CN112286886A - 一种多块结构网格数据压缩存储格式 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多块结构网格数据压缩存储格式，即描述网格压缩存储文件中网格数据的存储方式、存储内容和存储顺序，首先，为了显著降低网格压缩存储文件的大小，本发明提出的存储格式中网格数据采用二进制方式进行存储。然后，将多块结构网格数据信息，包括网格块数量、单个网格块3个逻辑方向网格点数量、单个网格块6个逻辑面的网格点坐标数据，按照特定的顺序在网格数据压缩文件中进行存储；该发明能够为多块结构网格数据压缩存储提供一种高效可行的数据存储格式。

Description

一种多块结构网格数据压缩存储格式

技术领域

本发明涉及数据处理领域，具体涉及到计算流体动力学CFD(ComputationalFluid Dynamics)中多块结构网格数据存储领域中的一种多块结构网格数据压缩存储格式。

背景技术

伴随着计算机技术和并行计算方法的快速发展，计算流体动力学模拟能力提升迅速，已经成为航空航天飞行器设计和性能评估中的重要工具，能够实现各种飞行器复杂流动的数值仿真，为飞行器设计提供高精度流场计算数据，支撑飞行器设计方案的优化完善，拓展飞行器的性能边界。

计算流体动力学通过网格对计算空间进行离散，迭代求解代数方程，获得指定空间、指定时间的流场变量，从而积分得到物体绕流的整体流动特性。计算网格是影响CFD软件计算精度和效率的关键因素。网格剖分越密，总的网格规模越大，流动模拟更精细，但网格文件占用的磁盘存储空间越大。

按照网格单元之间的连接关系，CFD计算网格可以分为结构网格和非结构网格两类。其中结构网格内部网格点的相邻点数是固定的，而非结构网格内部网格点的相邻点数是变化的，需要通过单独的数据结构定义非结构网格点之间的连接关系。相比非结构网格，结构网格具有连接关系定义简单、分辨率高和网格质量好等优点，一直是CFD模拟中使用的主要网格类型。

目前结构网格数据存储主要有Gridgen、Plot3D、CGNS和Tecplot等格式，存储方式有文本和二进制两种类型，这些网格数据存储格式均采用存储全部几何数据的方式。随着网格数据规模增大，以上存储格式给网格数据的存储和传输带来很大的挑战，例如单块具有1000万节点的结构网格，采用双精度Plot3D格式，二进制类型存储约占用228Mb磁盘空间，文本类型存储约占用700Mb磁盘空间，所需数据存储空间较大。而气动优化设计、非定常流动模拟、载荷计算分析等通常涉及大量不同计算状态的网格，将给数据存储带来更大困难，存储单元的反复访问将加速存储硬件的老化，提升数据丢失风险，急剧增加存储成本的消耗。因此，针对目前大规模结构网格数据存储面临的占有磁盘空间大、传输效率低等问题，本发明提出一种多块结构网格数据压缩存储格式。

发明内容

本发明的目的是提出一种多块结构网格数据压缩存储格式，即描述网格压缩存储文件中网格数据的存储方式、存储内容和存储顺序，为多块结构网格数据压缩存储提供一种高效可行的数据存储格式。

为了实现上述目的，本发明采用如下方案：

一种多块结构网格数据压缩存储格式，包括存储内容和储存顺序，

所述存储内容包括网格块的数量、任意单个网格块三个逻辑方向上的网格点数量、任意单个网格块六个逻辑面的网格点空间坐标数据，

所述存储顺序为：

S1:将网格块数量通过二进制方式存储到网格数据压缩文件中，

S2:将任一一个网格块的三个逻辑方向上网格点数通过二进制方式存储到网格数据压缩文件中，

S3:将S2中的网格块的逻辑面网格点坐标数据按照循环顺序存储到网格数据压缩文件中，

S4：按照S2-S3的步骤将S1中所有的网格块的三个方向网格点数量信息和逻辑面网格点空间坐标数据向网格数据压缩文件的存储，实现整个多块结构网格数据的压缩存储。

在上述技术方案中，所述网格块具有六个逻辑面，从第一逻辑面开始依次循环将六个逻辑面的网格点坐标数据存储到网格数据压缩文件中。

在上述技术方案中，定义数据格式为：

网格块数量为N_block，任意单个网格块三个逻辑方向上的网格点数量为NI_s、NJ_s、NK_s，六个逻辑面的网格点空间坐标数据为[XYZ_1jk]_s、[XYZ_NIjk]_s、[XYZ_i1k]_s、[XYZ_iNJk]_s、[XYZ_ij1]_s、[XYZ_ijNK]_s，其中s∈[1,N_block]，i、j、k表示网格块三个逻辑方向上的网格点序号，i∈[1,NI_s]、j∈[1,NJ_s]、k∈[1,NK_s]，XYZ表示网格点的三个坐标分量，即XYZ＝[x,y,z]^T。

逻辑面的循环顺序为：

选择任意网格面作为初始逻辑面，确定逻辑面的网格点空间坐标数据，按照先循环三个坐标分量x,y,z，再循环j方向，再循环k方向的顺序，将第该逻辑面的网格点空间坐标数据顺序通过二进制方式存储进网格数据压缩文件中。

在上述技术方案中，单个网格块各个网格面的存储顺序为：

A1：选择i＝1、j∈[1,NJ₁]、k∈[1,NK₁]的网格面作为网格块的第1个逻辑面，确定逻辑面的网格点空间坐标数据XYZ_1jk(1≤j≤NJ₁,1≤k≤NK₁)，完成循环后将第该逻辑面的网格点空间坐标数据顺序通过二进制方式存储进网格数据压缩文件中；

A2:选择i＝NI₁、j∈[1,NJ₁]、k∈[1,NK₁]的网格面作为网格块的第2个逻辑面，确定逻辑面的网格点空间坐标数据XYZ_NIjk(1≤j≤NJ₁,1≤k≤NK₁),完成循环后将第该逻辑面的网格点空间坐标数据顺序通过二进制方式存储进网格数据压缩文件中；

A3：选择i∈[1,NI₁]、j＝1、k∈[1,NK₁]的网格面作为网格块的第3个逻辑面，确定逻辑面的网格点空间坐标数据XYZ_i1k(1≤i≤NI₁,1≤k≤NK₁),完成循环后将第该逻辑面的网格点空间坐标数据顺序通过二进制方式存储进网格数据压缩文件中；

A4:选择i∈[1,NI₁]、j＝NJ₁、k∈[1,NK₁]的网格面作为网格块的第4个逻辑面，确定逻辑面的网格点空间坐标数据XYZ_iNJk(1≤i≤NI₁,1≤k≤NK₁)，完成循环后将第该逻辑面的网格点空间坐标数据顺序通过二进制方式存储进网格数据压缩文件中；

A5:选择i∈[1,NI₁]、j∈[1,NJ₁]、k＝1的网格面作为网格块的第5个逻辑面，确定逻辑面的网格点空间坐标数据XYZ_ij1(1≤i≤NI₁,1≤j≤NJ₁),完成循环后将第该逻辑面的网格点空间坐标数据顺序通过二进制方式存储进网格数据压缩文件中；

A6:选择i∈[1,NI₁]、j∈[1,NJ₁]、k＝NK₁的网格面作为网格块的第6个逻辑面，确定逻辑面的网格点空间坐标数据XYZ_ijNK(1≤i≤NI₁,1≤j≤NJ₁),完成循环后将第该逻辑面的网格点空间坐标数据顺序通过二进制方式存储进网格数据压缩文件中。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明采用二进制方式进行存储，将多块结构网格数据信息，包括网格块数量、单个网格块3个逻辑方向网格点数量、单个网格块6个逻辑面的网格点坐标数据，按照特定的顺序在网格数据压缩文件中进行存储，该发明能够为多块结构网格数据压缩存储提供一种高效可行的数据存储格式，本发明显著降低网格压缩存储文件的大小。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是多块结构网格示意图；

图2是网格块逻辑面示意图；

图3是网格数据压缩存储文件格式示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

步骤一：根据多块结构网格数据确定需要存储的内容，具体存储内容如下：

1)总的网格块数量N_block，图1中所示的多块结构网格的网格块数量N_block＝4；

2)任意单个网格块3个逻辑方向上的网格点数量NI_s、NJ_s、NK_s，其中s∈[1,N_block]。每个网格块上用i、j、k表示3个逻辑方向上的网格点序号，图2中所示的网格块block1上i、j、k箭头所指方向，序号数依次增大。

3)任意单个网格块6个逻辑面的网格点空间坐标数据[XYZ_1jk]_s、[XYZ_NIjk]_s、[XYZ_i1k]_s、[XYZ_iNJk]_s、[XYZ_ij1]_s、[XYZ_ijNK]_s，其中下标s表示网格块的序号，范围是1～N_block，i、j、k表示网格块3个逻辑方向上的网格点序号，有i∈[1,NI_s]、j∈[1,NJ_s]、k∈[1,NK_s]，XYZ表示网格点的3个坐标分量，即XYZ＝[x,y,z]^T。图2中所示的face_i0、face_i1、face_j0、face_j1、face_k0、face_k1为网格块block1的6个逻辑面。

步骤二：将步骤一中确定的存储内容按照以下存储顺序进行存储。

1)首先，将图1中多块结构网格的网格块数量N_block＝4以二进制方式存储进图3示意的网格数据压缩文件中，数据表示为图3中的4。

2)其次，将图2网格块block1上逻辑面i、j、k3个逻辑方向上的网格点数NI₁、NJ₁、NK₁以二进制方式存储进图3示意的网格数据压缩文件中，表示为7、7、7。

3)接着，将网格块block1的第1个逻辑面网格点坐标数据按照特定循环顺序存储到网格数据压缩文件中。具体操作流程是，选择i＝1、j∈[1,NJ₁]、k∈[1,NK₁]的网格面作为网格块block1的第1个逻辑面face_i0，确定逻辑面的网格点空间坐标数据XYZ_1jk(1≤j≤NJ₁,1≤k≤NK₁)，按照先循环3个坐标分量x,y,z，再循环j方向，再循环k方向的顺序，即坐标分量在最内侧、k在最外层、j在中间的循环顺序，将第1个逻辑面的网格点空间坐标数据顺序通过二进制方式存储进图3示意的网格数据压缩文件中face_i0指向的数据块。

4)接着，将网格块block1的第2个逻辑面网格点坐标数据按照特定循环顺序存储到网格数据压缩文件中。具体操作流程是，选择i＝NI₁、j∈[1,NJ₁]、k∈[1,NK₁]的网格面作为网格块的第2个逻辑面face_i1，确定逻辑面的网格点空间坐标数XYZ_NIjk(1≤j≤NJ₁,1≤k≤NK₁)，按照先循环3个坐标分量x,y,z，再循环j方向，再循环k方向的顺序，即坐标分量在最内侧、k在最外层、j在中间的循环顺序，将第2个逻辑面的网格点空间坐标数据顺序通过二进制方式存储进图3示意的网格数据压缩文件中face_i1指向的数据块。

5)接着，将网格块block1的第3个逻辑面网格点坐标数据按照特定循环顺序存储到网格数据压缩文件中。具体操作流程是，选择i∈[1,NI₁]、j＝1、k∈[1,NK₁]的网格面作为网格块的第3个逻辑面face_j0，确定逻辑面的网格点空间坐标数据XYZ_i1k(1≤i≤NI₁,1≤k≤NK₁)，按照先循环3个坐标分量x,y,z，再循环i方向，再循环k方向的顺序，即坐标分量在最内侧、k在最外层、i在中间的循环顺序，将第3个逻辑面的网格点空间坐标数据顺序通过二进制方式存储进图3示意的网格数据压缩文件中face_j0指向的数据块。

6)接着，将网格块block1的第4个逻辑面网格点坐标数据按照特定循环顺序存储到网格数据压缩文件中。具体操作流程是，选择i∈[1,NI₁]、j＝NJ₁、k∈[1,NK₁]的网格面作为网格块的第4个逻辑面face_j1，确定逻辑面的网格点空间坐标数据XYZ_iNJk(1≤i≤NI₁,1≤k≤NK₁)，按照先循环3个坐标分量x,y,z，再循环i方向，再循环k方向的顺序，即坐标分量在最内侧、k在最外层、i在中间的循环顺序，将第4个逻辑面的网格点空间坐标数据顺序通过二进制方式存储进图3示意的网格数据压缩文件中face_j1指向的数据块。

7)接着，将网格块block1的第5个逻辑面网格点坐标数据按照特定循环顺序存储到网格数据压缩文件中。具体操作流程是，选择i∈[1,NI₁]、j∈[1,NJ₁]、k＝1的网格面作为网格块的第5个逻辑面face_k0，确定逻辑面的网格点空间坐标数据XYZ_ij1(1≤i≤NI₁,1≤j≤NJ₁)，按照先循环3个坐标分量x,y,z，再循环i方向，再循环j方向的顺序，即坐标分量在最内侧、j在最外层、i在中间的循环顺序，将第5个逻辑面的网格点空间坐标数据顺序通过二进制方式存储进图3示意的网格数据压缩文件中face_k0指向的数据块。

8)最后，将网格块block1的的第6个逻辑面网格点坐标数据按照特定循环顺序存储到网格数据压缩文件中。具体操作流程是，选择i∈[1,NI₁]、j∈[1,NJ₁]、k＝NK₁的网格面作为网格块的第6个逻辑面face_k1，确定逻辑面的网格点空间坐标数据XYZ_ijNK(1≤i≤NI₁,1≤j≤NJ₁)，按照先循环3个坐标分量x,y,z，再循环i方向，再循环j方向的顺序，即坐标分量在最内侧、j在最外层、i在中间的循环顺序，将第6个逻辑面的网格点空间坐标数据顺序通过二进制方式存储进图3示意的网格数据压缩文件中face_k1指向的数据块。至此完成网格块block1的3个逻辑方向上网格点数量和6个逻辑面的网格点空间坐标数据的全部存储，如图3中所示的网格块block1所指向的数据块。

9)重复流程2)～8)，完成第2～第4块网格的3个方向网格点数量信息和逻辑面网格点空间坐标数据向网格数据压缩文件的存储，如图3中所示的网格块block2、网格块block3、网格块block4所指向的数据块，从而实现整个多块结构网格数据的压缩存储。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (4)

1.一种多块结构网格数据压缩存储格式，其特征在于包括存储内容和储存顺序，所述存储内容包括网格块的数量、任意单个网格块三个逻辑方向上的网格点数量、任意单个网格块六个逻辑面的网格点空间坐标数据，

所述存储顺序为：

S1:将网格块数量通过二进制方式存储到网格数据压缩文件中；

S2:将任一一个网格块的三个逻辑方向上网格点数通过二进制方式存储到网格数据压缩文件中；

S3:将S2中的网格块的逻辑面网格点坐标数据按照循环顺序存储到网格数据压缩文件中；

S4：按照S2-S3的步骤将S1中所有的网格块的三个方向网格点数量信息和逻辑面网格点空间坐标数据向网格数据压缩文件的存储，实现整个多块结构网格数据的压缩存储。

2.根据权利要求1所述的一种多块结构网格数据压缩存储格式，其特征在于定义数据格式为：

网格块数量为N_block，任意单个网格块三个逻辑方向上的网格点数量为NI_s、NJ_s、NK_s，六个逻辑面的网格点空间坐标数据为[XYZ_1jk]_s、[XYZ_NIjk]_s、[XYZ_i1k]_s、[XYZ_iNJk]_s、[XYZ_ij1]_s、[XYZ_ijNK]_s，其中s∈[1,N_block]，i、j、k表示网格块三个逻辑方向上的网格点序号，i∈[1,NI_s]、j∈[1,NJ_s]、k∈[1,NK_s]，XYZ表示网格点的三个坐标分量，

逻辑面的循环顺序为：

选择任意网格面作为初始逻辑面，确定逻辑面的网格点空间坐标数据，按照先循环三个坐标分量x,y,z，再循环j方向，再循环k方向的顺序，将第该逻辑面的网格点空间坐标数据顺序通过二进制方式存储进网格数据压缩文件中。

3.根据权利要求2所述的一种多块结构网格数据压缩存储格式，其特征在于所述网格块具有六个逻辑面，从第一逻辑面开始依次循环将六个逻辑面的网格点坐标数据存储到网格数据压缩文件中。

4.根据权利要求3所述的一种多块结构网格数据压缩存储格式，其特征在于单个网格块各个网格面的存储顺序为：

A1：选择i＝1、j∈[1,NJ₁]、k∈[1,NK₁]的网格面作为网格块的第1个逻辑面，确定逻辑面的网格点空间坐标数据XYZ_1jk(1≤j≤NJ₁,1≤k≤NK₁)，完成循环后将第该逻辑面的网格点空间坐标数据顺序通过二进制方式存储进网格数据压缩文件中；

A2:选择i＝NI₁、j∈[1,NJ₁]、k∈[1,NK₁]的网格面作为网格块的第2个逻辑面，确定逻辑面的网格点空间坐标数据XYZ_NIjk(1≤j≤NJ₁,1≤k≤NK₁),完成循环后将第该逻辑面的网格点空间坐标数据顺序通过二进制方式存储进网格数据压缩文件中；

A3：选择i∈[1,NI₁]、j＝1、k∈[1,NK₁]的网格面作为网格块的第3个逻辑面，确定逻辑面的网格点空间坐标数据XYZ_i1k(1≤i≤NI₁,1≤k≤NK₁),完成循环后将第该逻辑面的网格点空间坐标数据顺序通过二进制方式存储进网格数据压缩文件中；

A4:选择i∈[1,NI₁]、j＝NJ₁、k∈[1,NK₁]的网格面作为网格块的第4个逻辑面，确定逻辑面的网格点空间坐标数据XYZ_iNJk(1≤i≤NI₁,1≤k≤NK₁)，完成循环后将第该逻辑面的网格点空间坐标数据顺序通过二进制方式存储进网格数据压缩文件中；

A5:选择i∈[1,NI₁]、j∈[1,NJ₁]、k＝1的网格面作为网格块的第5个逻辑面，确定逻辑面的网格点空间坐标数据XYZ_ij1(1≤i≤NI₁,1≤j≤NJ₁),完成循环后将第该逻辑面的网格点空间坐标数据顺序通过二进制方式存储进网格数据压缩文件中；

A6:选择i∈[1,NI₁]、j∈[1,NJ₁]、k＝NK₁的网格面作为网格块的第6个逻辑面，确定逻辑面的网格点空间坐标数据XYZ_ijNK(1≤i≤NI₁,1≤j≤NJ₁),完成循环后将第该逻辑面的网格点空间坐标数据顺序通过二进制方式存储进网格数据压缩文件中。

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