[发明专利]针对边界元分析的三维可视化仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及一对边界元分析后的处理结果进行三维可视化仿真的方法。

背景技术

在工程领域，常需要采用有限元法或边界元分析法等实现对复杂系统中离散模块的求解分析，而三维可视化仿真方法则提供了技术人员研究分析结果的交互手段。

有限元法的基本求解思想是把计算域划分为有限个互不重叠的单元，在每个单元内，选择一些合适的节点作为求解函数的插值点，将微分方程中的变量改写成由各变量或其导数的节点值与所选用的插值函数组成的线性表达式，借助于变分原理或加权余量法，将微分方程离散求解；边界元分析法是在有限元法之后发展起来的一种较精确有效的工程数值分析方法，又称边界积分方程-边界元法，其以定义在边界上的边界积分方程为控制方程，通过对边界分元插值离散，化为代数方程组求解。

现有公开了一种基于有限元分析后处理结果的三维可视化方法，该方法的工作过程是：通过对生成的网格单元体分解，剔除内部的公共数据面，生成外轮廓面集合；对外轮廓面集合进行共面分组，得到共面的单元数据面集合CoMAP；将每一组CoMAP中的所有单元数据面分解成为独立的单元数据边，剔除所有的内部公共边，得到共面轮廓线集合；对所有共面轮廓线集合进行轮廓线分组，将所有形成封闭廓线的边分为一组；最后根据每一组封闭轮廓线生成一个独立的拓扑面，并判断此拓扑面为洞还是表面，对所有的非洞表面执行布尔求和运算，对洞执行布尔求差运算，生成三维模型。该方法是基于有限元分析后的处理结果，该方法对于边界元分析后的处理结果，具有如下缺陷：

1、边界元分析法对模型网格的划分都为三角形单元，而有限元分析的单元种类较多，因此上述方法建立的快速生成算法对边界元分析后的处理结果来说，处理速度不是最优化的。

2、上述方法生成三维模型时并未考虑单个模型下的网格模型、实体模型及云图模型的建立，无法满足后处理三维可视化的完整功能要求。

3、上述方法只是单纯的考虑模型的生成，而未对模型的三维操作做相关研究，无法满足使用者在后处理阶段对模型整体查看、局部放大等视角变化的要求。此外，还存在当前模型坐标系方位指示（参考坐标系的建立）、快捷视景切换等功能的缺失。

4、上述方法未提供截屏出图、云图数值信息显示、计算机显示状态显示等功能，对模型几何信息、数值信息的显示不够，应用领域较为局限。

发明内容

本发明针对上述问题而提供了一种可对边界元分析后的处理结果进行三维可视化仿真的方法。本发明采用的技术手段如下：

本发明的针对边界元分析的三维可视化仿真方法包括：

步骤1：读入建模软件（如：ANSYS、PATRAN、SESAM等）对工程项目进行边界元分析后输出的结果文件，该结果文件包含模型节点坐标信息、单元组织信息及节点数值信息。

步骤2：建立顶点缓冲和索引缓冲，将节点坐标信息和节点数值信息录入顶点缓冲，将单元组织信息录入索引缓冲，生成网格模型、实体模型、云图模型和参考坐标系，如图2所示。在建立顶点缓冲的同时，还记录极值信息，该极值信息一方面为初始视角的建立提供依据，另一方面为云图数值信息提供数据储备。

步骤3：对模型和参考坐标系同步进行渲染、三维操作、或其它操作。其中的三维操作可以包括平移操作、缩放操作、三维球旋转操作、球形旋转操作、定点旋转操作、三向轴旋转操作；其中的其它操作可以包括模型动态切换操作、视图快捷切换操作、截屏出图操作、显卡状态信息数据信息显示操作。

本发明有益效果是：1、由于本发明处理的边界元分析文件仅需输入构建模型和云图的基本信息，对格式没有特殊要求，因而可使用通用商业工程软件（Ansys、Patran、Sesam等）提供输入信息，具有灵活的处理机制和较为广泛的适用性，具有良好的实际工程应用价值；2、本发明采用的模型生成算法和动态切换云图技术考虑了最小化占用显卡资源，对一般工程结构物渲染时间在0.5毫秒以下，完全可以满足高速实时渲染，操作流畅的运行要求，可以流畅地运行在普通硬件配置的计算机环境里；3、考虑边界元三角形网格的特点，本发明采用了32位扩充网格簇容量技术，在64位计算机环境下可接受的最大节点数为4.29×10⁹，完全可以满足工程实际结构物对节点规模的要求；4、发明提供对边界元网格模型、实体模型、云图模型的多种三维操作模式，使得技术人员能形象直观的查看模型状态、分析理解计算数据。此外，本发明提供的截屏、显示状态提示、参考坐标系等功能能够更好得满足设计人员后处理工作的任务要求，具有广泛的应用前景。

附图说明