[发明专利]一种三维可视化与数值模拟融合的实现方法与系统

说明书

本发明公开了一种三维可视化技术与数值模拟技术融合的实现方法及系统，研究并确定三维模型上各个实体单元的各个边界面及边界面上控制点的三维坐标，把得到的这些控制点坐标在数值模拟过程中设为监视点，使得三维可视化的控制点与数值模拟的监视点一一对应起来，通过监视点在不同时步时新的位置得到这些控制点在未来不同时刻的新的三维坐标，实现三维可视化与数值模拟的网格对接，使两者可以有效地融合起来，并得到研究对象在未来不同时刻的三维实体模型，为研究对象的过程模拟提供更好的技术支持。

技术领域

本发明涉及三维可视化领域和数值模拟领域，更具体地说，涉及一种三维可视化技术与数值模拟技术融合的实现方法与系统(监视点替代法)，主要应用于工程地质、灾害分析、物理模拟、工程建设、建筑设计、交通设计与施工等领域。

背景技术

三维可视化技术：三维可视化技术是通过三维模型直观表达、理解目标物体的数字化技术，是物理实体的数字化映射。三维建模的一般过程包括：(1)获取研究对象或研究区域的各个层面的控制数据，如地表测绘数据、钻探获得的地下各个地层的上限和下限数据等；(2)利用各个层面的控制数据模拟研究对象各个分界曲面，如地层曲面、构造面等，得到研究对象的每个单元体的边界面，如各个地层单元的上下、左右和前后分界面，其中上、下两个面一般用曲面表达，左、右、前、后四个面一般用竖直的平面表达；(3)依据各个单元的边界曲面建立研究对象的每个实体单元，可采用多种三维数据结构进行实体单元的构建，如三棱柱结构、四面体结构、八叉树结构、B-Rep结构、两种基本结构的混合结构等等；(4)各个单元实体的组合就是研究对象的实体三维模型。可以在三维模型上进行多种属性分析或空间分析，如工程开挖的工程量分析、滑坡等地质灾害的空间形态模拟等。

数值模拟技术：数值模拟技术是一种对研究对象的发展趋势进行动态模拟的技术，在工程建设、物理模拟、灾害分析等领域应用广泛。进行数据模拟分析，一般会把研究对象划分成一系列的网格，通过网格间物理力学参数的计算与传递计算，获得各个网格单元的运动趋势。如离散单元法，非连续变形分析(DDA)方法、有限差分法等等。

三维可视化技术关注三维空间实体的构建、表达与属性-空间分析，但是三维模型的建立过程，是一个多次判断、多次处理的复杂而耗时的过程，在这个过程中，需要多次进行人机交互操作，而且，三维模型的各个实体单元之间联系密切，哪怕是一个单元的一个边界面上的一个控制点发生变化，对应的边界面、对应的实体单元、临近的一个或数个实体单元都要发生变化。这意味着甚至整个三维模型都要重建。因而，基于三维可视化技术对地质过程进行动态模拟面临严重的挑战。而数值模拟技术关注物理力学参数的计算、网格间参数的传递及过程的发展趋势模拟，但是在精细刻画三维实体以及属性-空间分析方面功能欠缺。两者具有很强的互补性。但是到目前为止，两者的有机结合还没有成功的先例。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中数值模拟技术还没有与三维可视化技术有机融合的技术缺陷，提供了一种三维可视化技术与数值模拟技术融合的实现方法与系统。

根据本发明的其中一方面，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种三维可视化技术与数值模拟技术融合的实现方法，包括如下步骤：

S1、在三维建模过程中获得研究对象每个实体单元的每个边界面及边界面上的控制点坐标；

S2、以每个实体单元的边界面为边界，在数值模拟软件中进行块体及网格剖分，并把每个边界面上的控制点设为监视点；

S3、通过数值模拟技术进行研究对象的发展趋势模拟；

S4、根据模拟结果，得到监视点在不同时步时的新的位置坐标，即得到控制点在未来不同时刻的新的位置坐标；

S5、根据所述新的位置坐标建立未来时刻的三维实体模型。

优选地，在本发明的三维可视化技术与数值模拟技术融合的实现方法中，所述步骤S5具体为：