CN117593486A - 一种基于空间粒子的网格重构方法和装置 - Google Patents
一种基于空间粒子的网格重构方法和装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于网格生成技术领域，本发明提供了一种基于空间粒子的网格重构方法和装置，该方法包括：模拟生成各应用场景所对应的流场计算域的空间粒子分布；采用笛卡尔网格生成技术，对各应用场景所对应的流场计算域执行网格剖分，得到空间网格单元；基于剖分次数确定最小尺寸的空间网格单元，确定要再执行网格剖分的待剖分空间网格单元，并执行网格剖分；对所得到的所有空间网格单元进行筛选，以得到待输出空间网格单元；对所述待输出空间网格单元的网格表面进行优化、进行插值处理，得到重构后的待输出空间网格，输出并进行可视化显示。本发明能重构出带有几何拓扑信息的空间网格、流体表面网格等，能自动生成满足空间粒子分布的三维网格。
Description
技术领域
本申请属于网格生成技术领域，特别涉及一种基于空间粒子的网格重构方法。
背景技术
计算流体动力学（CFD ，Computational Fluid Dynamics）是近代流体力学，数值数学和计算机科学结合的产物。CFD在航空航天领域发挥着越来越重要的作用。网格生成是CFD数值模拟过程的关键环节，生成质量对数值模拟结果的准确性和效率密切相关。其中表面网格对计算网格至关重要，既与几何形体直接相关，又是生成高质量体网格的前提条件。
常规的CFD模拟，需要对整个流场模拟区域进行网格划分，将连续的计算域离散成为一系列的网格单元，才能使基于差分方程的计算过程得以实施。基于网格的数值计算方法，在处理带自由表面的流动问题时，常常需要引入辅助变量来对自由表面进行识别和捕捉，对数值计算带来了一定的难度。
事实上，粒子法（Particle Method）在求解这类带自由表面的流动问题时具有很大的优势。通常采用一组任意分布的粒子来对求解域进行离散，不依赖计算网格，通过计算粒子的运动轨迹，模拟流体的运动过程，由此避免了自由面大变形引起的网格畸变问题。但是，由于粒子法将连续的计算域离散为任意分布的运动粒子，模拟得到的计算结果也是一系列的带流场变量值的空间点数据，在对计算结果进行处理时，无法完成流体表面的显示及渲染，以及空间流场的截面处理。此外，在网格重构过程中，由于计算精度和效率的要求，还存在网格密度分布的合理性低、无法形成连续的二维网格或三维网格等的问题。
因此，有必要提供一种新的基于空间粒子的网格重构方法，以解决上述问题。
发明内容
为了解决现有方法中通过计算粒子的运动轨迹模拟流体的运动过程，因自由面大变形引起的网格畸变问题，特别在对计算结果进行处理时，无法完成流体表面的显示及渲染，以及空间流场的截面处理，在网格重构过程中，因计算精度和效率的要求导致网格密度分布的合理性低、无法形成连续的二维网格或三维网格等的技术问题。本申请提供了一种基于空间粒子的网格重构方法和装置。具体通过以下方案实现：
本发明第一方面提供一种基于空间粒子的网格重构方法，包括：根据粒子法，模拟生成各应用场景所对应的流场计算域的空间粒子分布；采用笛卡尔网格生成技术，根据剖分限定条件，对各应用场景所对应的流场计算域执行网格剖分，得到空间网格单元，所述剖分限定条件包括每个网格单元中包含的空间粒子数小于等于一；遍历包含空间粒子的所有空间网格单元，基于剖分次数确定最小尺寸的空间网格单元，以确定要再执行网格剖分的待剖分空间网格单元，对所述待剖分空间网格单元执行网格剖分；根据筛选判断策略，对执行网格剖分所得到的所有空间网格单元进行筛选，以得到待输出空间网格单元；对所述待输出空间网格单元的网格表面进行优化；根据各空间粒子的流场数据，利用距离加权平均方法，对所述待输出空间网格单元的网格节点进行插值处理，得到重构后的待输出空间网格；将重构后的待输出空间网格输出，并进行可视化显示。
在一可选实施方式中，所述根据筛选判断策略，对执行网格剖分所得到的所有空间网格单元进行筛选，以得到待输出空间网格单元，包括：在与当前空间网格单元的同一坐标纬度两侧的相邻网格单元均为待输出空间网格单元的情况下，所述当前空间网格单元为待输出空间网格单元；在与当前空间网格单元的同一坐标纬度两侧的相邻网格单元中一者为待输出空间网格单元、且在与当前空间网格单元的同一坐标纬度两侧的相邻网格单元中另一者为流场边界的情况下，所述当前空间网格单元为待输出空间网格单元。
在一可选实施方式中，所述根据剖分限定条件，对各应用场景所对应的流场计算域执行网格剖分，包括：对各应用场景所对应的流场计算域执行一次网格剖分，形成一级空间网格单元，根据网格剖分次数，依次形成多级空间网格单元，每一级空间网格单元对应有级值；根据剖分限定条件，对每次执行网格剖分所形成的所有空间网格单元执行判断各空间网格单元内空间粒子数的步骤。
在一可选实施方式中，包括：在对每次执行网格剖分所形成的所有空间网格单元执行判断各空间网格单元内空间粒子数的步骤之前，判断各空间网格单元内是否包含空间粒子。
在一可选实施方式中，所述根据各空间粒子的流场数据，利用距离加权平均方法，对所述待输出空间网格单元的网格节点进行插值处理，包括：根据各空间粒子的位置坐标，确定各空间粒子与各空间粒子所对应的网格节点之间的距离，将各空间粒子的以下流场数据插值到各空间粒子所对应的网格节点：速度、压力。
在一可选实施方式中，对所述待输出空间网格单元的网格节点进行插值处理，形成连续空间域的二维网格、即得到重构后的待输出空间网格；或者对所述待输出空间网格单元的网格节点进行插值处理，形成连续空间域的三维网格、即得到重构后的待输出空间网格。
在一可选实施方式中，基于重构后的待输出空间网格，可生成连续空间域的可视化截面。
在一可选实施方式中，所述对所述待输出空间网格单元的网格表面进行优化，包括：采用拉普拉斯优化方法，对所述待输出空间网格单元的网格表面进行表面光滑处理。
本发明第二方面提供一种网格重构装置，所述网格生成装置用于实现本发明第一方面所述基于空间粒子的网格重构方法，所述网格重构装置包括：模拟生成模块，根据粒子法，模拟生成各应用场景所对应的流场计算域的空间粒子分布；第一网格剖分模块，采用笛卡尔网格生成技术，根据剖分限定条件，对各应用场景所对应的流场计算域执行网格剖分，得到空间网格单元，所述剖分限定条件包括每个网格单元中包含的空间粒子数小于等于一；第二网格剖分模块，遍历包含空间粒子的所有空间网格单元，基于剖分次数确定最小尺寸的空间网格单元，以确定要再执行网格剖分的待剖分空间网格单元，对所述待剖分空间网格单元执行网格剖分；筛选判断模块，根据筛选判断策略，对执行网格剖分所得到的所有空间网格单元进行筛选，以得到待输出空间网格单元；优化处理模块，对所述待输出空间网格单元的网格表面进行优化；重构处理模块，根据各空间粒子的流场数据，利用距离加权平均方法，对所述待输出空间网格单元的网格节点进行插值处理，得到重构后的待输出空间网格；显示模块，将重构后的待输出空间网格输出，并进行可视化显示。
第三方面，本说明书提供一种电子设备，包括：
处理器；以及
被安排成存储计算机可执行指令的存储器，所述可执行指令在被执行时使所述处理器执行本发明第一方面所述的方法。
第四方面，本说明书提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储一个或多个程序，所述一个或多个程序当被包括多个应用程序的电子设备执行时，使得所述电子设备执行本发明第一方面所述的方法。
本发明实施例包括以下优点：
与现有技术相比，本发明的网格重构方法基于粒子法模拟得到的粒子数据，采用笛卡尔网格生成技术，重构出带有几何拓扑信息的空间网格、流体表面网格等，能够自动生成满足空间粒子分布的三维非结构网格，能够进行模拟结果的优化处理、渲染处理，能够实现二维、三维可视化显示。
此外，本发明能够得到更精确且更服务空间粒子分布的空间网格，能够有效实现空间网格中的流场数据与空间粒子的流场数据的精确吻合重构出带有几何拓扑信息的空间网格及流体表面网格，以便进行模拟结果的处理及可视化显示。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的基于空间粒子的网格重构方法的一示例的流程图；
图2为应用本发明的基于空间粒子的网格重构方法的一示例的示意图；
图3为本发明基于空间粒子的网格重构方法中执行网格剖分处理得到的空间网格单元的一示例的示意图；
图4为本发明基于空间粒子的网格重构方法中执行一次网格剖分处理得到的空间网格单元的一示例的示意图；
图5为对图3所示的空间网格单元进行进一步剖分处理得到的空间网格单元的一示例的示意图；
图6为本发明基于空间粒子的网格重构方法中识别待输出空间网格单元的一示例的示意图；
图7为本发明基于空间粒子的网格重构方法中对待输出空间网格单元的网格表面进行优化一示例的示意图；
图8为应用本发明的基于空间粒子的网格重构方法所得到的空间粒子分布数据的一示例的示意图；
图9为应用本发明的基于空间粒子的网格重构方法所重构的待输出空间网格的一示例的示意图；
图10为本发明的实施例的基于空间粒子的网格重构装置的一示例的结构示意图；
图11为本发明的实施例的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。
鉴于上述问题，本发明提供一种基于空间粒子的网格重构方法，该方法基于粒子法模拟得到的粒子数据，采用笛卡尔网格生成技术，重构出带有几何拓扑信息的空间网格、流体表面网格等，能够自动生成满足空间粒子分布的三维非结构网格，能够进行模拟结果的优化处理、渲染处理，能够实现二维、三维可视化显示。
需要说明的是，在本发明中，基于粒子法模拟得到的粒子数据，采用笛卡尔网格生成技术，对各应用场景所对应的计算域进行剖分，生成四面笛卡网格、六面体笛卡尔网格等。在网格剖分的过程中，根据空间粒子分布确定网格单元的大小，确保每个网格单元中只包含一个空间粒子，最后得到粒子数据重构后的空间网格。
此外，本发明的网格重构方法特别适用于处理大变形、自由表面流、复杂界面运动等的液体流场、气体流场的表面网格重构。例如，在船舶领域 CFD 模拟时，需要模拟船舶运动时流体表面的流动过程中液体流场表面，则需要对液体流场表面网格进行重构。此外，本发明的网格重构方法还特别适用于在研究手机跌落分析、水下爆炸冲击模拟时，模拟或重构由强冲击带来的大变形表面。
下面结合图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8和图9，详细说明本发明的基于空间粒子的网格重构方法。
如图1所示，本发明的基于空间粒子的网格重构方法包括以下步骤：
首先，在步骤S101中，根据粒子法，模拟生成各应用场景所对应的流场计算域的空间粒子分布。
在一具体实施方式中，在船舶应用场景下，采用粒子法，将船舶周围的流场模拟成流场计算域，以粒子法计算得到如图2所示的二维数据为例进行说明，在所述流场计算域中分布着多个空间粒子（例如水分子）。
在另一具体实施方式中，在飞机应用场景下，采用粒子法，将飞机周围的流场模拟成流场计算域，以粒子法计算得到的三维数据，在所述流场计算域中分布着多个空间粒子（例如气体分子）。
需要说明的是，上述仅作为可选示例进行说明，不能理解成对本发明的限制。
接下来，在步骤S102中，采用笛卡尔网格生成技术，根据剖分限定条件，对各应用场景所对应的流场计算域执行网格剖分，得到空间网格单元，所述剖分限定条件包括每个网格单元中包含的空间粒子数小于等于一。
具体地，对各应用场景所对应的流场计算域执行一次网格剖分，形成一级空间网格单元，根据网格剖分次数，依次形成多级空间网格单元，每一级空间网格单元对应有级值。
根据剖分限定条件，对每次执行网格剖分所形成的所有空间网格单元执行判断各空间网格单元内空间粒子数的步骤。
在对每次执行网格剖分所形成的所有空间网格单元执行判断各空间网格单元内空间粒子数的步骤之前，判断各空间网格单元内是否包含空间粒子。
在一具体实施方式中，如图3所示，执行了三次网格剖分，形成了一级空间网格单元、二级空间网格单元、三级空间网格单元，分别对上述空间网格赋予level1值、level2值、level3值。其中，空间网格单元的级别越高，则空间网格的尺寸越大。而空间网格单元的级别越低，则空间网格的尺寸越小。
如图4所示，在执行了一次网格剖分后，形成标号为1、2、3和4四个一级空间网格单元，其中，一级空间网格单元1中包含有两个空间粒子（例水分子），一级空间网格单元2中包含有一个空间粒子（例如水分子），一级空间网格单元3中包含有一个空间粒子（例如水分子），一级空间网格单元4中未包含空间粒子。
对每次执行网格剖分所形成的所有空间网格单元执行判断各空间网格单元内空间粒子数的步骤，在判断各空间网格单元内有且仅有一个空间粒子时，停止网格剖分处理，得到包含空间粒子的第一类空间网格单元和未包含空间粒子的第二类空间网格单元。
在图4的示例中，具体判断图4中的一级空间网格单元内是否包含空间粒子，在判断各空间网格单元内有且仅有一个空间粒子时，停止网格剖分处理，得到包含一个空间粒子的一级空间网格单元2、一级空间网格单元3，包含两个空间粒子的一级空间网格单元1，未包含空间粒子的一级空间网格单元4。对于图4所示的一级空间网格单元1，由于不满足剖分限定条件（仅包含一个空间粒子），所以需对所述一级空间网格单元1进行再剖分（在该示例中，执行了三次网格剖分），以满足剖分限定条件，得到如图3所示的三个一级空间网格单元（具体为一级空间网格单元1、2、3）、三个二级空间网格单元（具体为二级空间网格单元4、5、6）、四个三级空间网格单元（具体为三级空间网格单元7、8、9、10）。即，得到包含一个空间粒子的一级空间网格单元1、2，包含一个空间粒子的三级空间网格单元8和10，未包含空间粒子的一级空间网格单元3，未包含空间粒子的二级空间网格单元4、5和6，以及未包含空间粒子的三级空间网格单元7、9。
需要说明的是，上述仅作为可选示例进行说明，不能理解成对本发明的限制。
接下来，在步骤S103中，遍历包含空间粒子的所有空间网格单元，基于剖分次数确定最小尺寸的空间网格单元，以确定要再执行网格剖分的待剖分空间网格单元，对所述待剖分空间网格单元执行网格剖分。
具体地，遍历包含空间粒子的所有第一类空间网格单元，基于剖分次数确定最小尺寸的空间网格单元，根据最小尺寸的空间网格单元确定要在执行网格剖分的待剖分空间网格单元。
可选地，对每次执行网格剖分所形成的所有空间网格单元进行标号标记，并在执行一次网格剖分之后，按不同级的空间网格单元进行重新标号标记。具体可参见图3和图4。
根据网格剖分的剖分次数，设置不同的level-n值，其中n为正整数，具体为1、2、...、N。如图3所示，一级空间网格单元1、2、3也称为level-1值，二级空间网格单元4、5、6也称为level-2值，三级空间网格单元7、8、9、10也称为level-3值。level值越小的空间网格单元，网格尺寸越大（具体为网格单元边长越大）。例如，具有level-2值的二级空间网格单元的网格尺寸（具体为网格单元边长）是具有level-3值的三级空间网格单元的网格尺寸（具体为网格单元边长）的4倍。
需要说明的是，在本发明中，由于粒子法计算得到的空间粒子分布不均匀，会造成步骤S102中得到的空间网格单元的尺寸差异较大，因此需要对网格尺寸较大的空间网格单元进行再剖分以满足相应剖分条件和空间网格单元的网格尺寸要求。
下面将具体说明如何根据最小尺寸的空间网格单元确定要执行网格剖分的待剖分空间网格单元。
具体地，根据所确定的最小尺寸（例如level-3值）的三级空间网格单元，判断包含空间粒子的所有第一类空间网格单元（在图3的示例中，具体包括一级空间网格单元1、2，三级空间网格单元8、9）的网格尺寸是否满足相应剖分条件（例如，第一类空间网格单元中各空间网格单元的level值与最小尺寸之差是否大于一）。
在一具体实施方式中，当第一类空间网格单元中当前空间网格单元的level值与最小尺寸之差大于一时（即第一类空间网格单元中当前空间网格单元的网格尺寸满足相应剖分条件），则确定当前空间网格单元（例如图4中的一级空间网格单元1、2）需要再执行网格剖分，即当前空间网格单元是待剖分空间网格单元。
接着，对待剖分空间网格单元再执行网格剖分，重复对网格剖分后形成的第一类空间网格单元（即包含一个空间粒子的空间网格单元）进行是否满足相应剖分条件判断（或者第一类空间网格单元中各空间网格单元的网格尺寸与最小网格尺寸之差的判断），直到所有第一类空间网格单元都满足相应剖分条件，或者都满足空间网格单元的网格尺寸要求，停止网格剖分处理。例如，完成网格剖分处理的剖分结果，具体参见图5。对各待剖分空间网格单元执行一次网格剖分处理后，得到如图5所示的剖分结果，具体为包含一个空间粒子的二级空间网格单元5、6，三级空间网格单元14、16，未包含空间粒子的一级空间网格单元1，二级空间网格单元2、3、4、7、8、9、10、11和12，三级空间网格单元13和15。在另一实施方式中，当第一类空间网格单元中当前空间网格单元的level值与最小尺寸之差小于等于一时（即第一类空间网格单元中当前空间网格单元的网格尺寸未满足相应剖分条件），则确定当前空间网格单元无需再执行网格剖分，即当前空间网格单元（例如图5中的二级空间网格单元8、10）不是待剖分空间网格单元。
需要说明的是，上述仅作为可选示例进行说明，不能理解成对本发明的限制。
接下来，在步骤S104中，根据筛选判断策略，对执行网格剖分所得到的所有空间网格单元进行筛选，以得到待输出空间网格单元。
具体地，对步骤S103所得到的所有空间网格单元进行筛选。
更具体地，通过识别出包含一个空间粒子的空间网格单元，标记为需要输出的网格，将多余的空间网格单元删除，具体参见图 5 所示的灰色阴影填充的空间网格单元。
对于筛选判断策略，具体包括以下筛选情况。
在当前空间网格单元内仅包含一个空间粒子、且满足网格尺寸要求（当第一类空间网格单元中当前空间网格单元的level值与最小尺寸之差大于一时，即第一类空间网格单元中当前空间网格单元的网格尺寸满足相应剖分条件）的情况下，筛选当前空间网格单元，并作为待输出空间网格单元。
在与当前空间网格单元的同一坐标纬度两侧的相邻网格单元均为待输出空间网格单元的情况下，筛选当前空间网格单元，并作为待输出空间网格单元。
在与当前空间网格单元的同一坐标纬度两侧的相邻网格单元中一者为待输出空间网格单元、且在与当前空间网格单元的同一坐标纬度两侧的相邻网格单元中另一者为流场边界的情况下，筛选当前空间网格单元，并作为待输出空间网格单元。
需要说明的是，在本发明中，所述同一坐标纬度具体是指当前空间网格单元的上下两侧（即图5所示的竖直方向上的两侧或Y轴方向上的两侧），或者是指当前空间网格单元的左右两侧（即图5所示的水平方向上的两侧或X轴方向上的两侧，其中，从图5中可知，水平方向与竖直方向垂直，即X轴方向与Y轴方向垂直。
在一具体实施方式中，如图5所示，二级空间网格单元5、6，三级空间网格单元14、16均满足仅包含一个空间粒子、且满足网格尺寸要求，因此，二级空间网格单元5、6，三级空间网格单元14、16为待输出空间网格单元。
此外，由于与二级空间网格单元11的同一坐标纬度两侧（上下两侧）的相邻网格单元（具体为三级空间网格单元16、二级空间网格单元8）均为待输出空间网格单元，因此，筛选二级空间网格单元11，并作为待输出空间网格单元，具体参见图6。
此外，由于与二级空间网格单元8的同一坐标纬度两侧（上下两侧）的相邻网格单元中一者（具体为位于二级空间网格单元8上侧的二级空间网格单元6）为待输出空间网格单元、且在与二级空间网格单元8的同一坐标纬度两侧（具体为上下两侧）的相邻网格单元中另一者（具体为位于二级空间网格单元8下侧的另一者）为流场边界，因此，筛选二级空间网格单元8，并作为待输出空间网格单元，具体参见图6。
需要说明的是，上述仅作为可选示例进行说明，不能理解成对本发明的限制。
接下来，在步骤S105中，对所述待输出空间网格单元的网格表面进行优化。
对所述待输出空间网格单元的网格表面进行优化，所述优化是对网格表面进行处理，例如使网格表面变为光滑曲线。
具体采用拉普拉斯优化方法，对所述待输出空间网格单元的网格表面进行表面光滑处理。例如，对待输出空间网格单元的网格表面（例如为面向船舰的流体表面等）进行倒圆角处理，具体可参见图7。
需要说明的是，上述仅作为可选示例进行说明，不能理解成对本发明的限制。
接下来，在步骤S106中，根据各空间粒子的流场数据，利用距离加权平均方法，对所述待输出空间网格单元的网格节点进行插值处理，得到重构后的待输出空间网格。
根据各空间粒子的位置坐标，确定各空间粒子与各空间粒子所对应的网格节点之间的距离，将各空间粒子的以下流场数据插值到各空间粒子所对应的网格节点：速度、压力。
需要说明的是，在其他实施方式中，所述流场数据还包括x、y、z方向的速度分量、粒子密度、流体密度、面粒子属性，等等。
在一具体实施方式中，根据各空间粒子的网格坐标，利用例如idw反距离加权插值方法，将空间粒子的流场数据插值到所形成的空间网格单元的网格节点中。采用以下表达式进行流场数据插值。
（1）
其中，qnode表示插值得到的网格节点的例如速度、压力的数据值；q表示待输出空间网格单元中的空间粒子的例如速度、压力的数据值；d i 表示各待输出空间网格单元的网格节点到各待输出空间网格单元内空间粒子之间的距离，i表示各空间网格单元中第i个网格节点，i为正整数，具体为1、2、...、m；m为待输出空间网格单元中所有网格节点的数量。
采用上述表达式（2），将各空间粒子的流场数据插值到所形成的空间网格单元的网格节点中，由此实现了对所述待输出空间网格单元的网格节点进行插值处理，得到具有流场数据插值的网格节点的待输出空间网格，即得到重构后的待输出空间网格。
需要说明的是，上述仅作为可选示例进行说明，不能理解成对本发明的限制。
接下来，在步骤S107中，将重构后的待输出空间网格输出，并进行可视化显示。
在一具体实施方式中，对所述待输出空间网格单元的网格节点进行插值处理，形成连续空间域的二维网格、即得到重构后的待输出空间网格。
具体地，将插值处理后的空间网格及流场数据输出到专用的可视化文件中（例如tecpolt格式的可视化文件中），以用于可视化显示。
在另一具体实施方式中，对所述待输出空间网格单元的网格节点进行插值处理，形成连续空间域的三维网格、即得到重构后的待输出空间网格。
图8是采用粒子法计算一溃坝算例得到的空间粒子分布的一局部示意图。如图8所示，在该溃坝算例中，设定一水坝模型，假设水坝体突然溃决，导致水体突泄，图8示出了模拟水体流动的一局部示意图。具体采用粒子法模拟得到的空间粒子分布。
图9是使用本发明的方法得到的水体空间网格。将图8所示的空间粒子数据输入，得到图9所示的连续空间域的三维网格、即得到重构后的待输出空间网格。
进一步，基于如图9所示的重构后的待输出空间网格，可生成连续空间域的可视化截面，以用于模拟显示。
与现有技术相比，本发明的网格重构方法基于粒子法模拟得到的粒子数据，采用笛卡尔网格生成技术，重构出带有几何拓扑信息的空间网格、流体表面网格等，能够自动生成满足空间粒子分布的三维非结构网格，能够进行模拟结果的优化处理、渲染处理，能够实现二维、三维可视化显示。
此外，本发明能够得到更精确且更服务空间粒子分布的空间网格，能够有效实现空间网格中的流场数据与空间粒子的流场数据的精确吻合。
下述为本发明装置实施例，可以用于执行本发明方法实施例。对于本发明装置实施例中未披露的细节，请参照本发明方法实施例。
图10是根据本发明的网格重构装置的一示例的结构示意图。
参照图10，本公开第二方面提供一种网格重构装置700，所述网格重构装置700用于实现本发明第一方面所述基于空间粒子的网格重构方法，所述网格重构装置700包括模拟生成模块710、第一网格剖分模块720、第二网格剖分模块730、筛选判断模块740、优化处理模块750、重构处理模块760和显示模块770。
具体地，模拟生成模块710根据粒子法，模拟生成各应用场景所对应的流场计算域的空间粒子分布。第一网格剖分模块720采用笛卡尔网格生成技术，根据剖分限定条件，对各应用场景所对应的流场计算域执行网格剖分，得到空间网格单元，所述剖分限定条件包括每个网格单元中包含的空间粒子数小于等于一。第二网格剖分模块730遍历包含空间粒子的所有空间网格单元，基于剖分次数确定最小尺寸的空间网格单元，以确定要再执行网格剖分的待剖分空间网格单元，对所述待剖分空间网格单元执行网格剖分。筛选判断模块740，根据筛选判断策略，对执行网格剖分所得到的所有空间网格单元进行筛选，以得到待输出空间网格单元。优化处理模块750对所述待输出空间网格单元的网格表面进行优化。重构处理模块760根据各空间粒子的流场数据，利用距离加权平均方法，对所述待输出空间网格单元的网格节点进行插值处理，得到重构后的待输出空间网格。显示模块770将重构后的待输出空间网格输出，并进行可视化显示
在一可选实施方式中，在与当前空间网格单元的同一坐标纬度两侧的相邻网格单元均为待输出空间网格单元的情况下，所述当前空间网格单元为待输出空间网格单元。在与当前空间网格单元的同一坐标纬度两侧的相邻网格单元中一者为待输出空间网格单元、且在与当前空间网格单元的同一坐标纬度两侧的相邻网格单元中另一者为流场边界的情况下，所述当前空间网格单元为待输出空间网格单元。
根据剖分限定条件，对各应用场景所对应的流场计算域执行网格剖分，包括：对各应用场景所对应的流场计算域执行一次网格剖分，形成一级空间网格单元，根据网格剖分次数，依次形成多级空间网格单元，每一级空间网格单元对应有级值；根据剖分限定条件，对每次执行网格剖分所形成的所有空间网格单元执行判断各空间网格单元内空间粒子数的步骤。
在对每次执行网格剖分所形成的所有空间网格单元执行判断各空间网格单元内空间粒子数的步骤之前，判断各空间网格单元内是否包含空间粒子。
根据各空间粒子的流场数据，利用距离加权平均方法，对所述待输出空间网格单元的网格节点进行插值处理。
具体根据各空间粒子的位置坐标，确定各空间粒子与各空间粒子所对应的网格节点之间的距离，将各空间粒子的以下流场数据插值到各空间粒子所对应的网格节点：速度、压力。
在一可选实施方式中，对所述待输出空间网格单元的网格节点进行插值处理，形成连续空间域的二维网格、即得到重构后的待输出空间网格；或者对所述待输出空间网格单元的网格节点进行插值处理，形成连续空间域的三维网格、即得到重构后的待输出空间网格。
基于重构后的待输出空间网格，可生成连续空间域的可视化截面。
所述对所述待输出空间网格单元的网格表面进行优化，包括：采用拉普拉斯优化方法，对所述待输出空间网格单元的网格表面进行表面光滑处理。
需要说明的是，在本发明的装置实施例中的基于空间粒子的网格重构方法与本发明的方法实施例中的基于空间粒子的网格重构方法大致相同，因此，省略了相同部分的说明。
与现有技术相比，本发明的网格重构方法基于粒子法模拟得到的粒子数据，采用笛卡尔网格生成技术，重构出带有几何拓扑信息的空间网格、流体表面网格等，能够自动生成满足空间粒子分布的三维非结构网格，能够进行模拟结果的优化处理、渲染处理，能够实现二维、三维可视化显示。
此外，本发明能够得到更精确且更服务空间粒子分布的空间网格，能够有效实现空间网格中的流场数据与空间粒子的流场数据的精确吻合。
图11是本申请的一个实施例电子设备的结构示意图。请参考图11，在硬件层面，该电子设备包括处理器，可选地还包括内部总线、网络接口、存储器。其中，存储器可能包含内存，例如高速随机存取存储器(Random-Access Memory，RAM)，也可能还包括非易失性存储器（non-volatilememory），例如至少1个磁盘存储器等。当然，该电子设备还可能包括其他业务所需要的硬件。
处理器、网络接口和存储器可以通过内部总线相互连接，该内部总线可以是ISA(Industry Standard Architecture，工业标准体系结构）总线、PCI(PeripheralComponent Interconnect，外设部件互连标准)总线或EISA(ExtendedIndustry StandardArchitecture，扩展工业标准结构）总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图11中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
存储器，用于存放程序。具体地，程序可以包括程序代码，所述程序代码包括计算机操作指令。存储器可以包括内存和非易失性存储器，并向处理器提供指令和数据。
处理器从非易失性存储器中读取对应的计算机程序到内存中然后运行，在逻辑层面上形成一种模型的表面网格光顺处理方法。处理器，执行存储器所存放的程序，并具体用于执行前述任意一种模型的表面网格光顺处理方法。
上述如本申请图1所示实施例揭示的方法可以应用于处理器（即，本说明书中的删除控制模块）中，或者由处理器实现。处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器（Central ProcessingUnit，CPU）、网络处理器（Network Processor，NP）等；还可以是数字信号处理器（DigitalSignal Processor，DSP）、专用集成电路（ApplicationSpecific Integrated Circuit，ASIC）、现场可编程门阵列（Field－Programmable Gate Array，FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
该电子设备还可执行图1所述方法，并实现图1所示实施例的功能，本申请实施例在此不再赘述。
本申请实施例还提出了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储一个或多个程序，该一个或多个程序包括指令，该指令当被包括多个应用程序的电子设备执行时，能够使该电子设备执行图1所示实施例的方法执行，并具体用于执行前述的任意一所述方法。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器 (CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器 (RAM) 和/或非易失性内存等形式，如只读存储器 (ROM) 或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存 (PRAM)、静态随机存取存储器 (SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器 (RAM)、只读存储器 (ROM)、电可删除可编程只读存储器 (EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘 (DVD) 或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种基于空间粒子的网格重构方法，其特征在于，包括：
根据粒子法，模拟生成各应用场景所对应的流场计算域的空间粒子分布；
采用笛卡尔网格生成技术，根据剖分限定条件，对各应用场景所对应的流场计算域执行网格剖分，得到空间网格单元，所述剖分限定条件包括每个网格单元中包含的空间粒子数小于等于一；
遍历包含空间粒子的所有空间网格单元，基于剖分次数确定最小尺寸的空间网格单元，以确定要再执行网格剖分的待剖分空间网格单元，对所述待剖分空间网格单元执行网格剖分；
根据筛选判断策略，对执行网格剖分所得到的所有空间网格单元进行筛选，以得到待输出空间网格单元；
对所述待输出空间网格单元的网格表面进行优化；
根据各空间粒子的流场数据，利用距离加权平均方法，对所述待输出空间网格单元的网格节点进行插值处理，得到重构后的待输出空间网格；
将重构后的待输出空间网格输出，并进行可视化显示。
2.如权利要求1所述的基于空间粒子的网格重构方法，其特征在于，所述根据筛选判断策略，对执行网格剖分所得到的所有空间网格单元进行筛选，以得到待输出空间网格单元，包括：
在与当前空间网格单元的同一坐标纬度两侧的相邻网格单元均为待输出空间网格单元的情况下，所述当前空间网格单元为待输出空间网格单元；
在与当前空间网格单元的同一坐标纬度两侧的相邻网格单元中一者为待输出空间网格单元、且在与当前空间网格单元的同一坐标纬度两侧的相邻网格单元中另一者为流场边界的情况下，所述当前空间网格单元为待输出空间网格单元。
3.如权利要求1所述的基于空间粒子的网格重构方法，其特征在于，所述根据剖分限定条件，对各应用场景所对应的流场计算域执行网格剖分，包括：
对各应用场景所对应的流场计算域执行一次网格剖分，形成一级空间网格单元，根据网格剖分次数，依次形成多级空间网格单元，每一级空间网格单元对应有级值；
根据剖分限定条件，对每次执行网格剖分所形成的所有空间网格单元执行判断各空间网格单元内空间粒子数的步骤。
4.如权利要求3所述的基于空间粒子的网格重构方法，其特征在于，包括：
在对每次执行网格剖分所形成的所有空间网格单元执行判断各空间网格单元内空间粒子数的步骤之前，判断各空间网格单元内是否包含空间粒子。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据各空间粒子的流场数据，利用距离加权平均方法，对所述待输出空间网格单元的网格节点进行插值处理，包括：
根据各空间粒子的位置坐标，确定各空间粒子与各空间粒子所对应的网格节点之间的距离，将各空间粒子的以下流场数据插值到各空间粒子所对应的网格节点：速度、压力。
6.如权利要求1所述的基于空间粒子的网格重构方法，其特征在于，
对所述待输出空间网格单元的网格节点进行插值处理，形成连续空间域的二维网格、即得到重构后的待输出空间网格；或者
对所述待输出空间网格单元的网格节点进行插值处理，形成连续空间域的三维网格、即得到重构后的待输出空间网格。
7.如权利要求6所述的基于空间粒子的网格重构方法，其特征在于，
基于重构后的待输出空间网格，可生成连续空间域的可视化截面。
8.如权利要求1所述的基于空间粒子的网格重构方法，其特征在于，所述对所述待输出空间网格单元的网格表面进行优化，包括：
采用拉普拉斯优化方法，对所述待输出空间网格单元的网格表面进行表面光滑处理。
9.一种网格重构装置，其特征在于，所述网格生成装置用于实现权利要求1所述基于空间粒子的网格重构方法，所述网格重构装置包括：
模拟生成模块，根据粒子法，模拟生成各应用场景所对应的流场计算域的空间粒子分布；
第一网格剖分模块，采用笛卡尔网格生成技术，根据剖分限定条件，对各应用场景所对应的流场计算域执行网格剖分，得到空间网格单元，所述剖分限定条件包括每个网格单元中包含的空间粒子数小于等于一；
第二网格剖分模块，遍历包含空间粒子的所有空间网格单元，基于剖分次数确定最小尺寸的空间网格单元，以确定要再执行网格剖分的待剖分空间网格单元，对所述待剖分空间网格单元执行网格剖分；
筛选判断模块，根据筛选判断策略，对执行网格剖分所得到的所有空间网格单元进行筛选，以得到待输出空间网格单元；
优化处理模块，对所述待输出空间网格单元的网格表面进行优化；
重构处理模块，根据各空间粒子的流场数据，利用距离加权平均方法，对所述待输出空间网格单元的网格节点进行插值处理，得到重构后的待输出空间网格；
显示模块，将重构后的待输出空间网格输出，并进行可视化显示。
10.如权利要求9所述的网格重构装置，其特征在于，进一步包括：
在与当前空间网格单元的同一坐标纬度两侧的相邻网格单元均为待输出空间网格单元的情况下，所述当前空间网格单元为待输出空间网格单元；
在与当前空间网格单元的同一坐标纬度两侧的相邻网格单元中一者为待输出空间网格单元、且在与当前空间网格单元的同一坐标纬度两侧的相邻网格单元中另一者为流场边界的情况下，所述当前空间网格单元为待输出空间网格单元。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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