CN112528428B - 对工程结构的物理参数展示的方法、装置和计算机设备 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种对工程结构的物理参数展示的方法、装置和计算机设备。所述方法包括：获取与目标工程结构对应的三维数值仿真模型；获取三维数值仿真模型中每个实体单元表面各自对应的节点索引列表；根据节点索引列表进行仿真模型外部表面的识别，得到三维数值仿真模型的外部表面；对于每个外部表面，分别获取相应外部表面中的各外部节点所对应的物理参数，并将物理参数转换成与一维纹理图像相对应的一维纹理图像坐标；根据各物理参数对应的一维纹理图像坐标，进行三维打印处理，输出与三维数值仿真模型对应的三维物理参数实体模型。该方法能够基于调用的一维纹理图像坐标来访问到纹理图像中对应的RGB信息，进而实现了对岩土工程结构的全彩表达。

Description

对工程结构的物理参数展示的方法、装置和计算机设备
技术领域
本申请涉及三维数值分析技术领域，特别是涉及一种对工程结构的物理参数展示的方法、装置和计算机设备。
背景技术
随着三维数值分析领域的发展，出现了利用三维数值分析技术来仿真复杂岩土工程结构开挖与支护等施工过程，这项技术能够较好的得出复杂岩土工程结构相互作用下产生的定量物理参数，有效的提高了对复杂岩土工程结构的稳定性分析效率。然而，传统的三维数值分析技术，对分析到的定量物理参数的展示往往局限于二维平面(如打印的纸质报告)或三维虚拟图像(如电脑平面投影)，不利于从三维全局空间角度对岩土工程结构进行稳定性分析。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种利于从三维全局空间角度对岩土工程结构进行稳定性分析的一种对工程结构的物理参数展示的方法、装置和计算机设备。
一种对工程结构的物理参数展示的方法，所述方法包括：
获取与目标工程结构对应的三维数值仿真模型；
获取所述三维数值仿真模型中每个实体单元表面各自对应的节点索引列表；每个实体单元表面所对应的所述节点索引列表表征对组成相应表面的多个节点的引用信息；
根据所述节点索引列表进行仿真模型外部表面的识别，得到所述三维数值仿真模型的外部表面；
对于每个外部表面，分别获取相应外部表面中的各外部节点所对应的物理参数，并将所述物理参数转换成与一维纹理图像相对应的一维纹理图像坐标；
根据各所述物理参数对应的一维纹理图像坐标，进行三维打印处理，输出与所述三维数值仿真模型对应的三维物理参数实体模型。
在其中一个实施例中，所述获取与目标工程结构对应的三维数值仿真模型，包括：
获取与目标工程结构对应的三维原始数值仿真模型；
确定适用于三维打印处理的目标尺寸；
按照所述目标尺寸，将所述三维原始数值仿真模型的尺寸进行等比例缩放处理，得到与目标工程结构对应的三维数值仿真模型。
在其中一个实施例中，根据所述节点索引列表进行仿真模型外部表面的识别，得到所述三维数值仿真模型的外部表面，包括：
获取各实体单元表面的节点索引列表被引用的次数；
将所述被引用的次数小于或等于预设阈值的节点索引列表所构成的表面，作为所述三维数值仿真模型的外部表面；
将所述被引用的次数大于预设阈值的节点索引列表所构成的表面，作为所述三维数值仿真模型的内部表面；
对所述三维数值仿真模型的内部表面和外部表面进行筛选，得到三维数值仿真模型的外部表面。
在其中一个实施例中，所述对于每个外部表面，分别获取相应外部表面中的各外部节点所对应的物理参数，并将物理参数转换成与一维纹理图像相对应的一维纹理图像坐标，包括：
对于每个外部表面，获取相应外部表面中的各外部节点所对应的物理参数；
对所有外部表面所对应的物理参数进行取值大小的比较，得到所述物理参数对应的上限值和下限值；
分别将所述上限值和下限值映射至所述一维纹理图像中，得到所述上限值和下限值分别对应的一维纹理图像坐标；
遍历所有的外部节点，并根据所述上限值和下限值分别对应的一维纹理图像坐标，以及各外部节点对应的物理参数，进行等比例缩放计算，以将所述物理参数转换成一维纹理图像坐标。
在其中一个实施例中，所述根据所述上限值和下限值分别对应的一维纹理图像坐标，以及各外部节点对应的物理参数，进行等比例缩放计算，以将所述物理参数转换成一维纹理图像坐标，包括：
通过以下公式实现将所述物理参数转换成一维纹理图像坐标(x,f(x))：
Figure BDA0002788868060000031
式中，a为所述下限值，b为所述上限值，x为各外部节点对应的物理参数；f(a)为所述下限值对应的一维纹理图像数值，f(b)为所述上限值对应的一维纹理图像数值，f(x)为各物理参数对应的一维纹理图像数值；(a,f(a))为下限值对应的一维纹理图像坐标，(b,f(b))为上限值对应的一维纹理图像坐标。
在其中一个实施例中，所述根据各所述物理参数对应的一维纹理图像坐标，进行三维打印处理，输出与所述三维数值仿真模型对应的三维物理参数实体模型，包括：
基于所述各外部节点所对应的一维纹理图像坐标，创建三维模型文件；
创建与所述三维模型文件对应的材质库文件；
将所述三维模型文件、所述材质库文件、以及所述各外部节点所对应的一维纹理图像坐标所对应的纹理图像文件，共同输入至三维打印软件中，输出与所述三维数值仿真模型对应的三维物理参数实体模型。
在其中一个实施例中，所述三维数值仿真模型的外部表面中的各外部节点所对应的物理参数，包括节点位移和节点应力中的至少一种。
一种对工程结构的物理参数展示的装置，所述装置包括：
第一获取模块，用于获取与目标工程结构对应的三维数值仿真模型；
第二获取模块，获取所述三维数值仿真模型中每个实体单元表面各自对应的节点索引列表；每个实体单元表面所对应的所述节点索引列表表征对组成相应表面的多个节点的引用信息；
识别模块，用于根据所述节点索引列表进行仿真模型外部表面的识别，得到所述三维数值仿真模型的外部表面；
转换模块，用于对于每个外部表面，分别获取相应外部表面中的各外部节点所对应的物理参数，并将所述物理参数转换成与一维纹理图像相对应的一维纹理图像坐标；
三维打印模块，用于根据各所述物理参数对应的一维纹理图像坐标，进行三维打印处理，输出与所述三维数值仿真模型对应的三维物理参数实体模型。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
获取与目标工程结构对应的三维数值仿真模型；
获取所述三维数值仿真模型中每个实体单元表面各自对应的节点索引列表；每个实体单元表面所对应的所述节点索引列表表征对组成相应表面的多个节点的引用信息；
根据所述节点索引列表进行仿真模型外部表面的识别，得到所述三维数值仿真模型的外部表面；
对于每个外部表面，分别获取相应外部表面中的各外部节点所对应的物理参数，并将所述物理参数转换成与一维纹理图像相对应的一维纹理图像坐标；
根据各所述物理参数对应的一维纹理图像坐标，进行三维打印处理，输出与所述三维数值仿真模型对应的三维物理参数实体模型。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取与目标工程结构对应的三维数值仿真模型；
获取所述三维数值仿真模型中每个实体单元表面各自对应的节点索引列表；每个实体单元表面所对应的所述节点索引列表表征对组成相应表面的多个节点的引用信息；
根据所述节点索引列表进行仿真模型外部表面的识别，得到所述三维数值仿真模型的外部表面；
对于每个外部表面，分别获取相应外部表面中的各外部节点所对应的物理参数，并将所述物理参数转换成与一维纹理图像相对应的一维纹理图像坐标；
根据各所述物理参数对应的一维纹理图像坐标，进行三维打印处理，输出与所述三维数值仿真模型对应的三维物理参数实体模型。
上述对工程结构的物理参数展示的方法、装置和计算机设备，基于两相邻的实体单元表面之间的空间位置重合关系，通过统计各个节点索引列表分别被引用的次数，进行三维数值仿真模型的外部表面识别，有效的提高了对外部表面的识别准确度。并基于识别到的外部表面，对各外部节点所对应的物理参数进行一维线性映射处理，在将工程结构的物理参数通过三维打印进行三维实体模型的可视化展示的同时，也能够基于调用的一维纹理图像坐标来访问到纹理图像中对应的RGB信息，进而实现了对岩土工程结构的全彩表达。最后，通过三维打印技术，将目标工程结构的三维数值仿真模型转换为实体模型，突破了二维空间局限性，有助于对三维数值仿真模型的虚拟仿真结果进行长期物理展示，以及在真实三维空间中实现对目标工程结构的稳定性分析。
附图说明
图1为一个实施例中对工程结构的物理参数展示的方法的应用环境图；
图2为一个实施例中对工程结构的物理参数展示的方法的流程示意图；
图3为三维数值仿真模型的立体图；
图4为另一个实施例中对工程结构的物理参数展示的方法的流程示意图；
图5为等比例缩放后形成的一维纹理图像映射图；
图6为三维物理参数实体模型示意图；
图7为一个实施例中对工程结构的物理参数展示的装置的结构框图；
图8为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当指出，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请提供的对工程结构的物理参数展示的方法，可以应用于如图1所示的应用环境中。其中，终端102通过网络与服务器104进行通信。本申请各实施例所提及的对工程结构的物理参数展示的方法可通过终端和服务器分别单独执行实现，也可通过终端和服务器协同执行实现。以终端和服务器协同执行实现本申请中的对工程结构的物理参数展示的方法为例进行说明，用户可通过终端输入用于对与目标工程结构对应的三维数值仿真模型进行建模的模型参数数据。进而终端可将用户输入的这些模型参数传输到服务器。服务器利用内置的数值仿真软件根据获取到的模型参数进行三维数值仿真模型的建模，并自定义输出三维数值仿真模型中每个实体单元表面各自对应的节点索引列表、所有节点的空间坐标以及每个节点相应的物理参数；服务器还可以根据自定义输出的每个实体单元表面各自对应的节点索引列表进行仿真模型外部表面的识别；对于每个外部表面，分别获取相应外部表面中的各外部节点所对应的物理参数，并将物理参数转换成与一维纹理图像相对应的一维纹理图像坐标；根据各物理参数对应的一维纹理图像坐标，进行三维打印处理，输出与三维数值仿真模型对应的三维物理参数实体模型。其中，终端102可以但不限于是各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑和便携式可穿戴设备，服务器104可以用独立的服务器或者是多个服务器组成的服务器集群来实现。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种对工程结构的物理参数展示的方法，以该方法应用于计算机设备(该计算机设备具体可以是图1中的终端102或服务器104)为例进行说明，包括以下步骤：
步骤202，获取与目标工程结构对应的三维数值仿真模型。
其中，工程结构为在房屋、桥梁、铁路、公路、水工、海工、港口、地下等工程的建筑物、构筑物和设施中，以建筑材料制成的各种称重构件相互连接成一定形式的组合体。三维数值仿真模型是指利用三维数值仿真软件对工程结构开挖与支护等施工过程进行仿真处理，从而对于工程结构对应的应力、变形等力学响应特征进行建模的仿真模型。
具体的，由计算机设备获取目标工程结构对应的三维数值仿真模型。其中，当前计算机设备获取到的三维数值仿真模型共由多个实体单元和多个节点所组成。其中，实体单元的类型可以为六面体单元、金字塔形单元、三棱柱单元和四面体单元中的任意一种，本申请实施例对此不作限定。节点的个数需要根据实体单元的选取类型进一步确定。
在一个实施例中，请参考图3，其为三维数值仿真模型的立体图。根据图3可知，当前计算机设备获取到的三维数值仿真模型共由3个实体单元和16个节点堆叠组成，其中，组成三维数值仿真模型的16个节点可参考图3所示的编号1-编号16示意的对象，并且每个实体单元均由6个四边形表面所组成，这也侧面反映了，本实施例选取的实体单元类型为六面体单元。因此，根据实体单元的总数量以及组成各实体单元的四边形表面的总数量可知，本实施例获取的三维数值仿真模型共由18个四边形表面构成，可以理解的是，该三维数值仿真模型的表面可分为外部表面和内部表面。应当说明的是，外部表面为位于该三维数值仿真模型的外部，并且能够触摸到以及看得见的表面；内部表面为位于该三维数值仿真模型的内部，并且不能够触摸到以及看不见的表面。进一步的，两相邻的外部表面之间不会发生重合，但是，两相邻的内部表面之间由于两相邻实体单元之间对应的空间位置关系，可能会发生重合。例如，两相邻实体单元的空间位置为上、下对应的关系，则两相邻实体单元的上、下接触部位所对应的内部表面将会发生重合。
步骤204，获取三维数值仿真模型中每个实体单元表面各自对应的节点索引列表；每个实体单元表面所对应的节点索引列表表征对组成相应表面的多个节点的引用信息。
具体的，由计算机设备获取三维数值仿真模型中每个实体单元表面各自对应的节点索引列表。应当说明的是，计算机设备获取到的节点索引列表定义形式可以为：[GP_idx1,GP_idx2,GP_idx3,GP_idx4]，当然还可以是其他的形式，本申请实施例对此不作限定。上述的节点索引列表定义式中，GP_idx1、GP_idx2、GP_idx3和GP_idx4均为相应节点的节点索引编号，基于图3所示的三维数值仿真模型，根据定义的节点索引编号可以进一步分辨出由GP_idx1、GP_idx2、GP_idx3和GP_idx4分别对应的4个节点所构成的表面，该表面所处的位置以及该表面是由哪些节点所构成的。
在一个实施例中，计算机设备不仅可以获取三维数值仿真模型中每个实体单元表面各自对应的节点索引列表，还可以获取节点的总数量、实体单元的总数量、节点空间坐标以及节点对应的物理参数有哪些。应当说明的是，计算机设备获取到的节点空间坐标以及节点对应的物理参数的定义形式可以为：[X,Y,Z,DISP,STRESS]，本申请实施例对此不作限定；上述的定义式中，[X，Y，Z]为节点的三维空间坐标即空间坐标，[DISP，STRESS]为节点对应的物理参数。
需要说明的是，在利用计算机设备获取模型定义信息之前，需要利用三维数值仿真软件内运行的模型信息输出执行部分，在完成与目标工程结构对应的三维数值仿真模型建模之后，进行模型定义信息的输出。之后，再由计算机设备通过软、硬件类接口或其他连接方式成功连接到三维数值仿真软件后，进行获取及调用即可。其中，模型定义信息为节点索引列表、节点的总数量、实体单元的总数量、节点空间坐标以及节点对应的物理参数。其中，软件类接口为对通信协议进行定义的引用类型，硬件类接口为同一计算机设备但不同功能层之间的通信规则。
步骤206，根据节点索引列表进行仿真模型外部表面的识别，得到三维数值仿真模型的外部表面。
其中，由于每个实体单元所对应的节点索引列表表征了对组成相应表面的多个节点的引用信息，因此，基于该引用信息可以进一步识别到仿真模型外部表面，以及对应外部表面在仿真模型中所处的位置。
具体的，由计算机设备获取节点索引列表被引用的次数。由于相邻两外部表面之间不会发生重叠，因此，外部表面相应节点的被引用次数定会等于1，而由于相邻两内部表面之间可能会发生重叠，因此，内部表面相应节点的被引用次数定会大于1。进而，基于上述的外部表面识别规则，可由计算机设备获取到各个节点索引列表被引用的次数之后，得以进行仿真模型外部表面的识别。
在一个实施例中，根据节点索引列表进行仿真模型外部表面的识别，得到三维数值仿真模型的外部表面，包括：获取各实体单元表面的节点索引列表被引用的次数；将被引用的次数小于等于预设阈值的节点索引列表所构成的表面，作为三维数值仿真模型的外部表面；将被引用的次数大于预设阈值的节点索引列表所构成的表面，作为三维数值仿真模型的内部表面；对三维数值仿真模型的内部表面和外部表面进行筛选，得到三维数值仿真模型的外部表面。
在一个具体实施例中，上述实施例中的预设阈值可设为数值1，基于上述实施方式可以理解的是，对于处于仿真模型外部表面的节点索引列表，由于其仅有一次引用，则对于外部表面对应的节点索引列表，可以定义各个节点索引列表被引用的次数为“1”次。对于处于仿真模型内部表面的节点索引列表，由于其有一次以上的引用，则对于内部表面对应的节点索引列表，可以定义各个节点索引列表被引用的次数为“2”次或“3”次等等，本申请实施例对比不作限定。可以理解的是，当计算机设备完成各个节点索引列表被引用次数的识别之后，即可从所有的表面中筛选得到三维数值仿真模型的外部表面。例如，输出的一部分节点索引列表的引用次数为“2”次，另一部分节点索引列表的引用次数为“1”次，为了从所有的表面中筛选出外部表面，作为一种优选的方式，可以将引用次数为“2”次的节点索引列表进行剔除，剩余的节点索引列表所对应的表面即为仿真模型的外部表面。
上述实施例中，基于两相邻的内部表面之间的位置重合关系，通过统计各个节点索引列表分别被引用的次数，进行三维数值仿真模型的外部表面识别，有效的提高了对外部表面的识别准确度。
步骤208，对于每个外部表面，分别获取相应外部表面中的各外部节点所对应的物理参数，并将物理参数转换成与一维纹理图像相对应的一维纹理图像坐标。
其中，一维纹理图像指的是反映物体表面颜色和灰度的某种变化的一维RGB(色彩模式，具体为工业界定义的一种颜色标准)图像，一维纹理图像坐标为映射到一维纹理图像中的各节点坐标点。应当说明的是，通过一维纹理图像坐标即可访问对应节点坐标点下反映的RGB信息。
具体的，由计算机设备在识别到模型外部表面后，获取相应外部表面中的各外部节点所对应的物理参数，并通过线性映射的方式将物理参数转换成与一维纹理图像相对应的一维纹理图像坐标。
参考图4，在一个实施例中，对于每个外部表面，分别获取相应外部表面中的各外部节点所对应的物理参数，并将物理参数转换成与一维纹理图像相对应的一维纹理图像坐标，包括以下步骤：
步骤S402，对于每个外部表面，获取相应外部表面中的各外部节点所对应的物理参数。
其中，一维纹理图像可参考图5中由编号501示意的图像，物理参数为每个节点对应的应力、变形等力学响应特征。应当说明的是，节点对应的应力、变形等力学响应特征是节点空间坐标对应的属性。
具体的，由计算机设备获取上述的物理参数。
在一个实施例中，物理参数可以为应力或变形中的任意一种或者多种，本申请实施例对比不作限定。
上述实施例中，通过对应力或变形中的任意一种或者多种物理参数进行三维物理参数实体模型的建模，有助于目标工程结构的安全性评价以及稳定性分析进程的顺利执行，提高了计算机设备的执行效率。
步骤S404，对所有外部表面所对应的物理参数进行取值大小的比较，得到物理参数对应的上限值和下限值。
具体的，由计算机设备对组成外部表面的所有节点进行遍历搜索，并将搜索到的各项物理参数进行比较，得到物理参数对应的上限值和下限值。
在一个实施例中，计算机设备可以通过全局遍历搜索或者分段局部搜索的方式，对组成外部表面的所有节点的物理参数进行遍历，本申请实施例对比不作限定。搜索到的各项物理参数通过冒泡排序或选择排序法等排序方式，实现从大到小的顺序或从小到达的顺序排序后，得以进行上限值和下限值的选择。
上述实施例中，通过冒泡排序或选择排序法等排序方式进行物理参数的排序后，相比于在遍历的过程中，挨个进行参数比较，可以有效的提高数据筛选效率，并且，从基于排序后的排序序列，进行上限值和下限值的选择，可以进一步提高数据识别准确度。
步骤S406，分别将上限值和下限值映射至一维纹理图像中，得到上限值和下限值分别对应的一维纹理图像坐标。
步骤S408，遍历所有的外部节点，并根据上限值和下限值分别对应的一维纹理图像坐标，以及各外部节点对应的物理参数，进行等比例缩放计算，以将物理参数转换成一维纹理图像坐标。
其中，上限值和下限值分别对应的一维纹理图像坐标，可参考图5所示的二维坐标系中，编号502示意的第一坐标点(a,f(a))以及编号503示意的第二坐标点(b,f(b))，可以理解的是，f(a)为下限值对应外部节点a的一维纹理图像数值，f(b)即为下限值对应外部节点b的一维纹理图像数值。
具体的，由计算机设备获取到下限值和上限值分别对应的一维纹理图像坐标(a,f(a))、(b,f(b))，以及各外部节点对应的物理参数x(具体可参考图5中编号504示意的第三坐标点(x,f(x))，其中，x为各外部节点对应的物理参数，f(x)为上述物理参数对应的一维纹理图像数值)。接着，计算机设备将上述获得的参数带入等比例缩放计算公式中，进而可以得到每个物理参数对应的一维纹理图像数值。
一个实施例中，通过以下公式实现将物理参数转换成一维纹理图像坐标(x,f(x))：
Figure BDA0002788868060000111
式中，a为下限值，b为上限值，x为各外部节点对应的物理参数；f(a)为下限值对应的一维纹理图像数值，f(b)为上限值对应的一维纹理图像数值，f(x)为各物理参数对应的一维纹理图像数值；(a,f(a))为下限值对应的一维纹理图像坐标，(b,f(b))为上限值对应的一维纹理图像坐标。
上述实施例中，由于纹理图像一般为一维的RGB图像，因此，在通过等比例缩放将物理参数转换成一维纹理图像坐标之后，由计算机设备调用相应的一维纹理图像坐标即可访问到纹理图像中对应的RGB信息，进而实现了对岩土工程结构的全彩表达。
步骤S210，根据各物理参数对应的一维纹理图像坐标，进行三维打印处理，输出与三维数值仿真模型对应的三维物理参数实体模型。
其中，三维打印技术也被称为快速成型打印机。它是利用普通打印机的原理，将打印机和计算机连接起来，在将把原料装入机身之后，通过计算机的控制，用激光注射器将原料一层一层累积起来，最后将计算机上的蓝图变成实物。
具体的，由计算机设备获取各外部节点所对应的一维纹理图像坐标，并基于一维纹理图像坐标创建三维模型文件和与三维模型文件对应的材质库文件；将上述三维模型文件、材质库文件以及各外部节点所对应的一维纹理图像坐标所对应的一维纹理图像文件，共同输入至三维打印软件中，在进行三维打印处理后，输出与三维数值仿真模型对应的三维物理参数实体模型。其中，三维模型文件包括含模型定义信息的OBJ文件(3D模型文件)，应当说明的是，OBJ文件是一种3D模型文件，该文件能够被三维打印技术所支持，但该文件不包含动画、材质特性、贴图路径、动力学和粒子等信息。
一个实施例中，将生成的三维模型文件、材质库文件以及各外部节点所对应的一维纹理图像坐标所对应的纹理图像文件置于同一访问目录下，利用三维打印软件访问该目录下的每个文件，并根据与预先设定的打印参数进行打印后，即可得到与三维数值仿真模型对应的三维物理参数实体模型，具体的，三维物理参数实体模型示意图可参考图6。
上述实施例中，通过三维打印技术，将目标工程结构的三维数值仿真模型转换为实体模型，突破了二维空间局限性，将三维数值仿真分析成果直观的从三维全局空间角度进行全彩可视化展示。
上述对工程结构的物理参数展示的方法中，基于两相邻的内部表面之间的空间位置重合关系，通过统计各个节点索引列表分别被引用的次数，进行三维数值仿真模型的外部表面识别，有效的提高了对外部表面的识别准确度。并基于识别到的外部表面，对各外部节点所对应的物理参数进行一维线性映射处理，在将工程结构的物理参数通过三维打印进行三维实体模型的可视化展示的同时，也能够基于调用的一维纹理图像坐标来访问到纹理图像中对应的RGB信息，进而实现了对岩土工程结构的全彩表达。最后，通过三维打印技术，将目标工程结构的三维数值仿真模型转换为实体模型，突破了二维空间局限性，有助于对三维数值仿真模型的虚拟仿真结果进行长期物理展示，以及在真实三维空间中实现对目标工程结构的稳定性分析。
在一个实施例中，获取与目标工程结构对应的三维数值仿真模型，包括：获取与目标工程结构对应的三维原始数值仿真模型；确定适用于三维打印处理的目标尺寸；按照所述目标尺寸，将所述三维原始数值仿真模型的尺寸进行等比例缩放处理，得到与目标工程结构对应的三维数值仿真模型。
具体的，由计算机设备获取与目标工程结构对应的三维原始数值仿真模型，由于该模型的尺寸不被三维打印软件所支持，因此，需要将其按照能够被三维打印软件所支持目标尺度进行等比例缩放，将得到的与目标工程结构对应的三维数值仿真模型用于后续处理步骤。
一实施例中，采用坐标变换方式，将三维原始数值仿真模型下述公式进行等比例缩放：
Figure BDA0002788868060000131
式中，Sx＝Sy＝Sz＝Ln/L0，Ln为目标数值仿真模型的尺寸，L0为原始数值仿真模型的尺寸，M为坐标缩放矩阵。
上述实施例中，通过对原始数值仿真模型进行等比例缩放，由于处于三维仿真模型三维方向上的长、宽和高都是按照等比例缩放系数进行缩小的，进而可以避免图像发生失真，实现了原始数值仿真模型到与目标工程结构对应的三维数值仿真模型的无损失自由转换。
应该理解的是，虽然图2的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图7所示，提供了一种对工程结构的物理参数展示的装置700，包括：第一获取模块701、第二获取模块702、识别模块703、转换模块704和三维打印模块705，其中：
第一获取模块701，用于获取与目标工程结构对应的三维数值仿真模型。
第二获取模块702，用于获取三维数值仿真模型中每个实体单元表面各自对应的节点索引列表；每个实体单元表面所对应的节点索引列表表征对组成相应表面的多个节点的引用信息。
识别模块703，用于根据节点索引列表进行仿真模型外部表面的识别，得到三维数值仿真模型的外部表面。
转换模块704，用于对于每个外部表面，分别获取相应外部表面中的各外部节点所对应的物理参数，并将物理参数转换成与一维纹理图像相对应的一维纹理图像坐标。
三维打印模块705，用于根据各物理参数对应的一维纹理图像坐标，进行三维打印处理，输出与三维数值仿真模型对应的三维物理参数实体模型。
在其中一个实施例中，第一获取模块701还用于获取与目标工程结构对应的三维原始数值仿真模型；确定适用于三维打印处理的目标尺寸；按照目标尺寸，将三维原始数值仿真模型的尺寸进行等比例缩放处理，得到与目标工程结构对应的三维数值仿真模型。
在其中一个实施例中，识别模块703还用于获取节点索引列表被引用的次数；将被引用的次数小于等于预设阈值的节点索引列表所构成的表面，作为三维数值仿真模型的外部表面；将被引用的次数大于预设阈值的节点索引列表所构成的表面，作为三维数值仿真模型的内部表面；对三维数值仿真模型的内部表面和外部表面进行筛选，得到三维数值仿真模型的外部表面。
在其中一个实施例中，转换模块704还用于对于每个外部表面，分别获取相应外部表面中的各外部节点所对应的物理参数、以及相应外部表面所对应的一维纹理图像；对所有外部表面所对应的物理参数进行取值大小的比较，得到物理参数对应的上限值和下限值；分别将上限值和下限值映射至一维纹理图像中，得到上限值和下限值分别对应的一维纹理图像坐标；遍历所有的外部节点，并根据上限值和下限值分别对应的一维纹理图像坐标，以及各外部节点对应的物理参数，进行等比例缩放计算，以将物理参数转换成一维纹理图像坐标；其中：
一方面，三维数值仿真模型的外部表面中的各外部节点所对应的物理参数，包括节点位移和节点应力中的至少一种。
另一方面，通过以下公式实现将物理参数转换成一维纹理图像坐标(x,f(x))：
Figure BDA0002788868060000151
式中，a为下限值，b为上限值，x为各外部节点对应的物理参数；f(a)为下限值对应的一维纹理图像数值，f(b)为上限值对应的一维纹理图像数值，f(x)为各物理参数对应的一维纹理图像数值；(a,f(a))为下限值对应的一维纹理图像坐标，(b,f(b))为上限值对应的一维纹理图像坐标。
在一实施例中，三维打印模块705还用于基于各外部节点所对应的一维纹理图像坐标，创建三维模型文件；创建与三维模型文件对应的材质库文件；将三维模型文件、材质库文件、以及各外部节点所对应的一维纹理图像坐标所对应的纹理图像文件，共同输入至三维打印软件中，输出与三维数值仿真模型对应的三维物理参数实体模型。
上述对工程结构的物理参数展示的装置，基于两相邻的内部表面之间的空间位置重合关系，通过统计各个节点索引列表分别被引用的次数，进行三维数值仿真模型的外部表面识别，有效的提高了对外部表面的识别准确度。并基于识别到的外部表面，对各外部节点所对应的物理参数进行一维线性映射处理，在将工程结构的物理参数通过三维打印进行三维实体模型的可视化展示的同时，也能够基于调用的一维纹理图像坐标来访问到纹理图像中对应的RGB信息，进而实现了对岩土工程结构的全彩表达。最后，通过三维打印技术，将目标工程结构的三维数值仿真模型转换为实体模型，突破了二维空间局限性，有助于对三维数值仿真模型的虚拟仿真结果进行长期物理展示，以及在真实三维空间中实现对目标工程结构的稳定性分析。
关于对工程结构的物理参数展示的装置的具体限定可以参见上文中对于对工程结构的物理参数展示的方法的限定，在此不再赘述。上述对工程结构的物理参数展示的装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图8所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储与目标工程结构对应的三维原始数值仿真模型、与目标工程结构对应的三维数值仿真模型对应的模型定义信息、三维模型文件、与三维模型文件对应的材质库文件以及各外部节点所对应的一维纹理图像坐标所对应的纹理图像文件。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种对工程结构的物理参数展示的方法。
本领域技术人员可以理解，图8中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：获取与目标工程结构对应的三维数值仿真模型；获取三维数值仿真模型中每个实体单元表面各自对应的节点索引列表；每个实体单元表面所对应的节点索引列表表征对组成相应表面的多个节点的引用信息；根据节点索引列表进行仿真模型外部表面的识别，得到三维数值仿真模型的外部表面；对于每个外部表面，分别获取相应外部表面中的各外部节点所对应的物理参数，并将物理参数转换成与一维纹理图像相对应的一维纹理图像坐标；根据各物理参数对应的一维纹理图像坐标，进行三维打印处理，输出与三维数值仿真模型对应的三维物理参数实体模型。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：获取与目标工程结构对应的三维原始数值仿真模型；确定适用于三维打印处理的目标尺寸；按照目标尺寸，将三维原始数值仿真模型的尺寸进行等比例缩放处理，得到与目标工程结构对应的三维数值仿真模型。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：获取节点索引列表被引用的次数；将被引用的次数小于等于预设阈值的节点索引列表所构成的表面，作为三维数值仿真模型的外部表面；将被引用的次数大于预设阈值的节点索引列表所构成的表面，作为三维数值仿真模型的内部表面；对三维数值仿真模型的内部表面和外部表面进行筛选，得到三维数值仿真模型的外部表面。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：对于每个外部表面，分别相应外部表面中的各外部节点所对应的物理参数、以及相应外部表面所对应的一维纹理图像；对所有外部表面所对应的物理参数进行取值大小的比较，得到物理参数对应的上限值和下限值；分别将上限值和下限值映射至一维纹理图像中，得到上限值和下限值分别对应的一维纹理图像坐标；遍历所有的外部节点，并根据上限值和下限值分别对应的一维纹理图像坐标，以及各外部节点对应的物理参数，进行等比例缩放计算，以将物理参数转换成一维纹理图像坐标。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：通过以下公式实现将物理参数转换成一维纹理图像坐标(x,f(x))：
Figure BDA0002788868060000171
式中，a为下限值，b为上限值，x为各外部节点对应的物理参数；f(a)为下限值对应的一维纹理图像数值，f(b)为上限值对应的一维纹理图像数值，f(x)为各物理参数对应的一维纹理图像数值；(a,f(a))为下限值对应的一维纹理图像坐标，(b,f(b))为上限值对应的一维纹理图像坐标。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：基于各外部节点所对应的一维纹理图像坐标，创建三维模型文件；创建与三维模型文件对应的材质库文件；将三维模型文件、材质库文件、以及各外部节点所对应的一维纹理图像坐标，共同输入至三维打印软件中，输出与三维数值仿真模型对应的三维物理参数实体模型。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：三维数值仿真模型的外部表面中的各外部节点所对应的物理参数，包括节点位移和节点应力中的至少一种。
上述计算机设备，基于两相邻的内部表面之间的空间位置重合关系，通过统计各个节点索引列表分别被引用的次数，进行三维数值仿真模型的外部表面识别，有效的提高了对外部表面的识别准确度。并基于识别到的外部表面，对各外部节点所对应的物理参数进行一维线性映射处理，在将工程结构的物理参数通过三维打印进行三维实体模型的可视化展示的同时，也能够基于调用的一维纹理图像坐标来访问到纹理图像中对应的RGB信息，进而实现了对岩土工程结构的全彩表达。最后，通过三维打印技术，将目标工程结构的三维数值仿真模型转换为实体模型，突破了二维空间局限性，有助于对三维数值仿真模型的虚拟仿真结果进行长期物理展示，以及在真实三维空间中实现对目标工程结构的稳定性分析。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：获取与目标工程结构对应的三维数值仿真模型；获取三维数值仿真模型中每个实体单元表面各自对应的节点索引列表；每个实体单元表面所对应的节点索引列表表征对组成相应表面的引用信息；根据节点索引列表进行仿真模型外部表面的识别，得到三维数值仿真模型的外部表面；对于每个外部表面，分别获取相应外部表面中的各外部节点所对应的物理参数，并将物理参数转换成与一维纹理图像相对应的一维纹理图像坐标；根据各物理参数对应的一维纹理图像坐标，进行三维打印处理，输出与三维数值仿真模型对应的三维物理参数实体模型。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：获取与目标工程结构对应的三维原始数值仿真模型；确定适用于三维打印处理的目标尺寸；按照目标尺寸，将三维原始数值仿真模型的尺寸进行等比例缩放处理，得到与目标工程结构对应的三维数值仿真模型。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：获取节点索引列表分别被引用的次数；将被引用的次数小于等于预设阈值的节点索引列表所构成的表面，作为三维数值仿真模型的外部表面；将被引用的次数大于预设阈值的节点索引列表所构成的表面，作为三维数值仿真模型的内部表面；对三维数值仿真模型的内部表面和外部表面进行筛选，得到三维数值仿真模型的外部表面。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：对于每个外部表面，分别相应外部表面中的各外部节点所对应的物理参数、以及相应外部表面所对应的一维纹理图像；对所有外部表面所对应的物理参数进行取值大小的比较，得到物理参数对应的上限值和下限值；分别将上限值和下限值映射至一维纹理图像中，得到上限值和下限值分别对应的一维纹理图像坐标；遍历所有的外部节点，并根据上限值和下限值分别对应的一维纹理图像坐标，以及各外部节点对应的物理参数，进行等比例缩放计算，以将物理参数转换成一维纹理图像坐标。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：通过以下公式实现将物理参数转换成一维纹理图像坐标(x,f(x))：
Figure BDA0002788868060000191
式中，a为下限值，b为上限值，x为各外部节点对应的物理参数；f(a)为下限值对应的一维纹理图像数值，f(b)为上限值对应的一维纹理图像数值，f(x)为各物理参数对应的一维纹理图像数值；(a,f(a))为下限值对应的一维纹理图像坐标，(b,f(b))为上限值对应的一维纹理图像坐标。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：基于各外部节点所对应的一维纹理图像坐标，创建三维模型文件；创建与三维模型文件对应的材质库文件；将三维模型文件、材质库文件、以及各外部节点所对应的一维纹理图像坐标所对应的纹理图像文件，共同输入至三维打印软件中，输出与三维数值仿真模型对应的三维物理参数实体模型。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：三维数值仿真模型的外部表面中的各外部节点所对应的物理参数，包括节点位移和节点应力中的至少一种。
上述计算机可读存储介质，基于两相邻的内部表面之间的空间位置重合关系，通过统计各个节点索引列表分别被引用的次数，进行三维数值仿真模型的外部表面识别，有效的提高了对外部表面的识别准确度。并基于识别到的外部表面，对各外部节点所对应的物理参数进行一维线性映射处理，在将工程结构的物理参数通过三维打印进行三维实体模型的可视化展示的同时，也能够基于调用的一维纹理图像坐标来访问到纹理图像中对应的RGB信息，进而实现了对岩土工程结构的全彩表达。最后，通过三维打印技术，将目标工程结构的三维数值仿真模型转换为实体模型，突破了二维空间局限性，有助于对三维数值仿真模型的虚拟仿真结果进行长期物理展示，以及在真实三维空间中实现对目标工程结构的稳定性分析。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种对工程结构的物理参数展示的方法，其特征在于，所述方法包括：
获取与目标工程结构对应的三维数值仿真模型；
获取所述三维数值仿真模型中每个实体单元表面各自对应的节点索引列表；每个实体单元表面所对应的所述节点索引列表表征对组成相应表面的多个节点的引用信息；
根据所述节点索引列表进行仿真模型外部表面的识别，得到所述三维数值仿真模型的外部表面；
对于每个外部表面，分别获取相应外部表面中的各外部节点所对应的物理参数，对所有外部表面所对应的物理参数进行取值大小的比较，得到所述物理参数对应的上限值和下限值；分别将所述上限值和下限值映射至一维纹理图像中，得到所述上限值和下限值分别对应的一维纹理图像坐标；
遍历所有的外部节点，并通过以下公式将所述物理参数转换成一维纹理图像坐标(x,f(x))：
Figure FDA0003656655030000011
其中，a为所述下限值，b为所述上限值，x为各外部节点对应的物理参数；f(a)为所述下限值对应的一维纹理图像数值，f(b)为所述上限值对应的一维纹理图像数值，f(x)为各物理参数对应的一维纹理图像数值；(a,f(a))为下限值对应的一维纹理图像坐标，(b,f(b))为上限值对应的一维纹理图像坐标；
根据各所述物理参数对应的一维纹理图像坐标，进行三维打印处理，输出与所述三维数值仿真模型对应的三维物理参数实体模型。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取与目标工程结构对应的三维数值仿真模型，包括：
获取与目标工程结构对应的三维原始数值仿真模型；
确定适用于三维打印处理的目标尺寸；
按照所述目标尺寸，将所述三维原始数值仿真模型的尺寸进行等比例缩放处理，得到与目标工程结构对应的三维数值仿真模型。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述节点索引列表进行仿真模型外部表面的识别，得到所述三维数值仿真模型的外部表面，包括：
获取各实体单元表面的节点索引列表被引用的次数；
将所述被引用的次数小于或等于预设阈值的节点索引列表所构成的表面，作为所述三维数值仿真模型的外部表面；
将所述被引用的次数大于预设阈值的节点索引列表所构成的表面，作为所述三维数值仿真模型的内部表面；
对所述三维数值仿真模型的内部表面和外部表面进行筛选，得到三维数值仿真模型的外部表面。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据各所述物理参数对应的一维纹理图像坐标，进行三维打印处理，输出与所述三维数值仿真模型对应的三维物理参数实体模型，包括：
基于所述各外部节点所对应的一维纹理图像坐标，创建三维模型文件；
创建与所述三维模型文件对应的材质库文件；
将所述三维模型文件、所述材质库文件、以及所述各外部节点所对应的一维纹理图像坐标所对应的纹理图像文件，共同输入至三维打印软件中，输出与所述三维数值仿真模型对应的三维物理参数实体模型。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述三维数值仿真模型的外部表面中的各外部节点所对应的物理参数，包括节点位移和节点应力中的至少一种。
6.一种对工程结构的物理参数展示的装置，其特征在于，所述装置包括：
第一获取模块，用于获取与目标工程结构对应的三维数值仿真模型；
第二获取模块，获取所述三维数值仿真模型中每个实体单元表面各自对应的节点索引列表；每个实体单元表面所对应的所述节点索引列表表征对组成相应表面的多个节点的引用信息；
识别模块，用于根据所述节点索引列表进行仿真模型外部表面的识别，得到所述三维数值仿真模型的外部表面；
转换模块，用于对于每个外部表面，分别获取相应外部表面中的各外部节点所对应的物理参数，对所有外部表面所对应的物理参数进行取值大小的比较，得到所述物理参数对应的上限值和下限值；分别将所述上限值和下限值映射至一维纹理图像中，得到所述上限值和下限值分别对应的一维纹理图像坐标；
遍历所有的外部节点，并通过以下公式将所述物理参数转换成一维纹理图像坐标(x,f(x))：
Figure FDA0003656655030000031
其中，a为所述下限值，b为所述上限值，x为各外部节点对应的物理参数；f(a)为所述下限值对应的一维纹理图像数值，f(b)为所述上限值对应的一维纹理图像数值，f(x)为各物理参数对应的一维纹理图像数值；(a,f(a))为下限值对应的一维纹理图像坐标，(b,f(b))为上限值对应的一维纹理图像坐标；
三维打印模块，用于根据各所述物理参数对应的一维纹理图像坐标，进行三维打印处理，输出与所述三维数值仿真模型对应的三维物理参数实体模型。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一获取模块还用于获取与目标工程结构对应的三维原始数值仿真模型，确定适用于三维打印处理的目标尺寸，按照所述目标尺寸，将所述三维原始数值仿真模型的尺寸进行等比例缩放处理，得到与目标工程结构对应的三维数值仿真模型。
8.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至5中任一项所述的方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至5中任一项所述的方法的步骤。
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