CN114049465B - 适用于复杂曲面表面的电磁波动态三维展示方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于复杂曲面表面的电磁波动态三维展示方法，包括以下步骤：S1.从nastran网格文件中读取复杂曲面模型的点列表[P]N和点连接列表形成三角面元列表[Tri]M；其中，N为点数，M为三角面元数，初始化一张维度为N×8的数据表格[Tbl]N,8；S2.对面元列表中每一个面元计算点坐标和单位法向矢量，并据此对数据表格[Tbl]N,8进行填充；S3.对填充后数据表格[Tbl]N,8中的每一行数据进行处理，完成可视化数据的整理；S4.对复杂曲面表面的电磁波进行动态可视化处理，实现电磁波的动态三维展示。本发明能够实现电磁波动快慢效果、波动幅度、电磁波动随时间向前、向后的调节，并避免可不同网格模型中点连接顺序导致波峰或波谷倒向的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电磁场计算领域，特别是涉及一种适用于复杂曲面表面的电磁波动态三维展示方法。
背景技术
在电磁场计算领域，对于复杂曲面表面的电磁波传播，常常需要进行动态展示，但是传统的复杂曲面表面电磁波的二维可视化无法体现弹性波的三维震动特点；传统的平面电磁波的可视化虽然为三维效果，但是无法适用于非平面的复杂曲面表面；同时现有电磁波动态显示方案中，在不同网格模型中点连接顺序导致会导致波峰或波谷倒向，这就为复杂曲面表面的电磁波动态三维展示带来了诸多不便。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于复杂曲面表面的电磁波动态三维展示方法，通过陡峭程度的变化能够更加直观地再现电磁波的三维波动效果，并能够适用于非平面的复杂曲面表面。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：适用于复杂曲面表面的电磁波动态三维展示方法，包括以下步骤：
S1.从nastran网格文件中读取复杂曲面模型的点列表[P]N和点连接列表形成三角面元列表[Tri]M；其中，N为点数，M为三角面元数，初始化一张维度为N×8的数据表格[Tbl]N,8；
S2.对面元列表中每一个面元计算点坐标和单位法向矢量，并据此对数据表格[Tbl]N,8进行填充；
S3.对填充后数据表格[Tbl]N,8中的每一行数据进行处理，完成可视化数据的整理；
S4.对复杂曲面表面的电磁波进行动态可视化处理，实现电磁波的动态三维展示。
进一步地，所述步骤S2包括以下子步骤：
S201.遍历面元列表[Tri]M，得到第i个面元Tri[i]的三个顶点在点列表[P]N中的序号分别为i1,i2,i3，三个点坐标分别为Pi1(x1,y1,z1),Pi2(x2,y2,z2)和Pi3(x3,y3,z3)；
S202.计算Tri[i]的单位法向矢量
其中
×表示矢量叉乘，|·|表示矢量的长度；
S203.对数据表格进行填充：
Tbl的第i1行数据的前6个数分别赋值为x1,y1,z1，和
Tbl的第i2行数据的前6个数分别赋值为x2,y2,z2，和
Tbl的第i3行数据的前6个数分别赋值为x3,y3,z3，和
S204.在i＝1,2…,M时，循环执行步骤S201～步骤S203，直到遍历完面元列表中所有面元为止。
进一步地，所述步骤S3包括：
S301遍历Tbl的每一行数据，得到第iRow行数据为Tbl[iRow]，并依次获取Tbl[iRow]的前6个数分别赋值为xi,yi,zi，
S302.设Pi(xi,yi,zi)位置上已知的场强矢量为
得到场强ni方向上的幅度和相位分别为
其中,
Mag是复数幅度函数，而Angle是复数的辐角函数，返回数据的单位为度；
S303.将Tbl[iRow]的第7～8个数据分别设置为
S304.在iRow＝1,2,…,N时，循环执行步骤S301～S303，直到所有遍历完Tbl中所有行的数据为止。
进一步地，所述步骤S4包括：
S401.设定电磁波初始显示相位Phs0＝0；
S402.在i＝1,2,…,N中每一个值时，分别从数据表格[Tbl]N,8中取出第i行数据中的
从而得到
然后取
中的最大值，记为maxA；初始化相位循环参数j＝0；
S403.由用户根据动态刷新速度设定电磁波相位步进Pstep，由慢到快到非常快依次设定为d1，d2，d3，d4，d5，d6六档；由用户根据网格中点连接的顺序切换odr；
设定当前电磁波的显示频率f0GHz，计算波长为λ0＝0.3/f0；用户设定表面电磁波动态相对高度为α，由平缓到陡峭依次设定为k1、k2、k3、k4、k5、k6、k7七档；由用户根据电磁波动随时间的方向，切换方向todr；初始化i为0；
S404.得到数据表格[Tbl]N,8的第i行数据，分别为xi,yi,zi，
并计算
S405.读取用户设定的动态范围Dr，如果
则将maxA-Dr赋给
进入步骤S406；否则直接进入步骤S406；
S406.计算
作为从最浅色到最深色的映射系数，
映射为最浅色，
映射为最深色；
S407.对点xi,yi,zi的坐标进行修正，得到新的点坐标为(x′i,y′i,z′i)
S408.利用步骤S406中得到的映射系数，步骤S407得到的新的网格点坐标(x′i,y′i,z′i)以及初始得到的三角面元列表[Tri]M绘制j状态下Tbl的第i行数据的电磁波三维效果；
S409.i++；循环步骤S404～S408，直到i＝＝N为止；完成了Tbl所有行数据的电磁波三维效果绘制；
S4010.j++；等待100ms；
S4011.循环步骤S403～S4010，直到用户停止表面电磁波动态绘制为止，结束绘制过程。
优选地，所述步骤S403中，网格中点连接的顺序包括正向和反向两种状态，值分别为+1和-1，顺序切换odr是指+1切到-1或-1切到+1。
优选地，所述步骤S403中，电磁波动随时间的方向包括正向波动和反向波动，值分别为+1和-1，切换方向todr是指+1切到-1或-1切到+1。
本发明的有益效果是：
1)通过陡峭程度的变化能够更加直观地再现电磁波的三维波动效果；
2)解决了传统二维几何表面三维波动效果无法应用于复杂曲面表面的情形；
3)为设计师提供了直观再现电磁波动效果的方法和软件后处理工具。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为实施例中的加载效果示意图；
图3为实施例中dB状态显示效果图；
图4为实施例中非dB状态显示效果图；
图5为实施例中低相对高度的显示效果示意图；
图6为实施例中高相对高度显示效果图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，S1.从nastran网格文件中读取复杂曲面模型的点列表[P]N和点连接列表形成三角面元列表[Tri]M；加载效果如图2所示，其中，N为点数，M为三角面元数，初始化一张维度为N×8的数据表格[Tbl]N,5；
S2.对面元列表中每一个面元计算点坐标和单位法向矢量，并据此对数据表格[Tbl]N,8进行填充；
S3.对填充后数据表格[Tbl]N,8中的每一行数据进行处理，完成可视化数据的整理；
S4.对复杂曲面表面的电磁波进行动态可视化处理，实现电磁波的动态三维展示。
在本申请的实施例中，所述步骤S2包括以下子步骤：
S201.遍历面元列表[Tri]M，得到第i个面元Tri[i]的三个顶点在点列表[P]N中的序号分别为i1,i2,i3，三个点坐标分别为Pi1(x1,y1,z1),Pi2(x2,y2,z2)和Pi3(x3,y3,z3)；
S202.计算Tri[i]的单位法向矢量
其中
×表示矢量叉乘，|·|表示矢量的长度；
S203.对数据表格进行填充：
Tbl的第i1行数据的前6个数分别赋值为x1,y1,z1，和
Tbl的第i2行数据的前6个数分别赋值为x2,y2,z2，和
Tbl的第i3行数据的前6个数分别赋值为x3,y3,z3，和
S204.在i＝1,2…,M时，循环执行步骤S201～步骤S203，直到遍历完面元列表中所有面元为止。
在本申请的实施例中，所述步骤S3包括：
S301遍历Tbl的每一行数据，得到第iRow行数据为Tbl[iRow]，并依次获取Tbl[iRow]的前6个数分别赋值为xi,yi,zi，
S302.设Pi(xi,yi,zi)位置上已知的场强矢量为
得到场强ni方向上的幅度和相位分别为
其中,
Mag是复数幅度函数，而Angle是复数的辐角函数，返回数据的单位为度；
S303.将Tbl[iRow]的第7～8个数据分别设置为
S304.在iRow＝1,2,…,N时，循环执行步骤S301～S303，直到所有遍历完Tbl中所有行的数据为止。
在本申请的实施例中，所述步骤S4包括：
S401.设定电磁波初始显示相位Phs0＝0；
S402.在i＝1,2,…,N中每一个值时，分别从数据表格[Tbl]N,8中取出第i行数据中的
从而得到
然后取
中的最大值，记为maxA；初始化相位循环参数j＝0；
S403.由用户根据动态刷新速度设定电磁波相位步进Pstep，由慢到快到非常快依次设定为d1，d2，d3，d4，d5，d6(例如设定为0.1,1,3,5,10，30)六档；由用户根据网格中点连接的顺序切换odr；
设定当前电磁波的显示频率f0GHz，计算波长为λ0＝0.3/f0；用户设定表面电磁波动态相对高度为α，由平缓到陡峭依次设定为k1、k2、k3、k4、k5、k6、k7(例如设定为0.1,0.3,0.8,1,1.2,2,3)七档；由用户根据电磁波动随时间的方向，切换方向todr；
S404.得到数据表格[Tbl]N,8的第i行数据，分别为xi,yi,zi，
并计算
S405.读取用户设定的动态范围Dr，如果
则将maxA-Dr赋给
进入步骤S406；否则直接进入步骤S406；
S406.计算
作为从最浅色到最深色的映射系数，
映射为最浅色，
映射为最深色；
S407.对点xi,yi,zi的坐标进行修正，得到新的点坐标为(x′i,y′i,z′i)
S408.利用步骤S406中得到的映射系数，步骤S407得到的新的网格点坐标(x′i,y′i,z′i)以及初始得到的三角面元列表[Tri]M绘制j状态下Tbl的第i行数据的电磁波三维效果；
S409.i++；循环步骤S404～S408，直到i＝＝N为止；完成了Tbl所有行数据的电磁波三维效果绘制；
S4010.j++；等待100ms；
S4011.循环步骤S403～S4010，直到用户停止表面电磁波动态绘制为止，结束绘制过程。
在本申请的实施例中，所述步骤S403中，网格中点连接的顺序包括正向和反向两种状态，值分别为+1和-1，顺序切换odr是指+1切到-1或-1切到+1。
在本申请的实施例中，所述步骤S403中，电磁波动随时间的方向包括正向波动和反向波动，值分别为+1和-1，切换方向todr是指+1切到-1或-1切到+1。
在本申请的实施例中，电磁波动态三维展示效果如图3～6所示；可见电磁波在三维空间中的波动效果图，通过山峰的高度信息显示了电磁场的强弱变化，比常规的仅仅通过颜色来表示电磁场强弱变化的方式多了一个高度维度显示场强变化的方式。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.适用于复杂曲面表面的电磁波动态三维展示方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.从nastran网格文件中读取复杂曲面模型的点列表[P]N和点连接列表形成三角面元列表[Tri]M；其中，N为点数，M为三角面元数，初始化一张维度为N×8的数据表格[Tbl]N,8；
S2.对面元列表中每一个面元计算点坐标和单位法向矢量，并据此对数据表格[Tbl]N,8进行填充；
S3.对填充后数据表格[Tbl]N,8中的每一行数据进行处理，完成可视化数据的整理；
S4.对复杂曲面表面的电磁波进行动态可视化处理，实现电磁波的动态三维展示；
所述步骤S4包括：
S401.设定电磁波初始显示相位Phs0＝0；
S402.在i＝1,2,…,N中每一个值时，分别从数据表格[Tbl]N,8中取出第i行数据中的
从而得到
然后取
中的最大值，记为maxA；初始化相位循环参数j＝0；
S403.由用户根据动态刷新速度设定电磁波相位步进Pstep，由慢到快到非常快依次设定为d1，d2，d3，d4，d5，d6六档；由用户根据网格中点连接的顺序切换odr；
设定当前电磁波的显示频率f0GHz，计算波长为λ0＝0.3/f0；用户设定表面电磁波动态相对高度为α，由平缓到陡峭依次设定为k1、k2、k3、k4、k5、k6、k7七档；由用户根据电磁波动随时间的方向，切换方向todr；初始化i为0；
S404.得到数据表格[Tbl]N,8的第i行数据，分别为xi,yi,zi，
并计算
S405.读取用户设定的动态范围Dr，如果
则将maxA-Dr赋给
进入步骤S406；否则直接进入步骤S406；
S406.计算
作为从最浅色到最深色的映射系数，
映射为最浅色，
映射为最深色；
S407.对点xi,yi,zi的坐标进行修正，得到新的点坐标为(x′i,y′i,z′i)
S408.利用步骤S406中得到的映射系数，步骤S407得到的新的网格点坐标(x′i,y′i,z′i)以及初始得到的三角面元列表[Tri]M绘制j状态下Tbl的第i行数据的电磁波三维效果；
S409.i++；循环步骤S404～S408，直到i＝＝N为止；完成了Tbl所有行数据的电磁波三维效果绘制；
S4010.j++；等待100ms；
S4011.循环步骤S403～S4010，直到用户停止表面电磁波动态绘制为止，结束绘制过程。
2.根据权利要求1所述的适用于复杂曲面表面的电磁波动态三维展示方法，其特征在于：所述步骤S2包括以下子步骤：
S201.遍历面元列表[Tri]M，得到第i个面元Tri[i]的三个顶点在点列表[P]N中的序号分别为i1,i2,i3，三个点坐标分别为Pi1(x1,y1,z1),Pi2(x2,y2,z2)和Pi3(x3,y3,z3)；
S202.计算Tri[i]的单位法向矢量
其中
×表示矢量叉乘，|·|表示矢量的长度；
S203.对数据表格进行填充：
Tbl的第i1行数据的前6个数分别赋值为x1,y1,z1，和
Tbl的第i2行数据的前6个数分别赋值为x2,y2,z2，和
Tbl的第i3行数据的前6个数分别赋值为x3,y3,z3，和
S204.在i＝1,2…,M时，循环执行步骤S201～步骤S203，直到遍历完面元列表中所有面元为止。
3.根据权利要求1所述的适用于复杂曲面表面的电磁波动态三维展示方法，其特征在于：所述步骤S3包括：
S301遍历Tbl的每一行数据，得到第iRow行数据为Tbl[iRow]，并依次获取Tbl[iRow]的前6个数分别赋值为xi,yi,zi，
S302.设Pi(xi,yi,zi)位置上已知的场强矢量为
得到场强ni方向上的幅度和相位分别为
其中,
Mag是复数幅度函数，而Angle是复数的辐角函数，返回数据的单位为度；
S303.将Tbl[iRow]的第7～8个数据分别设置为
S304.在iRow＝1,2,…,N时，循环执行步骤S301～S303，直到所有遍历完Tbl中所有行的数据为止。
4.根据权利要求1所述的适用于复杂曲面表面的电磁波动态三维展示方法，其特征在于：所述步骤S403中，网格中点连接的顺序包括正向和反向两种状态，值分别为+1和-1，顺序切换odr是指+1切到-1或-1切到+1。
5.根据权利要求1所述的适用于复杂曲面表面的电磁波动态三维展示方法，其特征在于：所述步骤S403中，电磁波动随时间的方向包括正向波动和反向波动，值分别为+1和-1，切换方向todr是指+1切到-1或-1切到+1。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |