專利名稱：一種基于有限元分析后處理結(jié)果的快速三維可視化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于虛擬現(xiàn)實(shí)及三維可視化顯示技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于有限元分析 后處理結(jié)果的三維可視化方法。
背景技術(shù)：
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)值仿真技術(shù)因其所具有的安全保密、設(shè)計(jì)靈活、可 重復(fù)性好、環(huán)境和過程可控、效費(fèi)比高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計(jì)、武器研制、災(zāi)害模擬 等領(lǐng)域。有限元分析是數(shù)值仿真技術(shù)中廣泛應(yīng)用的手段之一，常用的有限元分析軟件包括 ANSYS、LS-DYNA、ABAQUS、MARC 等。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)顯示手段豐富多樣，支持模型的渲染和驅(qū)動(dòng)，它提供了一種實(shí)時(shí)的、 三維的虛擬環(huán)境(Virtual Environment)，具有高度的沉浸性、交互性和構(gòu)想性，使人能夠 豐富地體驗(yàn)計(jì)算機(jī)生成的虛擬世界。有限元軟件的核心優(yōu)勢在于有限元計(jì)算，由于其理論建立在求解偏微分方程組基 礎(chǔ)之上，所以能夠深刻地反應(yīng)客觀世界的物理規(guī)律。但它們在計(jì)算結(jié)果的顯示手段多樣性 和模型的通用性方面都有共同的不足(1)后處理顯示功能不足，有的軟件只有簡單的顏 色顯示功能；(2)模型不支持紋理和材質(zhì)渲染，也不能轉(zhuǎn)換到其他的三維顯示平臺上使用， 如模型驅(qū)動(dòng)等；(3)不能和已經(jīng)日趨成熟的虛擬現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)緊密結(jié)合，有限元分析結(jié)果 的可視化效果差。目前在仿真領(lǐng)域中，數(shù)值仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)屬于兩種完全不同的技術(shù)體系， 它們模型規(guī)范和模型接口的不一致使得數(shù)值仿真的結(jié)果難以直接運(yùn)用到虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)當(dāng) 中。數(shù)值仿真的計(jì)算結(jié)果非常復(fù)雜，數(shù)據(jù)量異常龐大，使得模型重用面臨許多困難，僅簡單 地重構(gòu)和渲染而不進(jìn)行優(yōu)化處理將嚴(yán)重影響系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和效率。另一方面，數(shù)值仿 真的結(jié)果有助于提高虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的物理的真實(shí)性和邏輯準(zhǔn)確性。如何協(xié)調(diào)建模分析的真 實(shí)性和逼真性，將數(shù)值仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)的優(yōu)點(diǎn)有效地結(jié)合起來成為當(dāng)前一個(gè)亟待解決的問 題。有限元軟件輸出的數(shù)據(jù)類型基本上是三維網(wǎng)格數(shù)據(jù)，如ANSYS/LS-DYNA等都可以 通過命令行的設(shè)置導(dǎo)出該類型的數(shù)據(jù)，它主要存儲網(wǎng)格單元頂點(diǎn)的屬性信息、坐標(biāo)信息和 索引信息。該類型數(shù)據(jù)還常見于計(jì)算機(jī)X光斷層攝影、磁共振、單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層攝 影、地震測定、電子顯微鏡、大氣壓的測定和地理信息系統(tǒng)等領(lǐng)域中。這類三維數(shù)據(jù)的特點(diǎn) 是數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)規(guī)則和連續(xù)。如果直接重構(gòu)，那么重構(gòu)出來的模型龐大、渲染效率低下，直 接影響在三維顯示平臺上的顯示效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服數(shù)值仿真軟件顯示功能簡單、手段單一的不足，解決建模渲染平 臺重用有限元模型時(shí)面臨的模型通用性不足、模型數(shù)據(jù)龐大復(fù)雜以及模型渲染效率低下的 問題，提出了一種基于有限元分析后處理結(jié)果的快速三維可視化方法，該方法在對有限元 分析后處理結(jié)果進(jìn)行提取、處理和轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)之上，改進(jìn)了在三維建模平臺中模型重構(gòu)和渲染的方法，使其不僅具有數(shù)值仿真分析結(jié)果的精確性和可信性，同時(shí)還具有可視化三維 模型的多種操作特性和快速渲染特性。本發(fā)明對數(shù)值仿真計(jì)算結(jié)果三維重構(gòu)和渲染的方法進(jìn)行改進(jìn)，提出了一系列高 效、穩(wěn)定針對三維網(wǎng)格數(shù)據(jù)處理方法，削減了數(shù)據(jù)的冗余度和復(fù)雜度，從而使得該方法具有 簡單靈活、資源耗費(fèi)少，運(yùn)行效率高和運(yùn)行速度快，方法易拓展等特點(diǎn)。因此可以很好的滿 足三維模型實(shí)時(shí)渲染和驅(qū)動(dòng)的需求。本發(fā)明提供的基于有限元分析后處理結(jié)果的快速三維可視化方法包括五個(gè)基本 步驟，具體如下步驟1 生成網(wǎng)格單元體集合，分解網(wǎng)格單元體，剔除內(nèi)部的公共數(shù)據(jù)面，生成外 輪廓面集合。該步驟主要由以下四個(gè)步驟組成步驟①讀入全部網(wǎng)格單元體集合中的網(wǎng)格單元數(shù)據(jù)Elements。步驟②將每一個(gè)網(wǎng)格單元數(shù)據(jù)Element按照數(shù)據(jù)面頂點(diǎn)定義順序劃分成不同單 元數(shù)據(jù)面Face。步驟③生成一個(gè)初始時(shí)為空的數(shù)據(jù)面集合FaceMAP，判斷單元數(shù)據(jù)面Face是 否存在數(shù)據(jù)面集合FaceMAP中如果存在，則從FaceMAP刪除此數(shù)據(jù)面；如果不存在，則在 FaceMAP中添加此單元數(shù)據(jù)面。步驟④判斷Elements是否遍歷完畢如果沒有遍歷完畢，則返回步驟①；否則， 該階段結(jié)束數(shù)據(jù)面集合FaceMAP中存儲了所有網(wǎng)格單元體的外表面的可見單元數(shù)據(jù)面，稱 之為外輪廓面集合。步驟2 對步驟1中生成的外輪廓面集合進(jìn)行共面分組，將所有位于同一個(gè)平面上 的單元數(shù)據(jù)面歸為一組，每組為一個(gè)共面的單元數(shù)據(jù)面集合CoMAP。該步驟主要由以下四個(gè)步驟組成步驟①生成一個(gè)系數(shù)共面映射表ALLMAP。所述的ALLMAP為平面方程系數(shù)和單 元數(shù)據(jù)面集合組成的映射表，其中的平面方程系數(shù)與單元數(shù)據(jù)面集合為一一對應(yīng)的關(guān)系。步驟②從外輪廓面集合中任取一單元數(shù)據(jù)面，獲取單元數(shù)據(jù)面的頂點(diǎn)數(shù)據(jù)，求解 該單元數(shù)據(jù)面的平面方程，獲取平面方程系數(shù)D。步驟③在系數(shù)共面映射表ALLMAP中查找，判斷該平面方程系數(shù)是否在系數(shù)共面 映射表ALLMAP中如果是，獲取此系數(shù)對應(yīng)的單元數(shù)據(jù)面集合CoMAP，將當(dāng)前單元數(shù)據(jù)面添 加到對應(yīng)的單元數(shù)據(jù)面集合CoMAP中；否則，生成與此系數(shù)對應(yīng)的單元數(shù)據(jù)面集合CoMAP， 將當(dāng)前單元數(shù)據(jù)面添加到單元數(shù)據(jù)面集合CoMAP中，并將此系數(shù)和新生成的單元數(shù)據(jù)面集 合CoMAP —起添加到ALLMAP中。步驟④判斷輪廓面集合中的所有單元數(shù)據(jù)面是否遍歷完畢如果不是，返回步 驟②；如果是，該階段結(jié)束。步驟3 針對每一組單元數(shù)據(jù)面集合CoMAP中的所有單元數(shù)據(jù)面分解成為獨(dú)立的 單元數(shù)據(jù)邊，剔除所有的內(nèi)部公共邊，得到共面輪廓線集合。本步驟主要由以下七個(gè)步驟組成步驟①在系數(shù)共面映射表ALLMAP中任取一個(gè)共面的單元數(shù)據(jù)面集合CoMap。步驟②生成一個(gè)共面單元數(shù)據(jù)邊集合EdgeMap，初始為空。
步驟③從共面的單元數(shù)據(jù)面集合CoMap中任取一個(gè)單元數(shù)據(jù)面Face，依據(jù)數(shù)據(jù) 面分解原理，將單元數(shù)據(jù)面分解成單元數(shù)據(jù)邊Edge，將所有的單元數(shù)據(jù)面都分解成單元數(shù) 據(jù)邊。步驟④對于分解得到的每條單元數(shù)據(jù)邊Edge取逆向邊；判斷EdgeMap中是否包 含此單元數(shù)據(jù)邊的逆向邊如果是，則說明含有重合的單元數(shù)據(jù)邊，從EdgeMap中刪除該單 元數(shù)據(jù)邊的逆向邊；否則，在EdgeMap中插入此單元數(shù)據(jù)邊，最后形成的EdgeMap中的所有 單元數(shù)據(jù)邊組成共面輪廓線集合。步驟⑤判斷CoMAP中的單元數(shù)據(jù)面集合中單元數(shù)據(jù)邊是否遍歷完畢，如果是，進(jìn) 入下一步，否則返回步驟④。步驟⑥獲取CoMAP中的平面方程系數(shù)，該平面方程系數(shù)與EdgeMap組成共面輪廓
線集合。步驟⑦判斷ALLMAP中所有的共面的單元數(shù)據(jù)面集合CoMAP是否遍歷完畢，如果 是進(jìn)入下一步，否則返回步驟①。步驟4 將步驟3中所有共面輪廓線集合進(jìn)行輪廓線分組，將形成封閉廓線的邊分
為一組。本步驟的主要是為了從共面輪廓線集合中將輪廓線進(jìn)行分組，提取構(gòu)成單條輪廓 線的全部單元數(shù)據(jù)邊的集合。該步驟主要由以下六個(gè)步驟組成步驟①從全部共面輪廓線集合中取一個(gè)共面輪廓線集合EdgeMap。建立一個(gè)輪 廓線向量Vector，初始為空。步驟②從EdgeMap中取出一個(gè)初始單元數(shù)據(jù)邊，將初始單元數(shù)據(jù)邊標(biāo)記為當(dāng)前 單元數(shù)據(jù)邊CurrentEdge，初始單元數(shù)據(jù)邊的第一個(gè)端點(diǎn)標(biāo)記為初始點(diǎn)StartPoint。步驟③以CurrentEdge的第二個(gè)端點(diǎn)為索引點(diǎn)在EdgeMap查找到第一端點(diǎn)與之 相同的單元數(shù)據(jù)邊。步驟④判斷該單元數(shù)據(jù)邊的第二端點(diǎn)是否與初始點(diǎn)StartPoint相同若相同， 說明組成為一條閉合的輪廓線，進(jìn)入下一步驟。若不相同，說明沒有閉合，將該條單元數(shù)據(jù)
邊標(biāo)記CurrentEdge，并將原CurrentEdge順序插入到Vector且從EdgeMap刪除，返回步驟③。步驟⑤判斷當(dāng)前EdgeMap是否為空是，進(jìn)入下一步驟；否，返回步驟②。步驟⑥判斷所有EdgeMap是否遍歷完畢是，進(jìn)入下一步驟；否，返回步驟①。步驟5 根據(jù)輪廓線向量集合Vector中每一組封閉輪廓線生成一個(gè)獨(dú)立的拓?fù)?面，并判斷此拓?fù)涿鏋槎催€是表面，對所有的非洞表面執(zhí)行布爾求和運(yùn)算，對洞執(zhí)行布爾求 差運(yùn)算，生成三維模型。本步驟是為了根據(jù)輪廓線的點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息通過三維建模平臺生成和有限元模型 包含相同的三維幾何信息的三維模型。該步驟主要由以下七個(gè)步驟組成步驟①從所有共面輪廓線集合取一個(gè)共面輪廓線集合。步驟②從該共面封閉輪廓線向量集合中取一條輪廓線向量Vector。步驟③根據(jù)該輪廓線的向量中所有點(diǎn)的坐標(biāo)信息生成三維建模平臺的拓?fù)溥叄?br> 7并以此拓?fù)溥吷扇S建模平臺中的拓?fù)涿?。步驟④判斷當(dāng)前共面封閉輪廓線向量集合中的所有輪廓線向量Vector是否遍 歷完畢是，進(jìn)入下一步驟；否，返回步驟②。步驟⑤將生成的所有三維建模平臺中的拓?fù)涿孢M(jìn)行位置關(guān)系(例如使用 OpenCascade)判斷，并從外到內(nèi)進(jìn)行布爾運(yùn)算(位置關(guān)系判斷和布爾運(yùn)算使用三維建模平 臺的API，例如OpenCascade的BR印AlgoAPI運(yùn)算庫)，生成有限元模型外表面在該平面上 的外形結(jié)構(gòu)。步驟⑥判斷所有共面輪廓線集合是否遍歷完畢如是，進(jìn)入下一步驟；否則，返 回步驟①。步驟⑦將生成所有平面上的外型結(jié)構(gòu)進(jìn)行融合(例如OpenCascade的 BR印AlgoAPI_FUse操作)，得到與有限元三維幾何信息相同的三維模型，結(jié)束。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(1)將有限元模型在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中重用，借助虛擬現(xiàn)實(shí)豐富的顯示技術(shù)，有利于 更好的觀察和分析有限元分析的結(jié)果，同時(shí)，有限元應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，使得虛擬現(xiàn)實(shí) 系統(tǒng)的模型更能深刻反應(yīng)真實(shí)世界的物理規(guī)律。(2)提供了一種快速、穩(wěn)定重構(gòu)方法，滿足了模型在三維平臺上實(shí)時(shí)渲染和驅(qū)動(dòng)的需求。(3)應(yīng)用本發(fā)明提供的方法得到的三維有限元模型有如下優(yōu)點(diǎn)，包括1、對幾何 體進(jìn)行布爾操作(相加，相減，相交運(yùn)算)；2、幾何空間關(guān)系計(jì)算(法線，點(diǎn)積，叉積，投影， 擬合等)；3、幾何體分析(質(zhì)心，體積，曲率等)；4、模型空間變換(平移，縮放，旋轉(zhuǎn))；5、紋 理和材質(zhì)渲染；6、模型驅(qū)動(dòng)(如漫游)。可以在常見的建?；蜾秩酒脚_上進(jìn)行渲染，使其視 覺效果更加逼真，具有良好的顯示性能。通過準(zhǔn)確高效的剔除內(nèi)部冗余數(shù)據(jù)簡化了模型，從 而提高渲染速率。


圖1為本發(fā)明提供的快速三維可視化方法流程圖；圖2為本發(fā)明步驟1方法流程圖；圖3為本發(fā)明步驟2方法流程圖；圖4為本發(fā)明步驟3方法流程圖；圖5為本發(fā)明步驟4方法流程圖；圖6為本發(fā)明步驟5方法流程圖；圖7為有限元模型在OpenCascade環(huán)境中共面融合快速渲染效果圖；圖8為有限元軟件分析后在OpenGL重構(gòu)和渲染的三維可視化效果圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明提供一種基于有 限元分析后處理結(jié)果的三維可視化方法，流程圖如圖1所示，主要包括如下步驟步驟1 生 成網(wǎng)格單元體集合，分解網(wǎng)格單元體，剔除網(wǎng)格單元體內(nèi)部的公共數(shù)據(jù)面，生成外輪廓面集
I=I O
有限元模型數(shù)據(jù)主要包含兩類網(wǎng)格單元數(shù)據(jù)和頂點(diǎn)數(shù)據(jù)。網(wǎng)格單元數(shù)據(jù)存儲構(gòu) 成該單元的頂點(diǎn)索引值(如六面體網(wǎng)格單元存儲其構(gòu)成的8個(gè)頂點(diǎn)的索引值)，而頂點(diǎn)數(shù)據(jù) 則存儲與索引值對應(yīng)的頂點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)。根據(jù)全部的網(wǎng)格單元信息和頂點(diǎn)信息可確定 有限元模型的所有空間幾何參數(shù)。為了方便闡述本發(fā)明的原理和步驟，這里引入三個(gè)專有術(shù)語如下數(shù)據(jù)面對應(yīng)于某一幾何面的邊緣頂點(diǎn)坐標(biāo)信息及其索引順序。只要有數(shù)據(jù)面的 數(shù)據(jù)信息就能在三維工具軟件(如OpenGL、OpenCascade)中構(gòu)造出幾何面模型。單元數(shù)據(jù)面對應(yīng)于三維網(wǎng)格數(shù)據(jù)中基本網(wǎng)格單元的某一幾何面的數(shù)據(jù)面。單元數(shù)據(jù)邊對應(yīng)于單元數(shù)據(jù)面上的某一幾何邊，是一條矢量邊，存儲邊的端點(diǎn)信 息和先后順序。本步驟的目的是從有限元模型的網(wǎng)格單元數(shù)據(jù)中篩選出包含該有限元模型的外 表面幾何信息的所有單元數(shù)據(jù)面的集合。由于有限元模型的基本網(wǎng)格單元數(shù)量非常多(如 結(jié)構(gòu)分析時(shí)動(dòng)輒劃分出幾萬個(gè)到幾十萬個(gè)基本網(wǎng)格單元)，如果直接將每一個(gè)基本網(wǎng)格單 元都重新生成出來，不僅系統(tǒng)運(yùn)行效率低，而且運(yùn)算極不穩(wěn)定，因此模型難以重構(gòu)。減少模 型重構(gòu)的數(shù)據(jù)量是一種提高運(yùn)行效率和降低重構(gòu)復(fù)雜度的有效辦法，因?yàn)樵谌S顯示過程 中所關(guān)注的是模型外部的顯示效果，而與內(nèi)部結(jié)構(gòu)無關(guān)，所以可以消去物體內(nèi)部多余的網(wǎng) 格單元，只保留最外層的網(wǎng)格單元的可見的單元數(shù)據(jù)面。網(wǎng)格單元分解和可見數(shù)據(jù)面篩選原理首先，對網(wǎng)格單元體進(jìn)行單元數(shù)據(jù)面的規(guī)劃。由于網(wǎng)格單元都處在同一坐標(biāo)系下， 且網(wǎng)格單元中的頂點(diǎn)順序是一致的，都以底部左上角頂點(diǎn)為起始頂點(diǎn)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。因此， 可以按照一定的順序規(guī)劃出網(wǎng)格單元的所有單元數(shù)據(jù)面。如一個(gè)點(diǎn)索引為1、2、3、4、5、6、 7、8的六面體形狀的網(wǎng)格單元，它的六個(gè)面的點(diǎn)索引通過如下方式得到規(guī)定從該單元外 往里看時(shí)該面時(shí)的逆時(shí)針方向進(jìn)行點(diǎn)排列，那么1265、4378、5678、1234、1584和2673分別 是它前、后、下、上、右和左六個(gè)數(shù)據(jù)面的點(diǎn)索引順序。每一個(gè)六面體網(wǎng)格單元可分解得到6 個(gè)單元數(shù)據(jù)面。6個(gè)單元數(shù)據(jù)面生成一個(gè)存儲單元數(shù)據(jù)面的集合，集合對單元數(shù)據(jù)面具有 查找、刪除和插入的功能。該集合初始時(shí)為空，將分解得到的單元數(shù)據(jù)面逐一插入集合中。 單元數(shù)據(jù)面的插入遵循以下原則插入時(shí)首先進(jìn)行查找操作，若此單元數(shù)據(jù)面在該集合中， 則不插入且刪除已有的單元數(shù)據(jù)面；若不在該集合中，則插入該單元數(shù)據(jù)面。通過該處理過 程，有限元模型的數(shù)據(jù)中處在內(nèi)部的單元數(shù)據(jù)面將全部被消去，只剩下模型的最外層的單 元數(shù)據(jù)面，即為模型外表面的可見單元數(shù)據(jù)面的集合。對于某一基本網(wǎng)格單元來說，N1 N8為八節(jié)點(diǎn)六面體網(wǎng)格單元的8個(gè)頂點(diǎn)，N1 (num, X1, Y1, Z1)代表頂點(diǎn)的索引號和坐標(biāo)值，按照從單元外面看為逆時(shí)針方向?qū)⒕W(wǎng)格單元 劃分為6個(gè)單元數(shù)據(jù)面，即為
'f,=(nvn2,n6,n5) γ2=(να,ν ν ,ν&) γ3=(ν5,ν6,ν ,ν8) f4 ^(n1,n2,n3,n,) f5={n n5,ns,n,)
f6={n2,n6,n7,n3)
選取最外層的單元數(shù)據(jù)面的原則即是
權(quán)利要求
一種基于有限元分析后處理結(jié)果的快速三維可視化方法，其特征在于步驟1生成網(wǎng)格單元體集合，分解網(wǎng)格單元體，剔除內(nèi)部的公共數(shù)據(jù)面，生成外輪廓面集合；步驟2對步驟1中生成的外輪廓面集合進(jìn)行共面分組，將所有位于同一個(gè)平面上的單元數(shù)據(jù)面歸為一組，每組為一個(gè)共面的單元數(shù)據(jù)面集合CoMAP；步驟3將每一組共面的單元數(shù)據(jù)面集合中的所有單元數(shù)據(jù)面分解成為獨(dú)立的單元數(shù)據(jù)邊，剔除所有的內(nèi)部公共邊，得到共面輪廓線集合；步驟4將步驟3中的所有共面輪廓線集合進(jìn)行輪廓線分組，將所有形成封閉廓線的邊分為一組；步驟5根據(jù)輪廓線向量集合Vector中每一組封閉輪廓線生成一個(gè)獨(dú)立的拓?fù)涿?，并判斷此拓?fù)涿鏋槎催€是表面，對所有的非洞表面執(zhí)行布爾求和運(yùn)算，對洞執(zhí)行布爾求差運(yùn)算，生成三維模型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有限元分析后處理結(jié)果的快速三維可視化方法，其特征 在于所述的步驟1主要由以下步驟實(shí)現(xiàn)步驟①讀入全部網(wǎng)格單元體集合中的網(wǎng)格單元數(shù)據(jù)；步驟②將每一個(gè)網(wǎng)格單元數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)面頂點(diǎn)定義順序劃分成不同單元數(shù)據(jù)面 Face ；步驟③生成一個(gè)初始時(shí)為空的數(shù)據(jù)面集合FaceMAP，判斷單元數(shù)據(jù)面Face是否存在 數(shù)據(jù)面集合FaceMAP中如果存在，則從FaceMAP刪除此數(shù)據(jù)面；如果不存在，則在FaceMAP 中添加此單元數(shù)據(jù)面；步驟④判斷全部網(wǎng)格單元體集合中的網(wǎng)格單元數(shù)據(jù)是否遍歷完畢如果沒有遍歷完 畢，則返回步驟①；否則，該階段結(jié)束，數(shù)據(jù)面集合中存儲了所有網(wǎng)格單元體的外表面的可 見單元數(shù)據(jù)面，稱之為外輪廓面集合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有限元分析后處理結(jié)果的快速三維可視化方法，其特征 在于所述的步驟2主要由以下四個(gè)步驟組成步驟①生成一個(gè)系數(shù)共面映射表ALLMAP，所述的ALLMAP為平面方程系數(shù)和單元數(shù)據(jù) 面集合組成的映射表，其中的平面方程系數(shù)與單元數(shù)據(jù)面集合為一一對應(yīng)的關(guān)系；步驟②從外輪廓面集合中任取一單元數(shù)據(jù)面，獲取單元數(shù)據(jù)面的頂點(diǎn)數(shù)據(jù)，求解該單 元數(shù)據(jù)面的平面方程，獲取平面方程系數(shù)D ；步驟③在系數(shù)共面映射表ALLMAP中查找，判斷該平面方程系數(shù)是否在系數(shù)共面映射 表ALLMAP中，如果是，獲取此系數(shù)對應(yīng)的單元數(shù)據(jù)面集合CoMAP，將當(dāng)前單元數(shù)據(jù)面添加 到對應(yīng)的單元數(shù)據(jù)面集合CoMAP中；否則，生成與此系數(shù)對應(yīng)的單元數(shù)據(jù)面集合CoMAP，將 當(dāng)前單元數(shù)據(jù)面添加到單元數(shù)據(jù)面集合CoMAP中，并將此系數(shù)和新生成的單元數(shù)據(jù)面集合 CoMAP 一起添加到ALLMAP中；步驟④判斷輪廓面集合中的所有單元數(shù)據(jù)面是否遍歷完畢如果不是，返回步驟②； 如果是，該階段結(jié)束，系數(shù)共面映射表ALLMAP中的單元數(shù)據(jù)面集合CoMAP為共面的單元數(shù) 據(jù)面集合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有限元分析后處理結(jié)果的快速三維可視化方法，其特征 在于所述的步驟3主要由以下七個(gè)步驟組成步驟①在系數(shù)共面映射表ALLMAP中任取一個(gè)共面的單元數(shù)據(jù)面集合CoMap ； 步驟②生成一個(gè)共面單元數(shù)據(jù)邊集合EdgeMap，初始為空；步驟③從共面的單元數(shù)據(jù)面集合CoMap中任取一個(gè)單元數(shù)據(jù)面Face，依據(jù)數(shù)據(jù)面 分解原理，將單元數(shù)據(jù)面分解成單元數(shù)據(jù)邊Edge，將所有的單元數(shù)據(jù)面都分解成單元數(shù)據(jù) 邊；步驟④對于分解得到的每條單元數(shù)據(jù)邊Edge取逆向邊；判斷EdgeMap中是否包含此 單元數(shù)據(jù)邊的逆向邊如果是，則說明含有重合的單元數(shù)據(jù)邊，從EdgeMap中刪除該單元數(shù) 據(jù)邊的逆向邊；否則，在EdgeMap中插入此單元數(shù)據(jù)邊，最后形成的EdgeMap中的所有單元 數(shù)據(jù)邊組成共面輪廓線集合；步驟⑤判斷CoMAP中的單元數(shù)據(jù)面集合中單元數(shù)據(jù)邊是否遍歷完畢，如果是，進(jìn)入下 一步，否則返回步驟④。步驟⑥獲取CoMAP中的平面方程系數(shù)，該平面方程系數(shù)與EdgeMap組成共面輪廓線集合；步驟⑦判斷ALLMAP中所有的共面的單元數(shù)據(jù)面集合CoMAP是否遍歷完畢，如果是進(jìn) 入步驟4，否則返回步驟①。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有限元分析后處理結(jié)果的快速三維可視化方法，其特征 在于所述的步驟4主要由以下六個(gè)步驟組成步驟①從全部共面輪廓線集合中取一個(gè)共面單元數(shù)據(jù)邊集合EdgeMap ；建立一個(gè)輪 廓線向量Vector，初始為空；步驟②從EdgeMap中取出一個(gè)初始單元數(shù)據(jù)邊，將初始單元數(shù)據(jù)邊標(biāo)記為當(dāng)前單元 數(shù)據(jù)邊CurrentEdge，初始單元數(shù)據(jù)邊的第一個(gè)端點(diǎn)標(biāo)記為初始點(diǎn)StartPoint ；步驟③以CurrentEdge的第二個(gè)端點(diǎn)為索引點(diǎn)在EdgeMap查找到第一端點(diǎn)與之相同 的單元數(shù)據(jù)邊；步驟④判斷該單元數(shù)據(jù)邊的第二端點(diǎn)是否與初始點(diǎn)StartPoint相同若相同，說明 組成為一條閉合的輪廓線，進(jìn)入步驟⑤，若不相同，說明沒有閉合，將該條單元數(shù)據(jù)邊標(biāo)記 CurrentEdge,并將原CurrentEdge順序插入到Vector且從EdgeMap刪除，返回步驟③； 步驟⑤判斷當(dāng)前EdgeMap是否為空如果是，進(jìn)入步驟⑥；否則，返回步驟②； 步驟⑥判斷所有EdgeMap是否遍歷完畢如果是，進(jìn)入步驟5 ；否則，返回步驟①。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有限元分析后處理結(jié)果的快速三維可視化方法，其特征 在于所述的步驟5主要由以下七個(gè)步驟組成步驟①從所有共面封閉輪廓線集合取一個(gè)共面封閉輪廓線向量集合； 步驟②從該共面封閉輪廓線向量集合中取一條輪廓線向量Vector ； 步驟③根據(jù)該輪廓線向量中所有點(diǎn)的坐標(biāo)信息生成三維建模平臺的拓?fù)溥?，并以?拓?fù)溥吷扇S建模平臺中的拓?fù)涿?；步驟④判斷當(dāng)前共面封閉輪廓線向量集合中的所有輪廓線向量Vector是否遍歷完 畢如果是，進(jìn)入步驟⑤；否則，返回步驟②；步驟⑤將生成的所有三維建模平臺中的拓?fù)涿孢M(jìn)行位置關(guān)系判斷，并從外到內(nèi)進(jìn)行 布爾運(yùn)算生成有限元模型外表面在該平面上的外形結(jié)構(gòu)；步驟⑥判斷所有共面封閉輪廓線向量集合是否遍歷完畢如果是，進(jìn)入步驟⑦；否則，返回步驟①；步驟⑦將生成所有平面上的外型結(jié)構(gòu)進(jìn)行融合，得到與有限元三維幾何信息相同的 三維模型，結(jié)束。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有限元分析后處理結(jié)果的快速三維可視化方法，其特征 在于所述的單元數(shù)據(jù)面對應(yīng)于三維網(wǎng)格數(shù)據(jù)中基本網(wǎng)格單元的某一幾何面的數(shù)據(jù)面；所 述的單元數(shù)據(jù)邊對應(yīng)于單元數(shù)據(jù)面上的某一幾何邊，是一條矢量邊，存儲邊的端點(diǎn)信息和 先后順序。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于有限元分析后處理結(jié)果的三維可視化方法，屬于三維可視化顯示技術(shù)領(lǐng)域。通過對生成的網(wǎng)格單元體分解，剔除內(nèi)部的公共數(shù)據(jù)面，生成外輪廓面集合；對外輪廓面集合進(jìn)行共面分組，得到共面的單元數(shù)據(jù)面集合CoMAP；將每一組CoMAP中的所有單元數(shù)據(jù)面分解成為獨(dú)立的單元數(shù)據(jù)邊，剔除所有的內(nèi)部公共邊，得到共面輪廓線集合；對所有共面輪廓線集合進(jìn)行輪廓線分組，將所有形成封閉廓線的邊分為一組；最后根據(jù)每一組封閉輪廓線生成一個(gè)獨(dú)立的拓?fù)涿?，并判斷此拓?fù)涿鏋槎催€是表面，對所有的非洞表面執(zhí)行布爾求和運(yùn)算，對洞執(zhí)行布爾求差運(yùn)算，生成三維模型。本發(fā)明為有限元分析技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的結(jié)合使用提供了一種途徑。
文檔編號G06T17/00GK101982837SQ20101028771
公開日2011年3月2日 申請日期2010年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月19日
發(fā)明者李亮, 李妮, 黃展鵬, 龔光紅 申請人:北京航空航天大學(xué)