三维可视化技术与数值模拟技术融合的实现方法与系统技术方案

本发明专利技术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，通过研究并确定对象各个实体单元的各个边界面上的控制点与数值模拟剖分的网格节点之间的一一对应关系，用网格节点代替边界面上控制点的方法得到这些控制点在未来不同时刻的新的位置坐标，实现了三维可视化与数值模拟的网格对接，从而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。

【技术实现步骤摘要】
三维可视化技术与数值模拟技术融合的实现方法与系统
本专利技术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，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。根据本专利技术的其中一方面，本专利技术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的控制点；S2、把每个边界面的控制点与数值模拟网格的节点进行对应分析，建立这些控制点与数值模拟网格节点的一一对应关系；S3、通过数值模拟技术对所述数值模拟网格节点进行模拟；S4、根据所述一一对应关系以及步骤S3得到的模拟结果，得到控制点在未来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模型。优选地，在本专利技术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：依据各个边界面上的控制点在未来不同时刻的坐标集，通过三维可视化中散点成面的方法，建立研究对象在未来不同时刻的三维模型。优选地，在本专利技术的三维可视化技术与数值模拟技术融合的实现方法中，还包括步骤：通过获得的未来时刻各个控制点的三维坐标和未来时刻研究对象的三维模型，以未来某个时间点的三维模型为初始条件，计算未来另一时间节点的变化参数和进行发展趋势分析。优选地，在本专利技术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中建立三维模型具体为：得到研究对象在某个时间点的瞬态三维模型和/或在所述瞬态三维模型上基于三维可视化技术的属性-空间分析功能进行关键时间节点分析。优选地，在本专利技术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中建立三维模型具体为：基于步骤S4得到的未来时刻各个网格节点的三维坐标，得到未来任意时刻瞬间的真三维静态实体模型。优选地，在本专利技术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还包括步骤：通过未来不同瞬间的三维模型来实现研究对象的三维动态逼真模拟。根据本专利技术的另一方面，本专利技术解决其技术问题，还提供一种三维可视化技术与数值模拟技术融合的实现系统，包括如下模块：控制点获取模块，用于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的控制点；对应关系建立模块，用于把每个边界面的控制点与数值模拟网格的节点进行对应分析，建立这些控制点与数值模拟网格节点的一一对应关系；数值模拟模块，用于通过数值模拟技术对所述数值模拟网格节点进行模拟；数据处理模块，用于根据所述一一对应关系以及数值模拟模块得到的模拟结果，得到控制点在未来时刻的新的位置坐标；模型建立模块，用于根据所述新的位置坐标建立未来时刻的三维模型。优选地，在本专利技术的三维可视化技术与数值模拟技术融合的实现系统中，所述模型建立模块具体为用于：依据各个边界面上的控制点在未来不同时刻的坐标集，通过三维可视化中散点成面的方法，建立研究对象在未来不同时刻的三维模型。优选地，在本专利技术的三维可视化技术与数值模拟技术融合的实现系统中，所述模型建立模块中建立三维模型具体为：得到研究对象在某个时间点的瞬态三维模型和/或在所述瞬态三维模型上基于三维可视化技术的属性-空间分析功能进行关键时间节点分析。优选地，在本专利技术的三维可视化技术与数值模拟技术融合的实现系统中，所述模型建立模块中建立三维模型具体为：基于数据处理模块得到的未来时刻各个网格节点的三维坐标，得到未来任意时刻瞬间的真三维静态实体模型。本专利技术通过研究并确定对象各个实体单元的各个边界面上的控制点与数值模拟剖分的网格节点之间的一一对应关系，用网格节点代替边界控制点的方法实现了三维可视化与数值模拟的网格对接，从而使两者可以有效融合：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的控制点，把每个边界面的控制点与数值模拟网格的节点进行对应分析，获得这些控制点与数值模拟网格节点的一一对应关系，通过数值模拟技术得到这些控制点在未来不同时刻的新的位置坐标。依据各个边界面上的控制点在未来不同时刻的坐标集，通过三维可视化中散点成面的方法，建立研究对象在未来不同时刻的三维模型。由于可以建立未来不同时刻的研究对象的三维模型，因而既可以得到研究对象在某个关键时间点的瞬态三维模型，也可以在此瞬态模型上基于三维可视化技术丰富的属性-空间分析功能进行关键时间节点分析。进而可以通过未来不同瞬间的三维模型来实现研究对象的三维动态逼真模拟。本专利技术通过研究对象各个实体单元的各个边界面上的控制点与数值模拟剖分的网格节点之间一一对应关系的确定，用网格节点代替边界控制点的方法得到这些控制点在未来不同时刻的新的位置坐标，实现了三维可视化与数值模拟的网格对接，从而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模型，为研究对象的过程模拟提供更好的技术支持。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1(a)是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维可视化技术与数值模拟技术融合的实现方法，其特征在于，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的控制点；S2、把每个边界面的控制点与数值模拟网格的节点进行对应分析，建立这些控制点与数值模拟网格节点的一一对应关系；S3、通过数值模拟技术对所述数值模拟网格节点进行模拟；S4、根据所述一一对应关系以及步骤S3得到的模拟结果，得到控制点在未来时刻的新的位置坐标；S5、根据所述新的位置建立未来时刻的三维模型。

【技术特征摘要】
1.一种三维可视化技术与数值模拟技术融合的实现方法，其特征在于，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的控制点；S2、把每个边界面的控制点与数值模拟网格的节点进行对应分析，建立这些控制点与数值模拟网格节点的一一对应关系；S3、通过数值模拟技术对所述数值模拟网格节点进行模拟；S4、根据所述一一对应关系以及步骤S3得到的模拟结果，得到控制点在未来时刻的新的位置坐标；S5、根据所述新的位置建立未来时刻的三维模型。2.根据权利要求1所述的三维可视化技术与数值模拟技术融合的实现方法，其特征在于，所述步骤S5具体为：依据各个边界面上的控制点在未来不同时刻的坐标集，通过三维可视化中散点成面的方法，建立研究对象在未来不同时刻的三维实体模型。3.根据权利要求2所述的三维可视化技术与数值模拟技术融合的实现方法，其特征在于，还包括步骤：通过获得的未来时刻各个控制点的三维坐标和未来时刻研究对象的三维模型，以未来某个时间点的三维模型为初始条件，计算未来另一时间节点的变化参数和进行发展趋势分析。4.根据权利要求1所述的三维可视化技术与数值模拟技术融合的实现方法，其特征在于，所述步骤S5中建立三维模型具体为：得到研究对象在某个时间点的瞬态三维模型和/或在所述瞬态三维模型上基于三维可视化技术的属性-空间分析功能进行关键时间节点分析。5.根据权利要求1所述的三维可视化技术与数值模拟技术融合的实现方法，其特征在于，所述步骤S5中建立三维模型具体为：基于步骤S4得到的未来时刻各个网格节点的三维坐标，得到未来任意时刻瞬间的真三维静态实体模型。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：刘军旗，苏爱军，唐辉明，吴冲龙，滕伟福，王亮清，赵剑雄，王菁莪，张抒，封瑞雪，陈根深，邹宗兴，曾雯，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北,42