CN112965947B - 多块结构网格数据深度压缩存储格式 - Google Patents

多块结构网格数据深度压缩存储格式 Download PDF

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CN112965947B CN202110258835.7A CN202110258835A CN112965947B CN 112965947 B CN112965947 B CN 112965947B CN 202110258835 A CN202110258835 A CN 202110258835A CN 112965947 B CN112965947 B CN 112965947B
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Abstract

本发明公开了一种多块结构网格数据深度压缩存储格式。该格式的存储内容为网格块数量、全部网格块的逻辑信息、全部网格窗口的逻辑信息和全部网格窗口的深度压缩几何数据；对于非关键空间网格窗口，网格窗口的深度压缩几何数据为窗口上所有网格点的三维空间坐标；对于关键空间网格窗口，网格窗口的深度压缩几何数据为窗口4条边界棱线上所有网格点的三维空间坐标；存储顺序依次为网格块数量、全部网格块的逻辑信息、全部网格窗口的逻辑信息、全部网格窗口的深度压缩几何数据，存储方式为二进制类型。该方法通过存储部分网格点数据代替全部网格点数据存储，占用非常小的计算机磁盘存储空间，提高了数据存储安全性，结构网格数据交互方式也更加灵活，提高了数据传输效率。

Description

多块结构网格数据深度压缩存储格式
技术领域
本发明属于数值仿真的网格领域，特别是计算流体力学CFD(ComputationalFluid Dynamics)中的多块结构网格存储领域，具体涉及多块结构网格数据存储格式。
背景技术
计算流体力学CFD(Computational Fluid Dynamics)是开展流体力学机理研究的重要手段之一，在航空航天飞行器设计与性能评估中发挥着愈来愈重要的作用。CFD通过计算网格对流场空间进行离散，然后求解代数离散方程获取流动变量，如密度、压力和温度等，并沿飞行器表面积分得到飞行器整体的性能特性。因此，计算网格是开展CFD数值仿真的基础，决定着数值分析的计算精度和计算效率。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。相比非结构网格，结构网格具有连接关系简单、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，一些主流的商业软件使用Gridgen、Plot3D、CGNS和Tecplot等数据格式存储结构网格数据，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全部几何数据存储格式存储全部网格点的方式，数据存储量庞大，随着CFD数值模拟精细度的增加，网格规模逐渐增大，当前文件存储格式给网格数据的存储及传输均带来很大压力，引发了存储和传输危机。而优化设计、非定常模拟、载荷分析中涉及的大量计算状态，将给网格数据的文件存储带来更大挑战，存储单元的反复访问将加速存储硬件的老化，带来数据丢失风险，导致存储成本急剧增加。
当前，亟需发展一种多块结构网格数据深度压缩存储格式。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种多块结构网格数据深度压缩存储格式。
本发明的多块结构网格数据深度压缩存储格式包括以下步骤：
步骤100：根据多块结构网格深度压缩数据确定需要存储的内容，具体的存储内容如下：
100a.网格块数量Nblock；
100b.全部网格块的逻辑信息，包括每个网格块在逻辑方向I、J、K上的网格点数量NIi、NJi、NKi，以及每个网格块的网格窗口数量NWi，i∈[1,Nblock]，NWi≥6；
100c.全部网格窗口的逻辑信息，包括每个网格窗口在逻辑方向上的起始和终止网格点序号
Figure BDA0002968782120000021
以及每个网格窗口的类型
Figure BDA0002968782120000022
s为start 的缩写，e为end的缩写，i∈[1,Nblock]，w∈[1,NWi]；
100d.全部网格窗口的深度压缩几何数据
Figure BDA0002968782120000023
Figure BDA0002968782120000024
l、m、n分别表示逻辑方向I、J、K上的网格点序号，l、m、n的范围取决于窗口的类型；
步骤200：采用二进制数据类型，将Nblock存储到网格数据深度压缩存储文件中；
步骤300：采用二进制数据类型，按照网格块序号从小到大的顺序，依次将NIi、NJi、NKi、NWi存储到网格数据深度压缩存储文件中；
步骤400：采用二进制数据类型，按照网格块序号和网格窗口序号从小到大的顺序，将
Figure BDA0002968782120000025
存储到网格数据深度压缩存储文件中，包括以下步骤：
410.存储第1个网格块第1个网格窗口的逻辑信息
Figure BDA0002968782120000026
420.重复执行410，完成第1个网格块第2～第NW1个网格窗口的逻辑信息存储；
430.重复执行410～420，完成第2～第Nblock个网格块所有网格窗口的逻辑信息存储；
步骤500：采用二进制数据类型，按照网格块序号和网格窗口序号从小到大的顺序，将全部网格窗口的深度压缩几何数据
Figure BDA0002968782120000031
存储到网格数据深度压缩文件中，包括以下步骤：
510.判断第1个网格块第1个网格窗口的类型
Figure BDA0002968782120000032
是否为0，若是0，则第1 个网格块第1个网格窗口为非物面网格窗口；否则，第1个网格块第1个网格窗口为物面网格窗口；
520. 若
Figure DEST_PATH_342743DEST_PATH_IMAGE015
，则存储第1个网格块第1个网格窗口的4条边界棱线上所有网格点的三维空间坐标，作为网格块1窗口1的网格压缩几何数据
Figure DEST_PATH_683726DEST_PATH_IMAGE016
，并按照以下顺序存储：
521.若
Figure BDA0002968782120000035
则按照各条边界棱线上网格点序号从小到大的顺序，依次为：
521a.存储第1条边界棱线上的所有网格点
Figure BDA0002968782120000036
Figure BDA0002968782120000037
521b.存储第2条边界棱线上的所有网格点
Figure BDA0002968782120000038
Figure BDA0002968782120000039
521c.存储第3条边界棱线上的所有网格点
Figure BDA00029687821200000310
Figure BDA00029687821200000311
521d.存储第4条边界棱线上的所有网格点
Figure BDA00029687821200000312
Figure BDA00029687821200000313
522.若
Figure BDA00029687821200000314
则按照各条边界棱线上网格点序号从小到大的顺序，依次为：
522a.存储第1条边界棱线上的所有网格点
Figure BDA00029687821200000315
Figure BDA00029687821200000316
522b.存储第2条边界棱线上的所有网格点
Figure BDA00029687821200000317
Figure BDA0002968782120000041
522c.存储第3条边界棱线上的所有网格点
Figure BDA0002968782120000042
Figure BDA0002968782120000043
522d.存储第4条边界棱线上的所有网格点
Figure BDA0002968782120000044
Figure BDA0002968782120000045
523.若
Figure BDA0002968782120000046
则按照各条边界棱线上网格点序号从小到大的顺序，依次为：
523a.存储第1条边界棱线上的所有网格点
Figure BDA0002968782120000047
Figure BDA0002968782120000048
523b.存储第2条边界棱线上的所有网格点
Figure BDA0002968782120000049
Figure BDA00029687821200000410
523c.存储第3条边界棱线上的所有网格点
Figure BDA00029687821200000411
Figure BDA00029687821200000412
523d.存储第4条边界棱线上的所有网格点
Figure BDA00029687821200000413
Figure BDA00029687821200000414
530.若
Figure BDA00029687821200000415
则存储第1个网格块第1个网格窗口上所有网格点的三维空间坐标，作为网格块1窗口1的网格压缩几何数据
Figure BDA00029687821200000416
并按照以下顺序存储：
531.若
Figure BDA00029687821200000417
则存储
Figure BDA00029687821200000418
且按照网格点序号从小到大的顺序先循环m，再循环n；
532.若
Figure BDA00029687821200000419
则存储
Figure BDA00029687821200000420
且按照网格点序号从小到大的顺序先循环l，再循环n；
533.若
Figure BDA00029687821200000421
则存储
Figure BDA00029687821200000422
且按照网格点序号从小到大的顺序先循环l，再循环m；
540.重复执行510～530，完成第1个网格块第2～第NW1个网格窗口的深度压缩几何数据存储；
550.重复执行510～540，完成第2～第Nblock个网格块所有网格窗口的深度压缩几何数据存储，完成整个多块结构网格数据的深度压缩存储。
本发明的多块结构网格数据深度压缩存储格式，具有以下特点：
1.存储内容为网格块数量、全部网格块的逻辑信息、全部网格窗口的逻辑信息、和全部网格窗口的深度压缩几何数据。
2.对于非关键空间网格窗口，网格窗口的深度压缩几何数据为窗口上所有网格点的三维空间坐标；对于关键空间网格窗口，网格窗口的深度压缩几何数据为窗口4条边界棱线上所有网格点的三维空间坐标。
3.存储顺序依次为网格块数量、全部网格块的逻辑信息、全部网格窗口的逻辑信息、全部网格窗口的深度压缩几何数据，存储方式为二进制类型。
本发明的多块结构网格数据深度压缩存储格式，通过区分关键空间网格窗口对多块结构网格数据进行编码压缩存储，描述网格数据深度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，网格数据的存储格式采用二进制方式进行存储。然后，将多块结构网格深度压缩数据信息，包括网格块数量、全部网格块的逻辑信息、全部网格窗口的逻辑信息、和全部网格窗口的深度压缩几何数据，按照特定的顺序在网格数据深度压缩存储文件中进行存储。
本发明的多块结构网格数据深度压缩存储格式，可以将千万单元量级多块结构网格数据的计算机磁盘占用空间压缩至原来的3％以内，对于亿单元量级数据可压缩至原来的1％以内，且随着网格单元数量增加，压缩比将逐渐增长，能够十分显著地提高多块结构网格的存储效率，使得计算机磁盘存储空间消耗非常小，提高了数据存储安全性，同时也提供了一种更灵活的结构网格数据交互方式，大大降低网格数据传输的带宽需求，提高数据传输效率。
简而言之，本发明的多块结构网格数据深度压缩存储格式采用二进制存储方式和特定的存储顺序，通过存储部分网格点数据代替全部网格点数据存储，最终占用非常小的计算机磁盘存储空间，提高了数据存储安全性，结构网格数据交互方式也更加灵活，提高了数据传输效率。
附图说明
图1为本发明的多块结构网格数据深度压缩存储格式中的多块结构网格示意图；
图2为本发明的多块结构网格数据深度压缩存储格式中的第1个网格块示意图；
图3为本发明的多块结构网格数据深度压缩存储格式的深度压缩存储格式示意图。
图中，1代表第1个网格块；2代表第2个网格块；3代表第3个网格块； X、Y、Z分别代表了空间三维坐标方向；I、J、K分别代表了多块结构网格的三个逻辑方向；1-1代表第1个网格块第1个网格窗口；1-2代表第1个网格块第2 个网格窗口；1-3代表第1个网格块第3个网格窗口；1-4代表第1个网格块第4 个网格窗口；1-5代表第1个网格块第5个网格窗口；1-6代表第1个网格块第6 个网格窗口；1-7代表第1个网格块第7个网格窗口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明。
实施例1
本实施例的多块结构网格数据深度压缩存储格式包括以下步骤：
步骤100：如图1所示，根据多块结构网格深度压缩数据确定需要存储的内容，具体存储内容如下：
100a.网格块数量Nblock＝3；
100b.全部网格块的逻辑信息，包括3个网格块在逻辑方向I、J、K上的网格点数量NIi、NJi、NKi，以及3个网格块各自的网格窗口数量NWi，i∈[1,3]，NWi≥6；
100c.全部网格窗口的逻辑信息，包括3个网格窗口在逻辑方向上的起始和终止网格点序号
Figure BDA0002968782120000071
以及3个网格窗口的类型
Figure BDA0002968782120000072
s为start 的缩写，e为end的缩写，i∈[1,3]，w∈[1,NWi]；
100d.全部网格窗口的深度压缩几何数据
Figure BDA0002968782120000073
Figure BDA0002968782120000074
l、m、n分别表示逻辑方向I、J、K上的网格点序号，l、m、n的范围取决于窗口的类型；
步骤200：采用二进制数据类型，将图1中网格块数量3存储到网格数据深度压缩文件中；
步骤300：采用二进制数据类型，按照网格块序号从小到大的顺序，依次将图1中NIi、NJi、NKi、NWi存储到网格数据深度压缩文件中，即依次存储第1个网格块的逻辑信息60、25、20、7；第2个网格块的逻辑信息30、25、21、6；第 3个网格块的逻辑信息31、25、21、6；
步骤400：采用二进制数据类型，按照网格块序号和网格窗口序号从小到大的顺序，将
Figure DEST_PATH_116422DEST_PATH_IMAGE011
存储到网格数据深度压缩文件中，包括以下步骤：
410. 存储图2中第1个网格块第1个网格窗口的逻辑信息
Figure DEST_PATH_939060DEST_PATH_IMAGE012
，即1、1、1、25、1、20、0；
420.重复执行410，完成第1个网格块第2～第7个网格窗口的逻辑信息存储；
430.重复执行410～420，完成第2～第3个网格块所有网格窗口的逻辑信息存储；
步骤500：采用二进制数据类型，按照网格块序号和网格窗口序号从小到大的顺序，将全部网格窗口的深度压缩几何数据
Figure BDA0002968782120000081
存储到网格数据压缩文件中，包括以下步骤：
510.判断图2中第1个网格块第1个网格窗口的类型
Figure BDA0002968782120000082
是否为0，因
Figure BDA0002968782120000083
则第1个网格块第1个网格窗口为非物面网格窗口；
520.根据
Figure BDA0002968782120000084
则存储第1个网格块第1个网格窗口的4条边界棱线上所有网格点的三维空间坐标，作为网格块1窗口1的网格压缩几何数据
Figure BDA0002968782120000085
并按照以下特定顺序存储：
521.因
Figure BDA0002968782120000086
则按照各条边界棱线上网格点序号从小到大的顺序，依次为：
521a.存储第1条边界棱线上的所有网格点
Figure BDA0002968782120000087
Figure BDA0002968782120000088
521b.存储第2条边界棱线上的所有网格点
Figure BDA0002968782120000089
Figure BDA00029687821200000810
521c.存储第3条边界棱线上的所有网格点
Figure BDA00029687821200000811
Figure BDA00029687821200000812
521d.存储第4条边界棱线上的所有网格点
Figure BDA00029687821200000813
Figure BDA00029687821200000814
530.重复执行510～520，完成第1个网格块第2～第NW1个网格窗口的深度压缩几何数据存储；
540.重复执行510～530，完成第2～第Nblock个网格块所有网格窗口的深度压缩几何数据存储，完成整个多块结构网格数据的深度压缩存储。图3展示了该多块结构网格数据深度压缩存储格式示意图。

Claims (1)

1.多块结构网格数据深度压缩存储格式，其特征在于，所述的多块结构网格数据深度压缩存储格式包括以下步骤：
步骤100：根据多块结构网格深度压缩数据确定需要存储的内容，具体的存储内容如下：
100a.网格块数量Nblock；
100b.全部网格块的逻辑信息，包括每个网格块在逻辑方向I、J、K上的网格点数量NIi、NJi、NKi，以及每个网格块的网格窗口数量NWi，i∈[1,Nblock]，NWi≥6；
100c.全部网格窗口的逻辑信息，包括每个网格窗口在逻辑方向上的起始和终止网格点序号
Figure FDA0003479848880000011
以及每个网格窗口的类型
Figure FDA0003479848880000012
s为start的缩写，e为end的缩写，i∈[1,Nblock]，w∈[1,NWi]；
100d.全部网格窗口的深度压缩几何数据
Figure FDA0003479848880000013
i∈[1,Nblock]，w∈[1,NWi]，l、m、n分别表示逻辑方向I、J、K上的网格点序号，l、m、n的范围取决于窗口的类型；
步骤200：采用二进制数据类型，将Nblock存储到网格数据深度压缩存储文件中；
步骤300：采用二进制数据类型，按照网格块序号从小到大的顺序，依次将NIi、NJi、NKi、NWi存储到网格数据深度压缩存储文件中；
步骤400：采用二进制数据类型，按照网格块序号和网格窗口序号从小到大的顺序，将
Figure FDA0003479848880000014
存储到网格数据深度压缩存储文件中，包括以下步骤：
410.存储第1个网格块第1个网格窗口的逻辑信息
Figure FDA0003479848880000015
420.参照410的执行逻辑，依次完成第1个网格块第2～第NW1个网格窗口的逻辑信息存储；
430.参照410和420的执行逻辑，依次完成第2～第Nblock个网格块所有网格窗口的逻辑信息存储；
步骤500：采用二进制数据类型，按照网格块序号和网格窗口序号从小到大的顺序，将全部网格窗口的深度压缩几何数据
Figure FDA0003479848880000021
存储到网格数据深度压缩文件中，包括以下步骤：
510.判断第1个网格块第1个网格窗口的类型
Figure FDA0003479848880000022
是否为0，若是0，则第1个网格块第1个网格窗口为非物面网格窗口；否则，第1个网格块第1个网格窗口为物面网格窗口；
520.若
Figure FDA0003479848880000023
则存储第1个网格块第1个网格窗口的4条边界棱线上所有网格点的三维空间坐标，作为网格块1窗口1的网格压缩几何数据
Figure FDA0003479848880000024
并按照以下顺序存储：
521.若
Figure FDA0003479848880000025
则按照各条边界棱线上网格点序号从小到大的顺序，依次为：
521a.存储第1条边界棱线上的所有网格点
Figure FDA0003479848880000026
Figure FDA0003479848880000027
521b.存储第2条边界棱线上的所有网格点
Figure FDA0003479848880000028
Figure FDA0003479848880000029
521c.存储第3条边界棱线上的所有网格点
Figure FDA00034798488800000210
Figure FDA00034798488800000211
521d.存储第4条边界棱线上的所有网格点
Figure FDA00034798488800000212
Figure FDA00034798488800000213
522.若
Figure FDA00034798488800000214
则按照各条边界棱线上网格点序号从小到大的顺序，依次为：
522a.存储第1条边界棱线上的所有网格点
Figure FDA00034798488800000215
Figure FDA00034798488800000216
522b.存储第2条边界棱线上的所有网格点
Figure FDA00034798488800000217
Figure FDA0003479848880000031
522c.存储第3条边界棱线上的所有网格点
Figure FDA0003479848880000032
Figure FDA0003479848880000033
522d.存储第4条边界棱线上的所有网格点
Figure FDA0003479848880000034
Figure FDA0003479848880000035
523.若
Figure FDA0003479848880000036
则按照各条边界棱线上网格点序号从小到大的顺序，依次为：
523a.存储第1条边界棱线上的所有网格点
Figure FDA0003479848880000037
Figure FDA0003479848880000038
523b.存储第2条边界棱线上的所有网格点
Figure FDA0003479848880000039
Figure FDA00034798488800000310
523c.存储第3条边界棱线上的所有网格点
Figure FDA00034798488800000311
Figure FDA00034798488800000312
523d.存储第4条边界棱线上的所有网格点
Figure FDA00034798488800000313
Figure FDA00034798488800000314
530.若
Figure FDA00034798488800000315
则存储第1个网格块第1个网格窗口上所有网格点的三维空间坐标，作为网格块1窗口1的网格压缩几何数据
Figure FDA00034798488800000316
并按照以下顺序存储：
531.若
Figure FDA00034798488800000317
则存储
Figure FDA00034798488800000318
且按照网格点序号从小到大的顺序先循环m，再循环n；
532.若
Figure FDA00034798488800000319
则存储
Figure FDA00034798488800000320
且按照网格点序号从小到大的顺序先循环l，再循环n；
533.若
Figure FDA00034798488800000321
则存储
Figure FDA00034798488800000322
且按照网格点序号从小到大的顺序先循环l，再循环m；
540.参照510～530的执行逻辑，依次完成第1个网格块第2～第NW1个网格窗口的深度压缩几何数据存储；
550.参照510～540的执行逻辑，依次完成第2～第Nblock个网格块所有网格窗口的深度压缩几何数据存储，完成整个多块结构网格数据的深度压缩存储。
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