CN114067079A - 复杂曲面电磁波矢量动态可视化方法 - Google Patents

复杂曲面电磁波矢量动态可视化方法 Download PDF

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CN114067079A CN202111401043.7A CN202111401043A CN114067079A CN 114067079 A CN114067079 A CN 114067079A CN 202111401043 A CN202111401043 A CN 202111401043A CN 114067079 A CN114067079 A CN 114067079A
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    • G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
    • G06T17/20—Finite element generation, e.g. wire-frame surface description, tesselation
    • G06T17/205—Re-meshing

Abstract

本发明公开了一种复杂曲面电磁波矢量动态可视化方法,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；初始化一张维度为N×18的数据表格[Tbl]N,18；S2.对三角面元列表中的每一个面元计算单位法向矢量ni，并计算与ni垂直的两正交单位向量bi与ti，并根据计算结果对数据表格[Tbl]N,18的部分数据进行填充；S3.对步骤S2中得到的数据表格进行处理，计算数据表格[Tbl]N,18中的另一部分数据，对数据表格进行填充，得到完整的数据表格；S4.根据完整的数据表格，对复杂曲面电磁波矢量进行动态可视化处理。本发明能够将将电磁波的波动耦合动态地进行显示，有效实现了复杂曲面上的电磁波的矢量波动情况可视化。

Description

复杂曲面电磁波矢量动态可视化方法
技术领域
本发明涉及电磁波领域，特别是涉及一种复杂曲面电磁波矢量动态可视化方法。
背景技术
在电磁波领域，为了对电磁波进行有效的观测，常常需要对曲面电磁波矢量进行可视化处理，但是，传统的场矢量可视化只考虑了单一方向矢量场的情形，并没有考虑正交场之间的耦合情况；无法动态的将电磁波的波动耦合动态地进行显示，电磁波波动显示速度无法调节，这就为电磁波的矢量动态可视化带来了诸多不便，特别是在涉及到复杂曲面的电磁波矢量时，传统显示方法无法动态显示复杂曲面上的电磁波的矢量波动情况。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种复杂曲面电磁波矢量动态可视化方法，能够将将电磁波的波动耦合动态地进行显示，有效实现了复杂曲面上的电磁波的矢量波动情况可视化。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：复杂曲面电磁波矢量动态可视化方法，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×18的数据表格[Tbl]N,18；
S2.对三角面元列表中的每一个面元计算单位法向矢量ni，并计算与ni垂直的两正交单位向量bi与ti，并根据计算结果对数据表格[Tbl]N,18的部分数据进行填充；
S3.对步骤S2中得到的数据表格进行处理，计算数据表格[Tbl]N,18中的另一部分数据，对数据表格进行填充，得到完整的数据表格；
S4.根据完整的数据表格，对复杂曲面电磁波矢量进行动态可视化处理。
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]的三个点序号分别为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
Figure BDA0003364828950000011
Figure BDA0003364828950000012
其中，×表示矢量叉乘，|·|表示矢量的长度；
S203.计算与ni互为垂直的两正交单位向量：
Figure BDA0003364828950000021
Figure BDA0003364828950000022
S204.对[Tbl]N,18的部分数据进行填充：
Tbl的第i1行数据的前12个数分别赋值为x1,y1,z1，
Figure BDA0003364828950000023
和
Figure BDA0003364828950000024
Tbl的第i2行数据的前12个数分别赋值为x2,y2,z2，
Figure BDA0003364828950000025
和
Figure BDA0003364828950000026
Tbl的第i3行数据的前12个数分别赋值为x3,y3,z3，
Figure BDA0003364828950000027
和
Figure BDA0003364828950000028
S205.在i＝1,2…,M时，循环执行步骤S201～步骤S204，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包括以下子步骤：
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12个数分别赋值为xi,yi,zi，
Figure BDA0003364828950000029
和
Figure BDA00033648289500000210
S302.设Pi(xi,yi,zi)位置上已知的场强矢量为
Figure BDA00033648289500000211
得到场强在bi、ni以及ti方向上的幅度和相位分别为
Figure BDA00033648289500000212
其中:
Figure BDA00033648289500000213
Figure BDA00033648289500000214
Figure BDA00033648289500000215
Figure BDA00033648289500000216
Figure BDA00033648289500000217
Figure BDA00033648289500000218
式中，|·|是复数幅度函数，而Angle是复数的辐角函数，单位为度；
S303.将Tbl[iRow]的13～18个数据分别设置为步骤S302中的
Figure BDA00033648289500000219
S304.在iRow＝1,2…,N时，重复执行S301～S303，直至完成数据表格[Tbl]N,18所有行的数据填充。
进一步地，所述步骤S4包括以下子步骤：
S401.设定电磁波初始显示相位Phs0＝0，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k1、k2、k3、k4、k5、k6六档；初始化maxAc＝0；
S402.调用TM电磁波幅度
Figure BDA0003364828950000031
的最大值计算流程得到maxAc；
S403.遍历数据表格[Tbl]N,18的每一行，得到第i行的xi,yi,zi，
Figure BDA0003364828950000032
Figure BDA0003364828950000033
18个数据；
S404.计算当前位置处电场矢量的起点坐标
Figure BDA0003364828950000034
电场的单位方向矢量
Figure BDA0003364828950000035
合成的TM电磁波幅度
Figure BDA0003364828950000036
Figure BDA0003364828950000037
Figure BDA0003364828950000038
Figure BDA0003364828950000039
Figure BDA00033648289500000310
计算
Figure BDA00033648289500000311
Figure BDA00033648289500000312
RAD＝π/180,j＝sqrt(-1),re为求复数的实部的函数；
S405.计算当前位置处电场矢量显示的箭头长度Li，以及箭头的终点坐标
Figure BDA00033648289500000313
Figure BDA00033648289500000314
Figure BDA00033648289500000315
Figure BDA00033648289500000316
Figure BDA00033648289500000317
其中，α为箭头长度显示调整参数，设置为D1、D2、D3、D4、D5、D6六档，分别表示用户设置箭头相对模型的不同的显示比例；Δs为面元网格的平均边长；
Figure BDA00033648289500000318
为由步骤S404得到；max(Ac)由步骤S402得到；
S406.绘制以
Figure BDA00033648289500000319
为起点，以
Figure BDA00033648289500000320
为终点的箭头，作为Phs0相位下的i行数据对应的箭头；
S407.在i＝1,2…,N时，循环步骤S403～步骤S406，绘制Phs0相位下的所有箭头；
S408.等待100ms，将Phs0+Pstep赋值给Phs0；
S409.重复执行步骤S403～S408，直到用户停止电磁波矢量动态绘制为止，绘制过程结束。
进一步地，所述步骤S402中，调用TM电磁波幅度
Figure BDA00033648289500000321
的最大值计算流程得到max(Ac)的方法包括：
A1、遍历数据表格[Tbl]N,18的每一行，得到第i行的xi,yi,zi，
Figure BDA0003364828950000041
Figure BDA0003364828950000042
18个数据；
A2、计算当前位置处电场矢量的合成的复杂曲面表面电磁波幅度
Figure BDA0003364828950000043
其中，
Figure BDA0003364828950000044
Figure BDA0003364828950000045
Figure BDA0003364828950000046
Figure BDA0003364828950000047
式中，RAD＝π/180,j＝sqrt(-1)
A3、累计获得步骤A2中的TM电磁波幅度
Figure BDA0003364828950000048
取其中最大值，记为
Figure BDA0003364828950000049
A4、在i＝1,2,…N时，循环执行步骤A1～A3，循环结束后输出maxAc。
本发明的有益效果是：1、电磁波在复杂曲面表面上的任意点的电磁场都是两正交极化场的合成，本申请相比传统的标量电磁场的可视化更能揭示电磁场在曲面表面上的场的分解合成现象，更接近电磁波耦合的本质；为复杂曲面上耦合电磁场的可视化提供了技术手段和方法。
2、本申请的可视化方法能够显示不同时刻下的复杂曲面表面上的电磁波动态分布情况，可以方便天线布局工程师从可视化中得到复杂曲面表面上电流的流动方向，方便天线孔径的位置和方向设计，减少了优化设计前的不断试错的机会和浪费的时间，提高了设计效率。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为ni与垂直的两正交单位向量bi与ti的示意图；
图3为实施例中Phs0＝30时的效果示意图；
图4为实施例中Phs0＝31时的效果示意图；
图5为实施例中Phs0＝32时的效果示意图；
图6为实施例中Phs0＝33时的效果示意图。
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，复杂曲面电磁波矢量动态可视化方法，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×18的数据表格[Tbl]N,18；
S2.对三角面元列表中的每一个面元计算单位法向矢量ni，并计算与ni垂直的两正交单位向量bi与ti，并根据计算结果对数据表格[Tbl]N,18的部分数据进行填充；
S3.对步骤S2中得到的数据表格进行处理，计算数据表格[Tbl]N,18中的另一部分数据，对数据表格进行填充，得到完整的数据表格；
S4.根据完整的数据表格，对复杂曲面电磁波矢量进行动态可视化处理。
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]的三个点序号分别为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
Figure BDA0003364828950000051
Figure BDA0003364828950000052
其中，×表示矢量叉乘，|·|表示矢量的长度；
S203.如图2所示，计算与ni互为垂直的两正交单位向量：
Figure BDA0003364828950000053
Figure BDA0003364828950000054
S204.对[Tbl]N,18的部分数据进行填充：
Tbl的第i1行数据的前12个数分别赋值为x1,y1,z1，
Figure BDA0003364828950000055
和
Figure BDA0003364828950000056
Tbl的第i2行数据的前12个数分别赋值为x2,y2,z2，
Figure BDA0003364828950000057
和
Figure BDA0003364828950000058
Tbl的第i3行数据的前12个数分别赋值为x3,y3,z3，
Figure BDA0003364828950000059
和
Figure BDA00033648289500000510
S205.在i＝1,2…,M时，循环执行步骤S201～步骤S204，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包括以下子步骤：
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12个数分别赋值为xi,yi,zi，
Figure BDA00033648289500000511
和
Figure BDA00033648289500000512
S302.设Pi(xi,yi,zi)位置上已知的场强矢量为
Figure BDA00033648289500000513
得到场强在bi、ni以及ti方向上的幅度和相位分别为
Figure BDA0003364828950000061
其中:
Figure BDA0003364828950000062
Figure BDA0003364828950000063
Figure BDA0003364828950000064
Figure BDA0003364828950000065
Figure BDA0003364828950000066
Figure BDA0003364828950000067
式中，|·|是复数幅度函数，而Angle是复数的辐角函数，单位为度；
S303.将Tbl[iRow]的13～18个数据分别设置为步骤S302中的
Figure BDA0003364828950000068
S304.在iRow＝1,2…,N时，重复执行S301～S303，直至完成数据表格[Tbl]N,18所有行的数据填充。
进一步地，所述步骤S4包括以下子步骤：
S401.设定电磁波初始显示相位Phs0＝0，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k1、k2、k3、k4、k5、k6(例如0.01,0.1,1,3,5,10)六档；初始化maxAc＝0；
S402.调用TM电磁波幅度
Figure BDA0003364828950000069
的最大值计算流程得到maxAc；
S403.遍历数据表格[Tbl]N,18的每一行，得到第i行的xi,yi,zi，
Figure BDA00033648289500000610
Figure BDA00033648289500000611
18个数据；
S404.计算当前位置处电场矢量的起点坐标
Figure BDA00033648289500000612
电场的单位方向矢量
Figure BDA00033648289500000613
合成的TM电磁波幅度
Figure BDA00033648289500000614
Figure BDA00033648289500000615
Figure BDA00033648289500000616
Figure BDA00033648289500000617
Figure BDA00033648289500000618
计算：
Figure BDA00033648289500000619
RAD＝π/180,j＝sqrt(-1),re为求复数的实部的函数；
S405.计算当前位置处电场矢量显示的箭头长度Li，以及箭头的终点坐标
Figure BDA0003364828950000071
Figure BDA0003364828950000072
Figure BDA0003364828950000073
Figure BDA0003364828950000074
Figure BDA0003364828950000075
其中，α为箭头长度显示调整参数，设置为D1、D2、D3、D4、D5、D6(例如0.1,0.2,0.5,1,1.3,2)六档，分别表示用户设置箭头相对模型的不同的显示比例；Δs为面元网格的平均边长；
Figure BDA0003364828950000076
为由步骤S404得到；max(Ac)由步骤S402得到；
S406.绘制以
Figure BDA0003364828950000077
为起点，以
Figure BDA0003364828950000078
为终点的箭头，作为Phs0相位下的i行数据对应的箭头；
S407.在i＝1,2…,N时，循环步骤S403～步骤S406，绘制Phs0相位下的所有箭头；
S408.等待100ms，将Phs0+Pstep赋值给Phs0；
S409.重复执行步骤S403～S408，直到用户停止电磁波矢量动态绘制为止，绘制过程结束。
进一步地，所述步骤S402中，调用TM电磁波幅度
Figure BDA00033648289500000718
的最大值计算流程得到max(Ac)的方法包括：
A1、遍历数据表格[Tbl]N,18的每一行，得到第i行的xi,yi,zi，
Figure BDA0003364828950000079
Figure BDA00033648289500000710
18个数据；
A2、计算当前位置处电场矢量的合成的复杂曲面表面电磁波幅度
Figure BDA00033648289500000711
其中，
Figure BDA00033648289500000712
Figure BDA00033648289500000713
Figure BDA00033648289500000714
Figure BDA00033648289500000715
式中，RAD＝π/180,j＝sqrt(-1)
A3、累计获得步骤A2中的TM电磁波幅度
Figure BDA00033648289500000716
取其中最大值，记为
Figure BDA00033648289500000717
A4、在i＝1,2,…N时，循环执行步骤A1～A3，循环结束后输出maxAc。
在本申请的实施例中，利用均匀平面电磁波在复杂曲面上感应表面电磁波在各个显示相位上的箭头状态实例来阐述该方法的实际效果图3～6所示，其中图3为Phs0＝30时的效果示意图，图4为Phs0＝31时的效果示意图，图5为Phs0＝32时的效果示意图，图6为Phs0＝33时的效果示意图。
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.复杂曲面电磁波矢量动态可视化方法，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×18的数据表格[Tbl]N,18；
S2.对三角面元列表中的每一个面元计算单位法向矢量ni，并计算与ni垂直的两正交单位向量bi与ti，并根据计算结果对数据表格[Tbl]N,18的部分数据进行填充；
S3.对步骤S2中得到的数据表格进行处理，计算数据表格[Tbl]N,18中的另一部分数据，对数据表格进行填充，得到完整的数据表格；
S4.根据完整的数据表格，对复杂曲面电磁波矢量进行动态可视化处理。
2.根据权利要求1所述的复杂曲面电磁波矢量动态可视化方法，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]的三个点序号分别为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
Figure FDA0003364828940000011
Figure FDA0003364828940000012
其中，×表示矢量叉乘，|·|表示矢量的长度；
S203.计算与ni互为垂直的两正交单位向量：
Figure FDA0003364828940000013
Figure FDA0003364828940000014
S204.对[Tbl]N,18的部分数据进行填充：
Tbl的第i1行数据的前12个数分别赋值为x1,y1,z1，
Figure FDA0003364828940000015
和
Figure FDA0003364828940000016
Tbl的第i2行数据的前12个数分别赋值为x2,y2,z2，
Figure FDA0003364828940000017
和
Figure FDA0003364828940000018
Tbl的第i3行数据的前12个数分别赋值为x3,y3,z3，
Figure FDA0003364828940000019
和
Figure FDA00033648289400000110
S205.在i＝1,2…,M时，循环执行步骤S201～步骤S204，直到遍历完面元列表中所有面元为止。
3.根据权利要求1所述的复杂曲面电磁波矢量动态可视化方法，其特征在于：所述步骤S3包括以下子步骤：
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12个数分别赋值为xi,yi,zi，
Figure FDA0003364828940000021
和
Figure FDA0003364828940000022
S302.设Pi(xi,yi,zi)位置上已知的场强矢量为
Figure FDA0003364828940000023
得到场强在bi、ni以及ti方向上的幅度和相位分别为
Figure FDA0003364828940000024
其中:
Figure FDA0003364828940000025
Figure FDA0003364828940000026
Figure FDA0003364828940000027
Figure FDA0003364828940000028
Figure FDA0003364828940000029
Figure FDA00033648289400000210
式中，|·|是复数幅度函数，而Angle是复数的辐角函数，单位为度；
S303.将Tbl[iRow]的13～18个数据分别设置为步骤S302中的
Figure FDA00033648289400000211
S304.在iRow＝1,2…,N时，重复执行S301～S303，直至完成数据表格[Tbl]N,18所有行的数据填充。
4.根据权利要求1所述的复杂曲面电磁波矢量动态可视化方法，其特征在于：所述步骤S4包括以下子步骤：
S401.设定电磁波初始显示相位Phs0＝0，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k1、k2、k3、k4、k5、k6六档；初始化maxAc＝0；
S402.调用TM电磁波幅度
Figure FDA00033648289400000212
的最大值计算流程得到maxAc；
S403.遍历数据表格[Tbl]N,18的每一行，得到第i行的xi,yi,zi，
Figure FDA00033648289400000213
Figure FDA00033648289400000220
18个数据；
S404.计算当前位置处电场矢量的起点坐标
Figure FDA00033648289400000214
电场的单位方向矢量
Figure FDA00033648289400000215
合成的TM电磁波幅度
Figure FDA00033648289400000216
Figure FDA00033648289400000217
Figure FDA00033648289400000218
Figure FDA00033648289400000219
Figure FDA0003364828940000031
计算
Figure FDA0003364828940000032
Figure FDA0003364828940000033
re为求复数的实部的函数；
S405.计算当前位置处电场矢量显示的箭头长度Li，以及箭头的终点坐标
Figure FDA0003364828940000034
Figure FDA0003364828940000035
Figure FDA0003364828940000036
Figure FDA0003364828940000037
Figure FDA0003364828940000038
其中，α为箭头长度显示调整参数，设置为D1、D2、D3、D4、D5、D6六档，分别表示用户设置箭头相对模型的不同的显示比例；Δs为面元网格的平均边长；
Figure FDA0003364828940000039
为由步骤S404得到；max(Ac)由步骤S402得到；
S406.绘制以
Figure FDA00033648289400000310
为起点，以
Figure FDA00033648289400000311
为终点的箭头，作为Phs0相位下的i行数据对应的箭头；
S407.在i＝1,2…,N时，循环步骤S403～步骤S406，绘制Phs0相位下的所有箭头；
S408.等待100ms，将Phs0+Pstep赋值给Phs0；
S409.重复执行步骤S403～S408，直到用户停止电磁波矢量动态绘制为止，绘制过程结束。
5.根据权利要求1所述的复杂曲面电磁波矢量动态可视化方法，其特征在于：所述步骤S402中，调用TM电磁波幅度
Figure FDA00033648289400000312
的最大值计算流程得到max(Ac)的方法包括：
A1、遍历数据表格[Tbl]N,18的每一行，得到第i行的xi,yi,zi，
Figure FDA00033648289400000313
Figure FDA00033648289400000314
个数据；
A2、计算当前位置处电场矢量的合成的复杂曲面表面电磁波幅度
Figure FDA00033648289400000315
其中，
Figure FDA00033648289400000316
Figure FDA00033648289400000317
Figure FDA00033648289400000318
Figure FDA00033648289400000319
式中，RAD＝π/180,j＝sqrt(-1)
A3、累计获得步骤A2中的TM电磁波幅度
Figure FDA00033648289400000320
取其中最大值，记为
Figure FDA00033648289400000321
A4、在i＝1,2,…N时，循环执行步骤A1～A3，循环结束后输出maxAc。
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