一种着装人体热质传递并行仿真方法及其系统技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种着装人体热质传递并行仿真方法及其系统，其中，该方法包括：对人体着装组合、外部环境、活动状态参数进行预处理；对人体和服装进行并行物理仿真计算；对并行仿真获取的人体体征参数结果进行可视化呈现。实施本发明专利技术实施例，能够通过用户信息的采集，环境信息的采集，活动相关参数的输入以及建立的人体和服装系统的数学模型对热质传递过程进行并行仿真，并将物理仿真得到的人体体征数据进行可视化处理并显示。

Method and system for parallel simulation of human body heat and mass transfer

The embodiment of the invention discloses a dress body heat and mass transfer in parallel simulation method and system, wherein, the method comprises the following steps: on the clothing combination, external environment, activity state parameters of pretreatment on the human body and clothing; parallel physical simulation; visual presentation of human sign parameters simulation results obtained in parallel. The embodiment of the invention, through the collection of user information, the environment information collection, the mathematical model of activities related to input parameters and the establishment of the human body and the clothing system for parallel simulation of heat and mass transfer process, and the physical simulation of the human body signs data in visual processing and display.

【技术实现步骤摘要】
一种着装人体热质传递并行仿真方法及其系统
本专利技术涉及计算机仿真、纺织学、数据可视化
，尤其涉及一种着装人体热质传递并行仿真方法及其系统。
技术介绍
人体的生理活动都是在特定的温度范围内进行的，离开这个特定的温度范围人体就会出现代谢紊乱，甚至威胁到生命。人体的内部温度必须维持在370.5℃，且最大偏差为2℃。正常情况下着装人体的主要功能就是维持人体温度稳定，服装的基本功能就是保持人体在热环境中的热平衡和热舒适性。环境、人体、服装以及人体活动状态共同决定了人体的各项体征参数。虽然计算机仿真技术已经在纺织和服装领域广泛地应用，但在服装领域计算机辅助设计(ComputerAidedDesign，CAD)系统并没有得到开发和利用。其中一个重要原因是环境、人体、以及织物之间复杂的热湿传递机理。人体在着装状态下，身体和环境时刻在进行能量交换，人体本身产生的水分与周围环境中的水分之间的能量交换的平衡决定了人体的舒适感觉，人体的着装在能量交换中起着调节热湿传递的作用。通过对着装人体进行数学建模并进行物理仿真对于科学研究意义重大。首先建立准确的数学模型进行仿真可以预测许多实验室测量不到的数据，例如着装人体在极限条件下的反应；其次可以节省人力财力来仿真那些特殊的实验环境，例如太空环境下着装人体的热质传递；另外建立准确的仿真模型可以准确的仿真瞬间变化的环境状况，这对于指导实际生活意义重大，因为实际生活中许多情况是瞬间变化，例如大量的人同时涌入到地铁车厢内。着装人体复杂的热湿传递机理使得在使用有限元方法进行仿真时，人体被划分为许多网元，这导致了完成物理仿真所需时间成为了仿真系统的一大短板。如何根据几何、环境以及性能相似性原理将所建立的模型转化为较为简单的模型以降低物理仿真的时间消耗成为迫切需要解决工程问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种着装人体热质传递并行仿真方法及系统，能够通过用户信息的采集，环境信息的采集，活动相关参数的输入以及建立的人体和服装系统的数学模型对热质传递过程进行并行仿真，并将物理仿真得到的人体体征数据进行可视化处理并显示。为了解决上述问题，本专利技术提出了一种着装人体热质传递并行仿真方法，所述方法包括：对人体着装组合、外部环境、活动状态参数进行预处理；对人体和服装进行并行物理仿真计算；对并行仿真获取的人体体征参数结果进行可视化呈现。优选地，所述对人体着装组合、外部环境、活动状态参数进行预处理的步骤包括：获取人体着装组合的相关参数；对外部环境参数进行设置；对活动参数进行设置；对仿真控制参数进行设置；采集人体初始的体征参数。优选地，所述获取人体着装组合的相关参数的步骤，包括：设置人体上半身和下半身所穿服装的组合；设置人体所穿服装的层数；设置服装覆盖所需人体部位；设置每一层所采用何种纺织材料；设置每一层纺织材料的厚度。优选地，所述对人体和服装进行并行物理仿真计算的步骤，包括：进行人体热生理平衡的数学建模，对人体部位细分为有限体积元；进行服装系统的建模，将服装系统分层，每一层使用不同的织物，并将其看成是多孔的非饱和介质，每一层织物和空气层交错出现，对每一层织物建立热质平衡方程；采用并行有限元处理中的大规模并行方法处理有限体积元。优选地，所述对并行仿真获取的人体体征参数结果进行可视化呈现的步骤，包括：将仿真后不同人体部位的温度放入到二维坐标系上进行可视化呈现，并将仿真结果和实验测试结果进行对比；将服装的表面的温度放入到二维坐标系上进行可视化呈现，并将仿真结果和实验测试结果进行对比；将人体不同部位的出汗率、皮肤水汽蒸发率放入到二维坐标系上进行可视化显示。相应地，本专利技术还提供一种着装人体热质传递并行仿真系统，所述系统包括：信息输入模块，用于对人体着装组合、外部环境、活动状态参数进行预处理；并行仿真模块，用于对人体和服装进行并行物理仿真计算；可视化处理模块，用于对并行仿真获取的人体体征参数结果进行可视化呈现。优选地，所述信息输入模块包括：服装组合构建单元，用于获取人体着装组合的相关参数；环境参数构建单元，用于对外部环境参数进行设置；活动参数构建单元，用于对活动参数进行设置；仿真控制构建单元，用于对仿真控制参数进行设置；采集单元，用于采集人体初始的体征参数。优选地，所述服装组合构建单元还用于设置人体上半身和下半身所穿服装的组合；设置人体所穿服装的层数；设置服装覆盖所需人体部位；设置每一层所采用何种纺织材料；设置每一层纺织材料的厚度。优选地，所述并行仿真模块包括：人体建模单元，用于进行人体热生理平衡的数学建模，对人体部位细分为有限体积元；服装建模单元，用于进行服装系统的建模，将服装系统分层，每一层使用不同的织物，并将其看成是多孔的非饱和介质，每一层织物和空气层交错出现，对每一层织物建立热质平衡方程；处理单元，用于采用并行有限元处理中的大规模并行方法处理有限体积元。优选地，所述可视化处理模块包括：对比单元，用于将仿真后不同人体部位的温度放入到二维坐标系上进行可视化呈现，并将仿真结果和实验测试结果进行对比；将服装的表面的温度放入到二维坐标系上进行可视化呈现，并将仿真结果和实验测试结果进行对比；显示单元，用于将人体不同部位的出汗率、皮肤水汽蒸发率放入到二维坐标系上进行可视化显示。在本专利技术实施例中，通过用户信息的采集，环境信息的采集，活动相关参数的输入以及建立的人体和服装系统的数学模型对热质传递过程进行并行仿真，并将物理仿真得到的人体体征数据进行可视化处理并显示；通过数学模型的仿真得到的人体体征参数数据可以及时地预警人在不同运动状态下的危险性；同时可以提高计算机集群资源的有效利用，缩短仿真时间耗费，同时为医疗健康大数据领域实时预警人体在不同状态下的运动成为可能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1是本专利技术实施例的着装人体热质传递并行仿真方法的流程示意图；图2是本专利技术实施例中参数预处理的流程示意图；图3是本专利技术实施例中对人体和服装进行并行物理仿真计算的流程示意图；图4a、4b是本专利技术实施例中人体组织部分及人体有限元的划分示意图；图5是本专利技术实施例中非均匀服装系统的示意图；图6是本专利技术实施例中人体有限元中的边界节点的示意图；图7是本专利技术实施例中并行求解的模型分区和CPU布局的示意图；图8是本专利技术实施例中执行引擎的执行流程图；图9a、9b分别是本专利技术实施例中仿真人体温度和出汗率变化可视化图和仿真着装人体服装温度和水汽浓度变化可视化图；图10是本专利技术实施例的着装人体热质传递并行仿真系统的结构组成示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1是本专利技术实施例的着装人体热质传递并行仿真方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括：S1，对人体着本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种着装人体热质传递并行仿真方法，其特征在于，所述方法包括：对人体着装组合、外部环境、活动状态参数进行预处理；对人体和服装进行并行物理仿真计算；对并行仿真获取的人体体征参数结果进行可视化呈现。

【技术特征摘要】
1.一种着装人体热质传递并行仿真方法，其特征在于，所述方法包括：对人体着装组合、外部环境、活动状态参数进行预处理；对人体和服装进行并行物理仿真计算；对并行仿真获取的人体体征参数结果进行可视化呈现。2.如权利要求1所述的着装人体热质传递并行仿真方法，其特征在于，所述对人体着装组合、外部环境、活动状态参数进行预处理的步骤包括：获取人体着装组合的相关参数；对外部环境参数进行设置；对活动参数进行设置；对仿真控制参数进行设置；采集人体初始的体征参数。3.如权利要求2所述的着装人体热质传递并行仿真方法，其特征在于，所述获取人体着装组合的相关参数的步骤，包括：设置人体上半身和下半身所穿服装的组合；设置人体所穿服装的层数；设置服装覆盖所需人体部位；设置每一层所采用何种纺织材料；设置每一层纺织材料的厚度。4.如权利要求1所述的着装人体热质传递并行仿真方法，其特征在于，所述对人体和服装进行并行物理仿真计算的步骤，包括：进行人体热生理平衡的数学建模，对人体部位细分为有限体积元；进行服装系统的建模，将服装系统分层，每一层使用不同的织物，并将其看成是多孔的非饱和介质，每一层织物和空气层交错出现，对每一层织物建立热质平衡方程；采用并行有限元处理中的大规模并行方法处理有限体积元。5.如权利要求1所述的着装人体热质传递并行仿真方法，其特征在于，所述对并行仿真获取的人体体征参数结果进行可视化呈现的步骤，包括：将仿真后不同人体部位的温度放入到二维坐标系上进行可视化呈现，并将仿真结果和实验测试结果进行对比；将服装的表面的温度放入到二维坐标系上进行可视化呈现，并将仿真结果和实验测试结果进行对比；将人体不同部位的出汗率、皮肤水汽蒸发率放入到二维坐标系上进行可视化显示。6.一种着装人体热质传递并行仿真系统，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈小辉，周凡，王若梅，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44