【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于仿真融合，具体是一种物理场仿真与虚拟现实场景融合展示方法。
技术介绍
1、在工程实际中，有很大一部分多物理场耦合作用下的实验缺少条件，且缺乏具体理论指导，需采用数值仿真进行研究和测评，进而深入理解现象、评估设计方案、预测等。然而，仅仅通过数值数据和模拟结果往往难以直观地理解和传达。因此，对物理场可视化的需求日益迫切，希望能够将模拟结果以更真实、精细、直观的方式展示出来，从而加强对数据的理解和交流。此外，现有仿真软件存在数据孤岛现象，系统级仿真、物理场级仿真和虚拟现实场景三大类仿真软件平台数据由于数据结构和文件格式的独立性，无法融合展示，需要在各自的平台内进行展示，无法适应当下复杂的虚实融合需求。
2、现有仿真技术已从以往的数值仿真发展到图形仿真阶段，通过科学计算可视化，将抽象的数值仿真结果转化为图像图形，利用其直观性与形象性对数字仿真产生的数据及计算结果进行可视表达，使设计人员能够更为高效地解释与处理分析结果。仿真技术从以往的虚拟仿真发展到虚拟与现实融合在一起，通过将虚拟对象融合到现实环境中，增强用户对现实环境的理解与操作，有效减轻复杂虚拟环境构造的负担，提高用户对数字样机的感知真实性。
3、因此，亟需一种物理场仿真与虚拟现实场景融合展示技术，实现数据联通、物理场仿真与虚拟真实场景相融合的效果。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种物理场仿真与虚拟现实场景融合展示方法。
2、为实现上述目的，本专利技术采
3、一种物理场仿真与虚拟现实场景融合展示方法，包括以下步骤：
4、步骤一：构建实验可视化系统：确定研究对象与目的，将所要研究的现实物理系统抽象为实验可视化系统，包括硬件数据传递系统、系统级仿真、物理场级仿真、虚拟场景构建及融合模块；
5、步骤二：构建物理仿真模块：通过将现实世界中的物理系统抽象为数学模型，并利用计算机算法模拟物体的运动、相互作用和变形的物理过程，对现实世界的物理现象进行仿真计算，得到物理场计算结果数据；
6、步骤三：构建系统级仿真模块：利用第三方系统级仿真平台，模拟装备运行过程，收集宏观位置及姿态数据，并利用protobuf协议实现结构数据的序列化，用于后续数据融合；
7、步骤四：构建虚拟场景模块，通过计算机技术创建模拟现实世界或虚构环境的数字化场景；
8、步骤五：在数据场景准备好的基础上，首先将步骤二物理仿真模块得到的物理场计算结果数据与步骤三得到的宏观位置及姿态数据相融合，实现物理场与位置姿态信息同步动态展示，并将融合后的动态模型与步骤四构建的虚拟场景模块相融合，最后对传感器数据进行可视化分析，实现从虚拟场景中更准确地获取物理场数据和位置姿态信息。
9、优选的，所述步骤二中，构建物理仿真模块包括建立几何模型、定义材料属性、设置边界条件、多物理场耦合、网格划分、设置求解器、仿真计算。
10、优选的，所述步骤二中，构建物理仿真模块，具体包括：
11、根据仿真目标的尺寸大小和复杂度建立二维/三维模型；设定材料及属性参数；定义仿真目标计算域边界的位置信息和参数信息；在耦合交界面上设定电磁场、重力场、热场、弹性场、化学反应场，完成位移、速度、压力、温度等耦合数据的迭代交互；对仿真区域划分网格类型及数量；设置求解器，利用有限元算法进行求解获得稳态、瞬态仿真计算结果和图形显示结果，仿真计算结果以.vtk的格式进行存储。
12、优选的，所述步骤二中，物理场计算结果数据包括：几何信息、物理量信息和时间信息；
13、其中，几何信息描述了计算区域的几何形状，包括节点坐标、单元连接信息；
14、物理量信息描述了各种物理量在空间上的分布，包括标量场、矢量场、张量场；
15、时间信息描述了数据的时间步信息，如果是瞬态计算结果则含有时间步信息，稳态计算结果则无；
16、几何信息、物理量信息和时间信息均以结构化或非结构化网格的形式进行组织，便于描述计算区域的复杂几何形状和物理量分布。
17、优选的，所述步骤三中，系统级仿真模块的数据解析，包括：
18、第三方系统级仿真平台输出的装备模拟运行过程中的宏观位置及姿态数据信息，以.proto格式存储，利用udp实现与第三方系统级仿真平台的数据传递，并利用protobuf协议实现结构数据的序列化，用于与.vtk仿真计算结果相融合。
19、优选的，所述步骤二中，基于步骤二物理仿真模块得到的物理场计算结果数据，利用融合模块中的protobuf协议和vtk库实现对宏观位置及姿态信息的数据解析、矩阵转换等融合至原vtk文件中，形成具有位置姿态信息的物理场仿真结果，物理场仿真结果为.vtk格式)。
20、优选的，所述步骤三中，系统级仿真模块包括：数据实时传输、数据实时求解、数据实时融合、数据实时分析；
21、其中：
22、数据实时传输：建立传感器数据传递系统，在装备上布置温度、位移传感器，确定传感器的输出接口，并连接传感器到计算机或设备上，使用相应的编程语言和库编写程序，在程序中监听传感器的输出端口，接收传感器数据，实现数据的实时传递；
23、数据实时求解：接收到温度、位移传感器发送的数据后，利用内嵌物理知识神经网络模型、降阶模型等实时求解物理场仿真计算结果；
24、数据实时融合：根据第三方系统级仿真平台实时输出的位置及姿态数据信息，利用udp和protobuf协议实现实时解析，并利用vtk库实现实时融合，实现完整的物理场与位置姿态信息同步展示；
25、数据实时分析：接收到温度、位移传感器发送的数据后，实时展示温度、位移随时间的变化趋势。
26、优选的，所述步骤四中，虚拟场景模块包括选择虚拟引擎、创建场景、导入模型和纹理、设置物理属性、添加光照和特效、添加动画和交互、调整摄像机视角、脚本和编程、调试和优化。
27、优选的，所述步骤四中，虚拟场景模块生成的现实场景文件将其转换为gltf格式，形成场景文件数据，用于后续的融合模块。
28、综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
29、本专利技术中，通过将物理场仿真技术与虚拟现实技术相结合，实现了真实环境中的物理交互和虚拟环境中的视觉效果的融合展示；通过物理场模型模拟计算将现实物理场系统转化为数学模型，再通过计算机模拟物理场，实现真实环境中的物理交互；通过计算机模拟虚拟场景，并将其与真实环境中的物理场进行融合展示，提高了虚拟现实场景的真实感和互动性；可广泛应用于汽车、医疗、装备等领域，具有广阔的市场应用前景。
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1.一种物理场仿真与虚拟现实场景融合展示方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种物理场仿真与虚拟现实场景融合展示方法，其特征在于，所述步骤二中，构建物理仿真模块包括建立几何模型、定义材料属性、设置边界条件、多物理场耦合、网格划分、设置求解器、仿真计算。
3.如权利要求2所述的一种物理场仿真与虚拟现实场景融合展示方法，其特征在于，所述步骤二中，构建物理仿真模块，具体包括：
4.如权利要求1所述的一种物理场仿真与虚拟现实场景融合展示方法，其特征在于，所述步骤二中，物理场计算结果数据包括：几何信息、物理量信息和时间信息；
5.如权利要求1所述的一种物理场仿真与虚拟现实场景融合展示方法，其特征在于，所述步骤三中，系统级仿真模块的数据解析，包括：
6.如权利要求1所述的一种物理场仿真与虚拟现实场景融合展示方法，其特征在于，所述步骤二中，基于步骤二物理仿真模块得到的物理场计算结果数据，利用融合模块中的protobuf协议和vtk库实现对宏观位置及姿态信息的数据解析、矩阵转换等融合至原vtk文件中，形成具有位置姿态
7.如权利要求1所述的一种物理场仿真与虚拟现实场景融合展示方法，其特征在于，所述步骤三中，系统级仿真模块包括：数据实时传输、数据实时求解、数据实时融合、数据实时分析；
8.如权利要求1所述的一种物理场仿真与虚拟现实场景融合展示方法，其特征在于，所述步骤四中，虚拟场景模块包括选择虚拟引擎、创建场景、导入模型和纹理、设置物理属性、添加光照和特效、添加动画和交互、调整摄像机视角、脚本和编程、调试和优化。
9.如权利要求1所述的一种物理场仿真与虚拟现实场景融合展示方法，其特征在于，所述步骤四中，虚拟场景模块生成的现实场景文件将其转换为glTF格式，形成场景文件数据，用于后续的融合模块。
...【技术特征摘要】
1.一种物理场仿真与虚拟现实场景融合展示方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种物理场仿真与虚拟现实场景融合展示方法，其特征在于，所述步骤二中，构建物理仿真模块包括建立几何模型、定义材料属性、设置边界条件、多物理场耦合、网格划分、设置求解器、仿真计算。
3.如权利要求2所述的一种物理场仿真与虚拟现实场景融合展示方法，其特征在于，所述步骤二中，构建物理仿真模块，具体包括：
4.如权利要求1所述的一种物理场仿真与虚拟现实场景融合展示方法，其特征在于，所述步骤二中，物理场计算结果数据包括：几何信息、物理量信息和时间信息；
5.如权利要求1所述的一种物理场仿真与虚拟现实场景融合展示方法，其特征在于，所述步骤三中，系统级仿真模块的数据解析，包括：
6.如权利要求1所述的一种物理场仿真与虚拟现实场景融合展示方法，其特征在于，所述步骤二中，基于步骤二物理仿真模...
【专利技术属性】
技术研发人员：田野，王杰，王星，苏元元，郭思麟，戴思航，
申请(专利权)人：西安思缪智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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