一种计算模型结构破损后的自动渲染方法技术

本发明专利技术涉及一种计算模型结构破损后的自动渲染方法，该方法基于结构的几何模型，进行构件级区域分割，并建立网格模型，对每个构件网格模型中的节点、单元等进行编排，使得模型精细化管理，在此基础上将计算得到的破口、变形等强力学效应特征参数映射到网格模型中，得到含有破口、变形等特征的网格模型，并进行格式转化，进而开展自动渲染。本方法有效解决有限元数值计算，特别是基于工程算法的结构模型产生破口、变形等效应的自动渲染，避免通过贴图进行渲染导致的人为因素影响较大，同时有效提高了渲染效率。提高了渲染效率。提高了渲染效率。

【技术实现步骤摘要】
一种计算模型结构破损后的自动渲染方法


[0001]本专利技术属于舰船、建筑、汽车等结构强度非线性计算领域，涉及一种计算模型结构破损后的自动渲染方法，具体涉及一种在计算过程中结构发生破口、变形等效果的自动渲染方法。

技术介绍

[0002]舰船、建筑等结构在遭遇武器弹药的侵彻、内爆、接触爆炸、近场爆炸时，由于武器弹药的侵彻、强冲击波、破片等毁伤元的作用，使得舰船、建筑等结构产生破口、变形等毁伤效果。汽车在行驶过程中，汽车之间、汽车与障碍物之间发生碰撞时，会产生结构大变形、破口等现象。目前，可通过非线性有限元数值计算、基于经验公式的工程计算、理论分析、试验研究等方法来获取结构破口和变形的大小、形状等参数。其中，理论分析涉及到大量的微分方程，难以得到解析解；试验实作成本高、风险大，可适当开展小样本的验证研究。随着超算、人工智能等技术的发展，数值计算、工程计算已成为这种非线性结构破坏结果获取的不可或缺的手段。
[0003]问题一：以有限元数值计算为例。一般，在数值计算过程中，先根据图纸、实物等数据建立计算对象的三维几何模型，目前这些三维模型的主要格式为igs、stl等多种格式，均可导入相关图形处理软件进行渲染。但数值计算模型必须在三维几何模型的基础上，进行网格划分，形成线单元、面单元、体单元等单元模型。在经过侵彻、爆炸、碰撞等非线性力学计算后，这些网格模型会产生随时间变化的一定形状的变形、破口等，这种模型变化的过程难以渲染。
[0004]问题二：在工程应用中，为了快速计算侵彻、爆炸、碰撞等问题，会在试验、数值计算、理论分析的基础上，按照量纲分析等方法，总结出结果较为可靠的工程计算方法，比如可以使用公式计算侵彻深度、爆炸破口大小、碰撞变形面积等。虽然相关参数的数值大小可通过计算得到，但为了更好的展示计算效果，需要将这些效果映射到三维几何模型上去展示，难度较大。目前，主要是通过人工进行贴图的方式进行，效率较低，也难以从时间序列上体现整个变化过程。
[0005]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种计算模型结构破损后的自动渲染方法，最大程度上实现软件自动处理，有效提高计算结果展示的效率。

技术实现思路

[0006]要解决的技术问题
[0007]为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种计算模型结构破损后的自动渲染方法。
[0008]技术方案
[0009]本专利技术技术方案的主要流程如图1所示。通过流程图分析，可以发现，基于有限元数值算法的模型自动渲染本质上就是原始几何模型
→
有限元模型
→
含有破口、变形等力学
效应的有限元网格模型
→
含有破口、变形等力学效应的几何模型
→
渲染模型的一个过程，较为简单。基于工程计算方法的模型自动渲染，重点解决如何从原始的结构三维几何模型转换到含有破口、变形等效果的三维几何模型，其关键点主要是工程计算方法得到的力学效应数据在几何结构上的映射方法。具体如下：
[0010]一种计算模型结构破损后的自动渲染方法，其特征在于步骤如下：
[0011]步骤1：对构件进行三维几何建模，得到原始三维几何模型；
[0012]步骤2：采用工程算法对三维几何模型进行构件级划分，对划分后的构件进行网格划分，得到构件网格模型，并对构件网络模型单元予以命名PART和编号；所述每个单元有其对应节点的坐标属性
[0013]步骤3：采用工程算法计算构件网格模型中存在破口部位的特征参数；所述特征参数包括但不限于破口部位、变形形状和大小特征参数；
[0014]步骤4：将特征参数映射到相应编号PART对应的节点、单元，将存在破口部位的原有数据删除，得到映射后的含有破口部位的网格映射模型；
[0015]步骤5：将含有破口特征参数的网格映射模型转换为IGS或STL格式，并进行渲染。
[0016]步骤1后，采用有限元数值计算方法，得到按照设定时间步长的动态计算过程中得到序列帧结果文件；然后按帧导出结果文件，形成对应步长的IGS格式或STL格式的几何模型，其中包括含有破口部位的序列帧结果文件；对每帧的三维模型进行渲染，得到渲染后含有破口部位的动画、视频。
[0017]所述工程算法包括但不限于Forrestal混凝土侵彻算法、Kenneth爆炸成坑算法、朱锡提出的船体板架破口算法，以及其他相关标准、规范中提到的工程算法。
[0018]所述步骤5的进行渲染采用图片和视频处理软件。
[0019]有益效果
[0020]本专利技术提出的一种计算模型结构破损后的自动渲染方法，该方法基于结构的几何模型，进行构件级区域分割，并建立网格模型，对每个构件网格模型中的节点、单元等进行编排，使得模型精细化管理，在此基础上将计算得到的破口、变形等强力学效应特征参数映射到网格模型中，得到含有破口、变形等特征的网格模型，并进行格式转化，进而开展自动渲染。本方法有效解决有限元数值计算，特别是基于工程算法的结构模型产生破口、变形等效应的自动渲染，避免通过贴图进行渲染导致的人为因素影响较大，同时有效提高了渲染效率。
附图说明
[0021]图1：本专利技术技术方案的主要流程图
[0022]图2：实施例中基于有限元数值算法的金属壳体侵彻混凝土的过程：第1列为时间、第2列为有限元网格模型、第3列为对应的几何模型；
[0023]图3：实施例拼接后的船舶舱段网格模型图表
[0024]图4：实施例基于工程算法的船舶舱段网格模型
[0025]图5：实施例的破口、变形等网格映射模型
[0026]图6：实施例含有破口、变形的渲染图
具体实施方式
[0027]现结合实施例、附图对本专利技术作进一步描述：
[0028]实施例1基于工程算法的渲染步骤：
[0029]从本质上分析，基于工程算法的破口、变形等计算是不需要建立有限元模型，但为了有效展示计算结果，形成渲染模型，本专利技术提出方法的关键点主要如下，部分关键点也适用于基于有限元数值计算的方法。
[0030]一是基于几何模型进行网格划分，建立网格模型(与有限元模型相比，仅仅含有网格)，同时按照构件等最小部件对网格单元分组并命名。每个单元有其对应节点的坐标属性。网格的大小决定这渲染模型的质量。
[0031]二是基于工程算法得到破口、变形的特征参数，将这些特征参数映射到网格模型的网格单元上。如特征参数中的破孔对应的相关单元的删除，特征参数的变形对应着相关单元节点坐标的变化等。
[0032]三是得到破口、变形等强力学效应后的网格模型(该模型不是通过有限元方法计算得到，是通过工程算法映射得到)，将该网格模型导出IGS格式或STL格式的几何模型，并进行渲染。
[0033]下面以船底结构遭遇水下爆炸为例进行详细说明，主要是基于工程算法的方法，基于有限元数值计算的可以参照进行。当船舶底部遭遇水下爆炸时，板架结构会产生变形、破口等强力学效应。
[0034]步骤1：对船底结构进行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种计算模型结构破损后的自动渲染方法，其特征在于步骤如下：步骤1：对构件进行三维几何建模，得到原始三维几何模型；步骤2：采用工程算法对三维几何模型进行构件级划分，对划分后的构件进行网格划分，得到构件网格模型，并对构件网络模型单元予以命名PART和编号；所述每个单元有其对应节点的坐标属性步骤3：采用工程算法计算构件网格模型中存在破口部位的特征参数；所述特征参数包括但不限于破口部位、变形形状和大小特征参数；步骤4：将特征参数映射到相应编号PART对应的节点、单元，将存在破口部位的原有数据删除，得到映射后的含有破口部位的网格映射模型；步骤5：将含有破口特征参数的网格映射模型转换为IGS或STL格式，并进行渲染。2.根据权利要求1所述计算模型...

【专利技术属性】
技术研发人员：高浩鹏，魏欣，方龙，随亚光，仵可，李浩，张云峰，吴易烜，黄国欣，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：