實長方體磁鐵，根據真實磁鐵圖像為每個真實長方體磁鐵從步驟1構建的數據庫中分別匹配對應的虛擬磁鐵模型；

步驟3.2.2，在步驟3.2.1匹配的虛擬磁鐵模型中的一個虛擬磁鐵模型N極或S極附近標定1個點，若位于N極附近則作為磁鐵磁感線的出點，若位于S極附近則作為磁感線的入點；

步驟3.2.3，記該標定點為基準點M₀，計算多個虛擬磁鐵模型在該基準點M₀磁場疊加矢量設置迭代長度L，若基準點M₀在N極附近，則將基準點M₀向其磁場方向前進L，新到達的點作為新基準點M₁，以此類推，每次基于新基準點進行迭代，若基準點M₀在S極附近，將基準點M₀向其磁場反方向前進L，新到達的點作為新基準點M₁，以此類推，每次基于新基準點進行迭代；

步驟3.2.4，判斷每次迭代后的新基準點是否與步驟3.2.1匹配的任一虛擬磁鐵模型碰撞，若碰撞，則停止迭代，形成點集P{M₀,M₁,M₂,M₃…M_n}，M_n為最后一次迭代產生的新基準點；

步驟3.2.5，將點集P作為繪制的路徑，繪制出M₀至M_n的一條磁感線，并且繪制磁感線方向箭頭；

步驟3.2.6，重復執行步驟3.2.2至步驟3.2.5，進行其他磁感線的繪制。