CN115630588A - 一种新风流场仿真和动态可视化系统 - Google Patents

一种新风流场仿真和动态可视化系统 Download PDF

Info

Publication number
CN115630588A
CN115630588A CN202211201312.XA CN202211201312A CN115630588A CN 115630588 A CN115630588 A CN 115630588A CN 202211201312 A CN202211201312 A CN 202211201312A CN 115630588 A CN115630588 A CN 115630588A
Authority
CN
China
Prior art keywords
simulation
air
result data
volume
flow field
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202211201312.XA
Other languages
English (en)
Inventor
李光毅
黄治
宋璐
唐睿
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hangzhou Qunhe Information Technology Co Ltd
Original Assignee
Hangzhou Qunhe Information Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hangzhou Qunhe Information Technology Co Ltd filed Critical Hangzhou Qunhe Information Technology Co Ltd
Priority to CN202211201312.XA priority Critical patent/CN115630588A/zh
Publication of CN115630588A publication Critical patent/CN115630588A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/28—Design optimisation, verification or simulation using fluid dynamics, e.g. using Navier-Stokes equations or computational fluid dynamics [CFD]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T13/00—Animation
    • G06T13/20—3D [Three Dimensional] animation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T15/00—3D [Three Dimensional] image rendering
    • G06T15/005—General purpose rendering architectures
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2113/00—Details relating to the application field
    • G06F2113/08—Fluids
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/08—Thermal analysis or thermal optimisation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Computer Graphics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

本发明公开了一种新风流场仿真和动态可视化系统，从obj格式得到三维模型表面围成的封闭空间、并根据指定坐标点自动搜索用于流体仿真的封闭空间，实现设计方案到仿真计算的无缝衔接；新风仿真在纳维尔斯托克方程的基础上遵守组分运输方程、能量守恒原理，能够计算和获取空气各成分浓度、空间温度分布、空间流体速度矢量分布，深入解析了新风系统工作过程中的各类流场信息；仿真计算结果能够兼容和导入主流图形学高质量渲染工具实现可视化，借助更清晰、直观的体积雾、粒子追踪效果为设计师、消费者提供了简洁可交互的视觉呈现。

Description

一种新风流场仿真和动态可视化系统
技术领域
本发明属于新风系统仿真技术领域，具体涉及一种新风流场仿真和动态可视化系统。
背景技术
新风仿真实际是一个计算流体力学(CFD)仿真问题，传统工业软件能够很容易仿真该类问题并得出真实度较高的新风系统工作流程的流场数据。诸多工业流体仿真软件均可实现该功能，包括但不限于：ANSYS Fluent、ANSYS CFX、COMSOL、Autodesk CFD、STAR-CCM+、PHOENICS、SIMULIA XFlow、OpenFoam、SIMscale。
基于工业软件的新风仿真优点是专业性高、功能强大、结果准确。缺点是版权费用高、上手难；模型一般通过结构设计建模，对家居设计师的模型接入不够友好；仿真结果通过热力图展示，渲染效果差、动态过程不够直观。
目前新风仿真在行业内没有形成统一的标准，对新风系统的可视化多数停留在产品工作流程动画展示的阶段，主要为了营销展示，没有形成统一的量化指标。比如：松下新风系统，筑星云。其工作流程的展示为静态3D动画+注释的方式，工作效率的展示为文字的风量和适用面积、每小时换气次数，还有其它参数如PM2.5净化率、预热预冷空调负荷节省量等。虽然这种通过动画的可视化方式具有简洁直观地表达了新风系统的工作方式和效率的优点，但是存在以下缺点：可视化并不是基于科学的仿真结果，缺少细节化的动态效果展示，也无法为方案优化提供基于计算结果的改进意见。
专利文献CN112528538A公开了一种室内新风仿真模拟方法及室内设计系统，能够实现新风管道建模、新风仿真、空气龄计算以及结果可视化。但是该方法仍然存在如下不足：
(1)没有提供家居设计模型到工业仿真模型的转化方式，需要通过复杂的模型关系重新建模，导致用起来不方便，仿真前需要重新建模直接影响仿真效率，且重新建模的准确性也影响了新风仿真的准确性；
(2)新风仿真计算的流场信息只包含风速、风向，缺少空气组成成分(氧气、二氧化碳、水蒸气等)浓度、温度等重要流场信息，不能够满足用户的需求；
(3)仿真结果的可视化仅包含最终静态平均空气龄的展示，缺少高质量动态过程的可视化，影响新风仿真结果的展示，用户无法感知动态新风仿真结果。
发明内容
鉴于上述，本发明公开了一种新风流场仿真和动态可视化系统，能够同时实现空气各成分浓度、空间温度分布、空间流体速度矢量分布的模拟，并动态可视化呈现。
为实现上述发明目的，实施例提供的一种新风流场仿真和动态可视化系统，包括：
户型生成模块，用于为指定房间生成格式为obj的三维房间模型；
设备选择模块，用于根据指定的设备导入格式为obj的三维设备模型，并根据指定的设备放置位置，将三维设备模型置于三维房间模型内后，搜索并确定三维设备模型和三维房间模型共同包围的封闭空间；
仿真模拟模块，用于根据指定的仿真模拟类型和仿真条件，基于封闭空间进行流体仿真，在纳维尔斯托克方程(Navier-Stokes)的基础上遵守组分运输方程(SpeciesTransport)、能量守恒原理，仿真计算空气各成分浓度、空间温度分布、空间流体速度矢量分布中的至少一者，形成模拟结果数据；
结果可视化模块，用于将模拟结果数据体素化并转换成渲染引擎能够识别的格式文件，基于以渲染引擎能够识别的格式文件表示的模拟结果数据以流场驱动体积雾变化、粒子追踪的方式实现模拟结果的可视化。
在一个实施例中，所述仿真模拟模块包括空间流体速度矢量分布模拟单元，当用户指定仿真模拟类型为空间流体速度时，所述空间流体速度矢量分布模拟单元被触发，用于进行空间流体速度矢量分布模拟，包括：
接收用户设置的仿真条件，包括出风口/回风口处的风速、风向、压强，模拟数据保存时间间隔；
对封闭空间进行网格划分添加墙体边界后，基于仿真条件运行纳维尔斯托克方程计算，以模拟风速、压强以及空气龄，并按照设置的模拟数据保存时间间隔保存模拟结果数据。
在一个实施例中，所述仿真模拟模块包括空气各成分浓度模拟单元，当用户指定仿真模拟类型为空气各成分浓度时，所述空气各成分浓度模拟单元被触发，用于进行空气各成分浓度模拟，包括：
接收用户设置的仿真条件，包括出风口/回风口处的各气体成分、风速、风向、压强，模拟数据保存时间间隔；
对封闭空间进行网格划分和添加墙体边界后，基于仿真条件同时运行组分运输方程和纳维尔斯托克方程计算，在组成气体成分守恒的前提下模拟空气各成分浓度，并按照设置的模拟数据保存时间间隔保存空气各成分浓度模拟结果数据。
在一个实施例中，所述仿真模拟模块包括空间温度分布模拟单元，当用户指定仿真模拟类型为空间温度时，所述空间温度分布模拟单元被触发，用于进行空间温度分布模拟，包括：
接收用户设置的仿真条件，包括出风口/回风口处的温度、风速、风向、压强、房间内初始温度，模拟数据保存时间间隔；
对封闭空间进行网格划分和添加墙体边界后，基于仿真条件同时运行能量守恒方程和纳维尔斯托克方程计算，在能量守恒的前提下模拟空间温度分布，并按照设置的模拟数据保存时间间隔保存空间温度分布模拟结果数据。
在一个实施例中，将模拟结果数据体素化并转换成渲染引擎能够识别的流场数据，包括：
模拟结果数据以网格表达，将网格表达的模拟结果数据转换为基于顶点表达的模拟结果数据，将每个体素内包含的所有顶点的模拟结果数据的平均值作为该体素的模拟结果数据，实现模拟结果数据的体素化；
当模拟结果数据为体素化的空间速度矢量分布时，则将该体素化的空间速度矢量分布转换为渲染引擎能够识别的fga矢量场文件；
当模拟结果数据为体素化的空气各成分浓度时，则将该体素化的空气各成分浓度转换为渲染引擎能够识别的浓度场体积纹理图片文件；
当模拟结果数据为体素化的空间温度分布时，则将该体素化的空间温度分布转换为渲染引擎能够识别的温度场体积纹理图片文件。
在一个实施例中，所述浓度场体积纹理图片文件在渲染引擎中以流场驱动体积雾变化的方式进行可视化呈现，包括：
根据封闭空间大小创建体积雾，创建体积雾材质，其中，体积雾材质颜色根据浓度场体积纹理图片采样后的浓度值映射确定，利用渲染引擎对体积雾材质进行渲染，并将每个模拟结果数据的渲染结果按照保存时间顺序播放，以实现动态可视化。
在一个实施例中，所述温度场体积纹理图片文件在渲染引擎中以流场驱动体积雾变化的方式进行可视化呈现，包括：
根据封闭空间大小创建体积雾，创建体积雾材质，其中，体积雾材质亮度根据温度场体积纹理图片采样后的温度值映射确定，利用渲染引擎对体积雾材质进行渲染，并将每帧模拟结果数据的渲染结果按照保存时间顺序播放，以实现动态可视化。
在一个实施例中，空间速度矢量分布对应的fga矢量场文件在渲染引擎中以粒子追踪的方式进行可视化呈现，包括：
在渲染引擎中创建空气粒子系统，设置空气粒子运动由fga矢量场文件定义的速度场采样后驱动，即采样空气粒子所在位置的速度矢量，空气粒子跟随速度矢量运动，并将代表不同时刻的每帧fga矢量场文件按照采样时间顺序导入，即实现空气粒子跟随空间速度场的动态运动。
在一个实施例中，当空气粒子根据fga矢量场文件获得速度更新后，采用PBD引擎迭代修正空气粒子的速度和位置。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果至少包括：
基于通用obj格式的设计模型自动生成可以用于模拟软件的模型，这样省去了重新建模过程，实现设计户型到仿真计算的无缝衔接，搜索并确定模拟计算的封闭空间，根据指定的仿真模拟类型和仿真条件，基于封闭空间进行流体仿真，在纳维尔斯托克方程的基础上遵守组分运输方程、能量守恒原理，仿真计算空气各成分浓度、空间温度分布、空间流体速度矢量分布中的至少一者，满足用户模拟需求；以流场驱动体积雾变化、粒子追踪的方式实现模拟结果的动态可视化，借助更清晰、直观的体积雾、粒子追踪效果为设计师、消费者提供了简洁可交互的视觉呈现。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1是实施例提供的新风流场仿真和动态可视化系统的结构示意图；
图2是实施例提供的户型生成模块的界面图；
图3是实施例提供的设备选择模块的界面图；
图4是实施例提供的仿真模拟模块的界面图；
图5是实施例提供的体积纹理图片示意图；
图6是实施例提供的结果可视化模块的界面图。
具体实施方式
为使本发明的目的、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发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
实施例提供了一种新风流场仿真和动态可视化系统，如图1所示，包括户型生成模块、设备选择模块、仿真模拟模块以及结果可视化模块。利用该4个模块能够从室内设计模型提取封闭空间(封闭单连通区域)并用于网格划分和流体仿真，仿真基于纳维尔斯托克方程、并满足遵守组分运输方程、能量守恒原理，科学求解室内空气成分浓度、空间温度分布、空间流体速度矢量分布的仿真结果，并将仿真结果体素化后转换为渲染引擎(如UnrealEngine、Unity)可以识别的流场数据格式，以流场驱动体积雾变化和粒子追踪实现场景互动情形下的高质量新风工作流程可视化。
实施例中，户型生成模块用于为指定房间生成格式为obj的三维房间模型。室内设计软件设计户型的数据格式通常为图形学领域的通用格式，或者能够很容易地转换为通用格式，比如.max、.fbx、.usd等文件格式，这些文件格式与计算流体力学仿真所需要的文件格式不兼容。所以本实施例选取图形学的obj文件格式作为中转文件，室内设计软件建模的室内场景进行空间封闭后导出为obj文件。
如图2所示，户型生成模块的界面为用户提供了户型图指定功能，用户通过该户型图指定功能可以从户型库中选择平面户型图，也可以自定义绘制平面户型图，针对选定的户型，还提供了房间选择功能，用户通过该房间选择功能选择指定需要仿真的房间，后台由平面户型图自动生成指定房间的三维房间模型，格式为obj类型。
实施例中，设备选择模块用于根据指定的设备导入格式为obj的三维设备模型，并根据指定的设备放置位置，将三维设备模型置于三维房间模型内后，搜索并确定三维设备模型和三维房间模型共同包围的封闭空间。
如图3所示，用户可以在设备列表中选择需要仿真测试的新风设备型号(或空调型号)，将新风设备放入房间指定位置。后台由设备型号和位置导入三维设备模型的obj文件并放置于三维房间模型内，搜索三维房间模型和三维设备模型共同包围的封闭空间，该封闭空间即为封闭单连通区域。
三维设备模型和三维房间模型的表面共同包围的封闭空间可能有多个，设定所需封闭空间内的一个坐标，搜索该坐标所在的封闭空间，忽略不包含该坐标的其它封闭空间。
实施例中，仿真模拟模块用于根据指定的仿真模拟类型和仿真条件，基于封闭空间进行流体仿真，在纳维尔斯托克方程的基础上遵守组分运输方程、能量守恒原理，仿真计算空气各成分浓度、空间温度分布、空间流体速度矢量分布中的至少一者，形成模拟结果数据。
实施例中，仿真模拟模块包括空间流体速度矢量分布模拟单元，当用户指定仿真模拟类型为空间流体速度时，空间流体速度矢量分布模拟单元被触发，用于进行空间流体速度矢量分布模拟，包括：
接收用户设置的仿真条件，包括出风口/回风口处的风速、风向、压强，模拟数据保存时间间隔；对封闭空间进行网格划分添加墙体边界后，基于仿真条件运行纳维尔斯托克方程计算，以模拟风速、压强以及空气龄，并按照设置的模拟数据保存时间间隔保存模拟结果数据。
实施例中，仿真模拟模块包括空气各成分浓度模拟单元，当用户指定仿真模拟类型为空气各成分浓度时，所述空气各成分浓度模拟单元被触发，用于进行空气各成分浓度模拟，包括：
接收用户设置的仿真条件，包括出风口/回风口处的各气体成分、风速、风向、压强，模拟数据保存时间间隔；对封闭空间进行网格划分和添加墙体边界后，基于仿真条件同时运行组分运输方程和纳维尔斯托克方程计算，在组成气体成分守恒的前提下模拟空气各成分浓度，并按照设置的模拟数据保存时间间隔保存空气各成分浓度模拟结果数据。
实施例中，仿真模拟模块包括空间温度分布模拟单元，当用户指定仿真模拟类型为空间温度时，空间温度分布模拟单元被触发，用于进行空间温度分布模拟，包括：
接收用户设置的仿真条件，包括出风口/回风口处的温度、风速、风向、压强、房间内初始温度，模拟数据保存时间间隔；对封闭空间进行网格划分和添加墙体边界后，基于仿真条件同时运行能量守恒方程和纳维尔斯托克方程计算，在能量守恒的前提下模拟空间温度分布，并按照设置的模拟数据保存时间间隔保存空间温度分布模拟结果数据。
上述三个单元中，在对封闭空间进行网格划分时，一般包括背景粗网格划分、表面识别和网格细化以及表面网格对齐。
上述三个单元中，在设置仿真条件时，其中气体成分可以自定义，通常空气组成成分为H2O、O2、N2，可以添加CO2等其它成分，新风系统关注新鲜空气的输送效率，自定义FreshAir成分，物理参数设置为空气平均值，摩尔质量28.9634g/mol，密度1.225kg/m3、比热1006.43J/kg K，热导率0.0242W/m K，粘度1.7894e-05kg/m s，参数可根据实际情形调整，组成成分可自定义添加或删除，出风口设置FreshAir占比100％，连通域内设置组成成分O2为0.22，N2为0.78，温度根据室内温度、出风口温度实际情况指定。
如图4所示，以温度模拟为例，进入空间温度分布模拟单元后输入仿真的初始条件、仿真结束条件、数据保存时间间隔。根据初始条件设置仿真区域的起始条件，比如温度32℃会在计算开始前将整个仿真空间温度设置为32℃。后台开启纳维尔斯托克方程和能量守恒方程进行仿真计算，根据仿真结束条件判断仿真是否终止，比如目标温度26℃，每次迭代判断空间平均温度如果低于目标温度26℃，则仿真终止。仿真过程中，每达到数据保存时间间隔保存当前的仿真结果，结果以点云数据保存。比如每个仿真时间步长为0.1s，设置每隔1s保存一次瞬态流场数据，仿真步长和保存间隔根据需求调整，比如新风需要1小时仿真过程，设置步长1s，保存间隔10s。
实施例中，结果可视化模块用于将模拟结果数据体素化并转换成渲染引擎能够识别的格式文件，基于以渲染引擎能够识别的格式文件表示的模拟结果数据以流场驱动体积雾变化、粒子追踪的方式实现模拟结果的可视化。
由于仿真过程是基于网格进行计算，这样得到的仿真结果的模拟结果数据基于网格表达，网格由多边形组成，多边形由顶点组成。体素化过程中，将网格表达的模拟结果数据转换为基于顶点表达的模拟结果数据，将每个体素内包含的所有顶点的模拟结果数据的平均值作为该体素的模拟结果数据，实现模拟结果数据的体素化，得到体素化的空间速度矢量分布，空气各成分浓度，空间温度分布。
在转换成渲染引擎能够识别的格式文件时，根据模拟结果数据的类型不同，转换的格式也不相同。当模拟结果数据为体素化的空间速度矢量分布时，则将该体素化的空间速度矢量分布转换为渲染引擎能够识别的fga矢量场文件；当模拟结果数据为体素化的空气各成分浓度时，则将该体素化的空气各成分浓度转换为渲染引擎能够识别的浓度场体积纹理图片文件；当模拟结果数据为体素化的空间温度分布时，则将该体素化的空间温度分布转换为渲染引擎能够识别的温度场体积纹理图片文件。
图5所示的是示例性的体积纹理图片，总共4*4＝16个子图，子图为z轴垂直平面的切片，RGB通道表示浓度或温度，其数值与颜色的转换关系(colormap)可自定义。
以下是示例性的fga矢量场文件，其中，第一行的(64,64,16)表示xyz坐标轴体素尺寸，第二行的(-523.59,-924.54,-30.17)和第三行的(851.07,111.81,250.66)分别为boundingbox的最小坐标、最大坐标，后续每行为依次从xyz坐标增大顺序排列的体素对应的速度矢量。
64,64,16,
-523.59,-924.54,-30.17,
851.07,111.81,250.66,
0.0,0.0,0.0,
0.0,0.0,0.0,
0.0,0.0,0.0,
......
实施例中，模拟结果可以以热力图/伪色图体渲染的形式连续动画播放，比如温度、空气成分浓度、压力、空气龄、速度等；也可以以粒子动态效果漫游互动展示，可直观通过粒子动态、粒子类型演示空气流动、更新过程。
针对浓度场体积纹理图片文件和温度场体积纹理图片文件，均在渲染引擎中以流场驱动体积雾变化的方式进行可视化呈现，包括：
根据封闭空间大小创建体积雾，即在创建立方体的体积雾时设置体积雾尺寸为封闭空间包围盒大小，同时还创建体积雾材质，其中，体积雾材质颜色根据浓度场体积纹理图片采样后的浓度值映射确定，体积雾材质亮度根据温度场体积纹理图片采样后的温度值映射确定，利用渲染引擎对体积雾材质进行渲染，并将每个模拟结果数据的渲染结果按照保存时间顺序播放，以实现动态可视化。
实施例中，用于体积雾材质亮度和颜色映射的映射关系即colormap可根据视觉效果自定义，在体积雾的蓝图代码中创建体积雾材质的动态材质实例，根据模拟运行时的时间帧动态导入对应时间的浓度场体积纹理图片和温度场体积纹理图片，实现基于体积雾的温度、浓度空间分布动态过程再现。此处的时间帧理解为模拟数据保存时间间隔。
以温度体渲染动画播放为例，将仿真模拟保存的点云数据体素化，获得每个体素的温度，将体素数组按照体积纹理图片的数据格式保存为图片，获得一组仿真过程的温度场体积纹理图片集，将图片集导入到体渲染器中并转换为一组体积材质，每个体积材质代表不同时刻下的房间温度分布，播放时，根据播放时间为体渲染器中的房间赋予对应时刻的体积材质，得到的结果如图6所示。
实施例中，针对空间速度矢量分布对应的fga矢量场文件，在渲染引擎中以粒子追踪的方式进行可视化呈现，包括：
在渲染引擎中创建空气粒子系统，设置空气粒子运动由fga矢量场文件定义的速度场采样后驱动，即采样空气粒子所在位置的速度矢量，空气粒子跟随速度矢量运动，并将代表不同时刻的每帧fga矢量场文件按照采样时间顺序导入，即实现空气粒子跟随空间速度场的动态运动。
粒子追踪效果以新风系统的空气更新为例，将仿真模拟保存的点云数据体素化，将体素化的速度保存为一组fga矢量场文件，每个fga矢量场文件代表不同时刻下的房间风速分布，在房间内充满陈旧空气粒子(蓝色)，出风口根据风量调整产生新鲜空气粒子(橙色)的频率，所有空气粒子运动到回风口将被销毁(代表排出房间)，播放时，出风口持续产生新鲜空气粒子(橙色)，回风口不停销毁/排出粒子，为房间关联对应时刻的空间速度场fga文件，空气粒子根据所处房间位置获取速度场的速度并设置为粒子当前速度。
实施例中，为保证房间内空气粒子均匀分布且运动效果视觉真实，空气粒子根据fga速度场更新速度后，需使用Position Based Dynamic引擎(PBD引擎，如NVIDIA Flex)迭代计算并修正其速度和位置。
上述实施例提供的新风流场仿真和动态可视化系统，从obj格式得到三维模型表面围成的封闭空间、并根据指定坐标点自动搜索用于流体仿真的封闭空间，实现设计方案到仿真计算的无缝衔接；新风仿真在纳维尔斯托克方程的基础上遵守组分运输方程、能量守恒原理，能够计算和获取空气各成分浓度、空间温度分布、空间流体速度矢量分布，深入解析了新风系统工作过程中的各类流场信息；仿真计算结果能够兼容和导入主流图形学高质量渲染工具实现可视化，借助更清晰、直观的体积雾、粒子追踪效果为设计师、消费者提供了简洁可交互的视觉呈现。
以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种新风流场仿真和动态可视化系统，其特征在于，包括：
户型生成模块，用于为指定房间生成格式为obj的三维房间模型；
设备选择模块，用于根据指定的设备导入格式为obj的三维设备模型，并根据指定的设备放置位置，将三维设备模型置于三维房间模型内后，搜索并确定三维设备模型和三维房间模型共同包围的封闭空间；
仿真模拟模块，用于根据指定的仿真模拟类型和仿真条件，基于封闭空间进行流体仿真，在纳维尔斯托克方程的基础上遵守组分运输方程、能量守恒原理，仿真计算空气各成分浓度、空间温度分布、空间流体速度矢量分布中的至少一者，形成模拟结果数据；
结果可视化模块，用于将模拟结果数据体素化并转换成渲染引擎能够识别的格式文件，基于以渲染引擎能够识别的格式文件表示的模拟结果数据以流场驱动体积雾变化、粒子追踪的方式实现模拟结果的可视化。
2.根据权利要求1所述的新风流场仿真和动态可视化系统，其特征在于，所述仿真模拟模块包括空间流体速度矢量分布模拟单元，当用户指定仿真模拟类型为空间流体速度时，所述空间流体速度矢量分布模拟单元被触发，用于进行空间流体速度矢量分布模拟，包括：
接收用户设置的仿真条件，包括出风口/回风口处的风速、风向、压强，模拟数据保存时间间隔；
对封闭空间进行网格划分添加墙体边界后，基于仿真条件运行纳维尔斯托克方程计算，以模拟风速、压强以及空气龄，并按照设置的模拟数据保存时间间隔保存模拟结果数据。
3.根据权利要求1所述的新风流场仿真和动态可视化系统，其特征在于，所述仿真模拟模块包括空气各成分浓度模拟单元，当用户指定仿真模拟类型为空气各成分浓度时，所述空气各成分浓度模拟单元被触发，用于进行空气各成分浓度模拟，包括：
接收用户设置的仿真条件，包括出风口/回风口处的各气体成分、风速、风向、压强，模拟数据保存时间间隔；
对封闭空间进行网格划分和添加墙体边界后，基于仿真条件同时运行组分运输方程和纳维尔斯托克方程计算，在组成气体成分守恒的前提下模拟空气各成分浓度，并按照设置的模拟数据保存时间间隔保存空气各成分浓度模拟结果数据。
4.根据权利要求1所述的新风流场仿真和动态可视化系统，其特征在于，所述仿真模拟模块包括空间温度分布模拟单元，当用户指定仿真模拟类型为空间温度时，所述空间温度分布模拟单元被触发，用于进行空间温度分布模拟，包括：
接收用户设置的仿真条件，包括出风口/回风口处的温度、风速、风向、压强、房间内初始温度，模拟数据保存时间间隔；
对封闭空间进行网格划分和添加墙体边界后，基于仿真条件同时运行能量守恒方程和纳维尔斯托克方程计算，在能量守恒的前提下模拟空间温度分布，并按照设置的模拟数据保存时间间隔保存空间温度分布模拟结果数据。
5.根据权利要求1所述的新风流场仿真和动态可视化系统，其特征在于，将模拟结果数据体素化并转换成渲染引擎能够识别的流场数据，包括：
模拟结果数据以网格表达，将网格表达的模拟结果数据转换为基于顶点表达的模拟结果数据，将每个体素内包含的所有顶点的模拟结果数据的平均值作为该体素的模拟结果数据，实现模拟结果数据的体素化；
当模拟结果数据为体素化的空间速度矢量分布时，则将该体素化的空间速度矢量分布转换为渲染引擎能够识别的fga矢量场文件；
当模拟结果数据为体素化的空气各成分浓度时，则将该体素化的空气各成分浓度转换为渲染引擎能够识别的浓度场体积纹理图片文件；
当模拟结果数据为体素化的空间温度分布时，则将该体素化的空间温度分布转换为渲染引擎能够识别的温度场体积纹理图片文件。
6.根据权利要求5所述的新风流场仿真和动态可视化系统，其特征在于，所述浓度场体积纹理图片文件在渲染引擎中以流场驱动体积雾变化的方式进行可视化呈现，包括：
根据封闭空间大小创建体积雾，创建体积雾材质，其中，体积雾材质颜色根据浓度场体积纹理图片采样后的浓度值映射确定，利用渲染引擎对体积雾材质进行渲染，并将每个模拟结果数据的渲染结果按照保存时间顺序播放，以实现动态可视化。
7.根据权利要求5或6所述的新风流场仿真和动态可视化系统，其特征在于，所述温度场体积纹理图片文件在渲染引擎中以流场驱动体积雾变化的方式进行可视化呈现，包括：
根据封闭空间大小创建体积雾，创建体积雾材质，其中，体积雾材质亮度根据温度场体积纹理图片采样后的温度值映射确定，利用渲染引擎对体积雾材质进行渲染，并将每帧模拟结果数据的渲染结果按照保存时间顺序播放，以实现动态可视化。
8.根据权利要求5所述的新风流场仿真和动态可视化系统，其特征在于，空间速度矢量分布对应的fga矢量场文件在渲染引擎中以粒子追踪的方式进行可视化呈现，包括：
在渲染引擎中创建空气粒子系统，设置空气粒子运动由fga矢量场文件定义的速度场采样后驱动，即采样空气粒子所在位置的速度矢量，空气粒子跟随速度矢量运动，并将代表不同时刻的每帧fga矢量场文件按照采样时间顺序导入，即实现空气粒子跟随空间速度场的动态运动。
9.根据权利要求8所述的新风流场仿真和动态可视化系统，其特征在于，当空气粒子根据fga矢量场文件获得速度更新后，采用PBD引擎迭代修正空气粒子的速度和位置。
CN202211201312.XA 2022-09-29 2022-09-29 一种新风流场仿真和动态可视化系统 Pending CN115630588A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211201312.XA CN115630588A (zh) 2022-09-29 2022-09-29 一种新风流场仿真和动态可视化系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211201312.XA CN115630588A (zh) 2022-09-29 2022-09-29 一种新风流场仿真和动态可视化系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115630588A true CN115630588A (zh) 2023-01-20

Family

ID=84904429

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211201312.XA Pending CN115630588A (zh) 2022-09-29 2022-09-29 一种新风流场仿真和动态可视化系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115630588A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116306360A (zh) * 2023-03-03 2023-06-23 清华大学 数据驱动的航空发动机三维视景实时渲染系统
CN117473906A (zh) * 2023-12-26 2024-01-30 浙江远算科技有限公司 一种基于流体动力学仿真的风电机舱后处理方法和介质

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116306360A (zh) * 2023-03-03 2023-06-23 清华大学 数据驱动的航空发动机三维视景实时渲染系统
CN116306360B (zh) * 2023-03-03 2023-10-13 清华大学 数据驱动的航空发动机三维视景实时渲染系统
CN117473906A (zh) * 2023-12-26 2024-01-30 浙江远算科技有限公司 一种基于流体动力学仿真的风电机舱后处理方法和介质
CN117473906B (zh) * 2023-12-26 2024-04-19 浙江远算科技有限公司 一种基于流体动力学仿真的风电机舱后处理方法和介质

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN115630588A (zh) 一种新风流场仿真和动态可视化系统
RU2541925C2 (ru) Способ для представления анимированного объекта
Haber Visualization techniques for engineering mechanics
CN104750854B (zh) 一种海量三维激光点云压缩存储及快速加载显示方法
CN113593051B (zh) 一种实景可视化方法及大坝可视化方法及计算机设备
US20120259594A1 (en) Bim based 3-d visualization
Kharroubi et al. Classification and integration of massive 3d points clouds in a virtual reality (VR) environment
CN103337093B (zh) 一种基于Unity3D着色器实现三维机房实时温场效果的方法
Naiman AstroBlend: An astrophysical visualization package for Blender
CN112652067A (zh) 一种基于三维gis模型的文旅虚拟场景构建系统
CN106444427A (zh) 基于组态的物理对象展示方法
CN107067461A (zh) 室内立体图的构建方法及装置
CN106846474B (zh) 基于时序特征和粒子系统的WebGIS时空过程模拟方法
CN102646286A (zh) 三维空间结构的数字图形介质模拟方法
Liu et al. A 2d and 3d indoor mapping approach for virtual navigation services
CN113886910B (zh) 仿真路灯的创建方法、装置、设备及可读存储介质
Altabtabai et al. A user interface for parametric architectural design reviews
Chen et al. Research on 3D modeling in scene simulation based on Creator and 3dsmax
CN114926574A (zh) 一种基于实时渲染器的室内数据集获取方法与装置
CN114820968A (zh) 三维可视化方法和装置、机器人、电子设备和存储介质
CN113486416A (zh) 一种3d建筑楼层分层的实现方法
CN109493419B (zh) 一种倾斜摄影数据获取数字表面模型的方法及装置
CN114741762B (zh) 一种基于适配方案的整体家具设计方法
CN115423917B (zh) 一种全球三维风场实时绘制方法及系统
CN117197364B (zh) 区域建模方法、装置和存储介质

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination