超大型三维有限元模型的快速可视化算法
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
关 键 词 ：三 维有 限元 ； 可视化 ；彩 色云 图； 实体 切割
文 章 编 号 ：２ ９ ．０ Ｘ ｆ０ ２０ —０ ３０ ０ ５３ ２ １ ）４０ １—７ ２
中图分 类号 ：Ｔ ９ ． Ｐ３ １ ２ ７
文 献标识 码 ：Ａ
Ｆａ ｔ ｓ ｌｚ ｔｏ ｌ ｏ ｉｈｍ ｏｒｈｕｇ Ｄ－ ｎ ｔ ｌ ｍ ｅ ｔｍ ｏ ｌ ｓ ｕａ ｉａ ｉ ｎ ａ ｇ ｒｔ ｖｉ ｆ ｅ３ ｆ ｉｅｅ ｅ ｎ ｄｅｓ ｉ
随着 矿 山开采 实 践 的不 断深 入 ，三 维 数值 分
析 以强大 的分 析 能力逐 渐成 为主 流 。由于 实际 工
成 果 的 快速 可 视 化 ，是 一 个 无 法 逾 越 的 重 要环 节 。尽管 基本 的算 法和 思路 已不鲜 见 ，不少 软件 与 程序 包也 已实现相 应功 能 。但 要么程 序过 于庞 大 ，要么 源代 码受 保护 ，编 写简 单高 效 的可视化 模 块始 终存 在 不４ ￣ 战 。原 有算 法或 程序 虽然在 ，ｇ Ｊ
原 理上 依 然 正 确 ，但 由于 先 前 缺 乏相 应 的针 对
程 尺度 的加大 ，三 维计 算模 型 的规模 快速 增长 。 近 年 来 ，单元 数从 十 年前 的数 干增 长 到数万 ，进
而 增加 到 数十 万甚 至超 越一 百万 。即 使不考 虑 本
构 模型 复 杂化 的情 况 ，矿 山岩 土分 析也 因此 面 临
２１ ０ ２年
８月
图 学 学 报
ＪｏＵＲＮ ＡＬ ＯＦ ＧＲＡＰＨＩ ＣＳ
Ａｕｇ ｓ ２０１ ｕｔ ２
第３ ３卷 第 ４期
Ｖ＿ ．３ Ｎｏ． Ｏ ３ １ ４
超 大 型 三维 有 限元模 型 的快 速 可视 化 算法
邹 静 ， 纪 洪广２ 一
（ ．清华大学水利水 电工程系 ，北京 １ ０ ８ ；２ １ ０ ０ ４ ．北 京科技大 学土木与环境 学院 ，北京 １０ ８ ） ０ ０ ３
２ Ｓ ｈ ｏ ｏ Ｃ ｖｌ Ｅ ｖｒｎ ｎ， ｅ ｉｇＵ ｉｅｓｙｏ Ｓ ｉ ｃ ｓ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ， ｅ ｉｇ１ ０ ８ ， ｈｎ ） ． ｃ ｏ ｌ ｆ ｉｉ＆ ｎ ｉ ｍｅ ｔ ｉｎ ｎｖ ｒｉ ｆ ｃ ｎ ｅ ＆ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｂ ｉｎ ０ ０ ３ Ｃ ｉａ ｏ Ｂ ｊ ｔ ｅ ｊ
ｃ ｎ ｒｂ ｅｔ ｉ ｏ ｔｉｕｔ ｏ ｓｍｐｌ ｃ ｔｏ ｆｐ ｅ ａ ａ ｉ ｎ ｆ ｒｈ ｇｅＦＥＭ ｒ ｇ ａ ｉ ａｉ ｎ ｏ ｒ ｐ ｒ ｔｏ ｕ ｉ ｆ ｏ ｐ ｏ ｒ ｍ．
Ｋｅ ｒ ：３ ＦＥＭ ； ｓ ｌｚ ｔｏ ｙ ｗｏ ｄｓ Ｄ— ｖｉｕａｉ ａ ｉｎ；ｃ ｌ ｏ ｔ ｕ ；ｓ ｌｄｃ ｔｉ ｇ ｏ ｏｒｃ ｎ ｏ ｒ ｏ ｉ ｕ ｔｎ
Ｚｏ Ｊｎｇ 一 ， Ｊ ｕ ｉ ｉ Ｈｏｎ ｕａ ｇｇ ｎｇ
（ ． ｅ ａ ｍ ｎｏ Ｈｙｒｕｉ Ｅ ｇｎｅｉｇＴ ｉ ｈ ａ ｎｖｒｉ ， ｅ ｉｇ１０８ ， ｈｎ ； １Ｄ ｐｒ ｅｔ ｆ ｄａｌ ｎ ｉｅｒ ， ｓ ｇ ｕ ｉｅｓｙ Ｂ ｉｎ ０ ０４Ｃ ｉａ ｔ ｃ ｎ ｎ Ｕ ｔ ｊ
ｒ ｓ ｅ ｔｖ ｌ Ｔｈ ｏｕ ｈ ｃ ｎ ｒ ｓｉ ｅ ｔ ｓｉ ｃ ｔｏ ｆｓ ｅ ｉ ｃ ｅ ｍ ｐｌ ｓａ ｙ ｃ ｌｂ ｉ ｅ ｓｓ ｔ ｒ ｅ ｐ ｃ ｉ ｅｙ． ｒ ｇ ｏ ｔａ ｔｖ ｅ ｔｆ ａ ｉ ｎ ｏ ｐ ｃ ｆ ｘａ ｉ ｉ ｅ ｎｄ ｔ ｐｉａ ｕｓｎ ｓ ｏｆｗａ ｅ
Ａｂｓｒ ｃ ： Ａｃ ｏ ｄ ｎ ｔ ｔ ｅ ｅ ｔ ｒ ｓ ｆ ｈｕ ｅ Ｄ— ｔａ ｔ ｃ ｒ ｉ ｇ ｏ ｈ ｆ ａ ｕ ｅ ｏ ｇ ３ ＦＥＭ ｍｏｄ ｌ ，ｂ ｓｃ ｅ ｕｉｅ ｎ ｓ ｆ ｅｓ ａ ｉ ｒ ｑ ｒ ｍｅ ｔ ｏ ｖｉｕ ｌｚ ｔｏ ｎｄ ｋ ｙ ａ ｇ ｒｔ ｓ ａ ｉ ａｉ ｎ ａ ｅ ｌ ｏ ｉ ｈｍｓ ａ ｅ ｓ ｍｍ ａ ｉｅ ｒ ｕ ｒｚ ｄ．Ｔｈｅ ｎ，ａ ｓｍｐｌ ｎ ｅｉ ｂ ｅ ａｇｏ ｉｈ ｏｆｆ ｓ ｉ ｅ ａ ｄ ｒ ｌａ ｌ ｌ ｒｔ ｍ ａ ｔ ｒ ｎ ｒｎ ｉ ｅ ａ ｅ ｆ ｒ ｉ ｅ ｅ ｔ ａ ｋｓ ｅ ｄｅ ｉ ｇ ｓ ｐｒ ｐ ｒ ｄ ｏ ｄ ｆ ｒ ｎ ｔｓ ｏｆ ｇ ｉ ，ｕ ｔ ｌｃ ｖｉｕａｉ ａ ｉｎ ｎ ｃ ｌ ｒ ｏ ｔ ｕｒ ｒｄ ｎｉ，ｓｉｅ ｓ ｌ ｔｏ ａ ｄ ｏ ｏ ｃ ｎ ｏ ｚ
很 大压 力 。如 何快 速 、可靠 地求解 这 些模 型 ，是
很 有实 际 意义 的 问题 。 而在这 些 问题 中 ， 于“ 基 所
性 ，难 免 暴露 问题 出现 反应迟 钝 的现象 。在 各种
分 析方 法 中 ，以有 限元方 法算 法最 成熟 ，同时其
见 即所 得 ”的分析 与测 试 需要 ，计 算模 型构 造 与
三 维计 算模 型 结构简 单 ，并 且可 与很 多分析 方法
收 稿 日期 ：２ １ － ７ ０ ００ ０— ２
摘
要 ： 对超 大型三 维有 限元 模型 的特点 ，总结 了其可视 化任 务 的基 本需 求和 关 针
键算法。由此分别为网格 、 单元 、 剖面可视化 ，以及绘制彩 色云图等不同任务，编制 了结构
ຫໍສະໝຸດ Baidu
简单 、 运行可靠的快速显示算法。通过具体工程 实例与典型商业程序的对比验证 ， 初步证 明 了该算法的可行性和优越性 ，有助于简化超大型有 限元程序 的编写过程。
ｂ ｏ ｔａ ｔ ｔ ｅｆａ ｉｉ ｔ ｎ ｕ ｅｉｒｔ ｆｔｅ ａｇ ｒ ｈ ｉ ｉ ｉａｌ ｅ ｎ ｔａｅ ， ｉｈ ｃ ｎ ｙ ｃ ｎｒ ｓ， ｈ ｅ ｓｂｌ ｙ ａ ｄ ｓｐ ｒｏ ｉ ｏ ｌｏｉ ｍ ｓ ｎｔ ｌ ｄ ｍｏ ｓ ｔｄ ｗｈ ｃ ａ ｉ ｙ ｈ ｔ ｉ ｙ ｒ
文 章 编 号 ：２ ９ ．０ Ｘ ｆ０ ２０ —０ ３０ ０ ５３ ２ １ ）４０ １—７ ２
中图分 类号 ：Ｔ ９ ． Ｐ３ １ ２ ７
文 献标识 码 ：Ａ
Ｆａ ｔ ｓ ｌｚ ｔｏ ｌ ｏ ｉｈｍ ｏｒｈｕｇ Ｄ－ ｎ ｔ ｌ ｍ ｅ ｔｍ ｏ ｌ ｓ ｕａ ｉａ ｉ ｎ ａ ｇ ｒｔ ｖｉ ｆ ｅ３ ｆ ｉｅｅ ｅ ｎ ｄｅｓ ｉ
随着 矿 山开采 实 践 的不 断深 入 ，三 维 数值 分
析 以强大 的分 析 能力逐 渐成 为主 流 。由于 实际 工
成 果 的 快速 可 视 化 ，是 一 个 无 法 逾 越 的 重 要环 节 。尽管 基本 的算 法和 思路 已不鲜 见 ，不少 软件 与 程序 包也 已实现相 应功 能 。但 要么程 序过 于庞 大 ，要么 源代 码受 保护 ，编 写简 单高 效 的可视化 模 块始 终存 在 不４ ￣ 战 。原 有算 法或 程序 虽然在 ，ｇ Ｊ
原 理上 依 然 正 确 ，但 由于 先 前 缺 乏相 应 的针 对
程 尺度 的加大 ，三 维计 算模 型 的规模 快速 增长 。 近 年 来 ，单元 数从 十 年前 的数 干增 长 到数万 ，进
而 增加 到 数十 万甚 至超 越一 百万 。即 使不考 虑 本
构 模型 复 杂化 的情 况 ，矿 山岩 土分 析也 因此 面 临
２１ ０ ２年
８月
图 学 学 报
ＪｏＵＲＮ ＡＬ ＯＦ ＧＲＡＰＨＩ ＣＳ
Ａｕｇ ｓ ２０１ ｕｔ ２
第３ ３卷 第 ４期
Ｖ＿ ．３ Ｎｏ． Ｏ ３ １ ４
超 大 型 三维 有 限元模 型 的快 速 可视 化 算法
邹 静 ， 纪 洪广２ 一
（ ．清华大学水利水 电工程系 ，北京 １ ０ ８ ；２ １ ０ ０ ４ ．北 京科技大 学土木与环境 学院 ，北京 １０ ８ ） ０ ０ ３
２ Ｓ ｈ ｏ ｏ Ｃ ｖｌ Ｅ ｖｒｎ ｎ， ｅ ｉｇＵ ｉｅｓｙｏ Ｓ ｉ ｃ ｓ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ， ｅ ｉｇ１ ０ ８ ， ｈｎ ） ． ｃ ｏ ｌ ｆ ｉｉ＆ ｎ ｉ ｍｅ ｔ ｉｎ ｎｖ ｒｉ ｆ ｃ ｎ ｅ ＆ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｂ ｉｎ ０ ０ ３ Ｃ ｉａ ｏ Ｂ ｊ ｔ ｅ ｊ
ｃ ｎ ｒｂ ｅｔ ｉ ｏ ｔｉｕｔ ｏ ｓｍｐｌ ｃ ｔｏ ｆｐ ｅ ａ ａ ｉ ｎ ｆ ｒｈ ｇｅＦＥＭ ｒ ｇ ａ ｉ ａｉ ｎ ｏ ｒ ｐ ｒ ｔｏ ｕ ｉ ｆ ｏ ｐ ｏ ｒ ｍ．
Ｋｅ ｒ ：３ ＦＥＭ ； ｓ ｌｚ ｔｏ ｙ ｗｏ ｄｓ Ｄ— ｖｉｕａｉ ａ ｉｎ；ｃ ｌ ｏ ｔ ｕ ；ｓ ｌｄｃ ｔｉ ｇ ｏ ｏｒｃ ｎ ｏ ｒ ｏ ｉ ｕ ｔｎ
Ｚｏ Ｊｎｇ 一 ， Ｊ ｕ ｉ ｉ Ｈｏｎ ｕａ ｇｇ ｎｇ
（ ． ｅ ａ ｍ ｎｏ Ｈｙｒｕｉ Ｅ ｇｎｅｉｇＴ ｉ ｈ ａ ｎｖｒｉ ， ｅ ｉｇ１０８ ， ｈｎ ； １Ｄ ｐｒ ｅｔ ｆ ｄａｌ ｎ ｉｅｒ ， ｓ ｇ ｕ ｉｅｓｙ Ｂ ｉｎ ０ ０４Ｃ ｉａ ｔ ｃ ｎ ｎ Ｕ ｔ ｊ
ｒ ｓ ｅ ｔｖ ｌ Ｔｈ ｏｕ ｈ ｃ ｎ ｒ ｓｉ ｅ ｔ ｓｉ ｃ ｔｏ ｆｓ ｅ ｉ ｃ ｅ ｍ ｐｌ ｓａ ｙ ｃ ｌｂ ｉ ｅ ｓｓ ｔ ｒ ｅ ｐ ｃ ｉ ｅｙ． ｒ ｇ ｏ ｔａ ｔｖ ｅ ｔｆ ａ ｉ ｎ ｏ ｐ ｃ ｆ ｘａ ｉ ｉ ｅ ｎｄ ｔ ｐｉａ ｕｓｎ ｓ ｏｆｗａ ｅ
Ａｂｓｒ ｃ ： Ａｃ ｏ ｄ ｎ ｔ ｔ ｅ ｅ ｔ ｒ ｓ ｆ ｈｕ ｅ Ｄ— ｔａ ｔ ｃ ｒ ｉ ｇ ｏ ｈ ｆ ａ ｕ ｅ ｏ ｇ ３ ＦＥＭ ｍｏｄ ｌ ，ｂ ｓｃ ｅ ｕｉｅ ｎ ｓ ｆ ｅｓ ａ ｉ ｒ ｑ ｒ ｍｅ ｔ ｏ ｖｉｕ ｌｚ ｔｏ ｎｄ ｋ ｙ ａ ｇ ｒｔ ｓ ａ ｉ ａｉ ｎ ａ ｅ ｌ ｏ ｉ ｈｍｓ ａ ｅ ｓ ｍｍ ａ ｉｅ ｒ ｕ ｒｚ ｄ．Ｔｈｅ ｎ，ａ ｓｍｐｌ ｎ ｅｉ ｂ ｅ ａｇｏ ｉｈ ｏｆｆ ｓ ｉ ｅ ａ ｄ ｒ ｌａ ｌ ｌ ｒｔ ｍ ａ ｔ ｒ ｎ ｒｎ ｉ ｅ ａ ｅ ｆ ｒ ｉ ｅ ｅ ｔ ａ ｋｓ ｅ ｄｅ ｉ ｇ ｓ ｐｒ ｐ ｒ ｄ ｏ ｄ ｆ ｒ ｎ ｔｓ ｏｆ ｇ ｉ ，ｕ ｔ ｌｃ ｖｉｕａｉ ａ ｉｎ ｎ ｃ ｌ ｒ ｏ ｔ ｕｒ ｒｄ ｎｉ，ｓｉｅ ｓ ｌ ｔｏ ａ ｄ ｏ ｏ ｃ ｎ ｏ ｚ
很 大压 力 。如 何快 速 、可靠 地求解 这 些模 型 ，是
很 有实 际 意义 的 问题 。 而在这 些 问题 中 ， 于“ 基 所
性 ，难 免 暴露 问题 出现 反应迟 钝 的现象 。在 各种
分 析方 法 中 ，以有 限元方 法算 法最 成熟 ，同时其
见 即所 得 ”的分析 与测 试 需要 ，计 算模 型构 造 与
三 维计 算模 型 结构简 单 ，并 且可 与很 多分析 方法
收 稿 日期 ：２ １ － ７ ０ ００ ０— ２
摘
要 ： 对超 大型三 维有 限元 模型 的特点 ，总结 了其可视 化任 务 的基 本需 求和 关 针
键算法。由此分别为网格 、 单元 、 剖面可视化 ，以及绘制彩 色云图等不同任务，编制 了结构
ຫໍສະໝຸດ Baidu
简单 、 运行可靠的快速显示算法。通过具体工程 实例与典型商业程序的对比验证 ， 初步证 明 了该算法的可行性和优越性 ，有助于简化超大型有 限元程序 的编写过程。
ｂ ｏ ｔａ ｔ ｔ ｅｆａ ｉｉ ｔ ｎ ｕ ｅｉｒｔ ｆｔｅ ａｇ ｒ ｈ ｉ ｉ ｉａｌ ｅ ｎ ｔａｅ ， ｉｈ ｃ ｎ ｙ ｃ ｎｒ ｓ， ｈ ｅ ｓｂｌ ｙ ａ ｄ ｓｐ ｒｏ ｉ ｏ ｌｏｉ ｍ ｓ ｎｔ ｌ ｄ ｍｏ ｓ ｔｄ ｗｈ ｃ ａ ｉ ｙ ｈ ｔ ｉ ｙ ｒ