三維體數據可視化技術在鑄造工程中的應用研究分析 計算機科學與技術專業(yè)

三維體數據可視化技術在鑄造工程中的應用研究摘要：隨著現今科學技術的快速發(fā)展，可視化技術也得到了快速發(fā)展。可視化技術主要是用于科學計算，其在計算機輔助工程應用的后置處理中得到了十分廣泛的運用。在工程中利用計算機的輔助分析，進行數據處理的可視化技術可對系統(tǒng)的應用效果產生直接的影響，尤其是對三維數據進行模擬，從而對鑄造充型過程中的各個環(huán)節(jié)進行直接以及真實地表現。經過現存的分析發(fā)現，該系統(tǒng)主要利用的網格顯示方法對分析系統(tǒng)進行顯示，但是缺乏對空間單元的不同狀態(tài)進行有效表示以及對系統(tǒng)內部細節(jié)進行詳細地表述。利用曲面進行表示發(fā)現，雖然這時可對切片技術以及剖面技術進行利用，從而對數據場內部發(fā)生的變化規(guī)律進行相應的觀察。但是，由于在其中可以被表示的信息量是十分有限的，且缺乏對其進行整體以及一致性的描述。在三維體數據可視化技術中利用到的體繪制算法可以在其中使用到計算機輔助工程。通過對物體中的三維數據授予其他的顏色以及不透明度的條件，可以對三維數據場內內部的細節(jié)進行有效表示，如利用工程中的分析軟件可以對鑄件內部的縮孔位置進行科學計算，為在設計階段使得產品的制造過程以及質量得以真實表現，在虛擬設計以及鑄造業(yè)技術發(fā)展過程中起到了重要的作用。關鍵詞：三維體數據、可視化技術、鑄造工程、應用研究現今，隨著可視化技術的發(fā)展迅速，可視化技術在鑄造業(yè)中也得到了廣泛的應用?？梢暬饕褪侵笇θ四X中的印象構造過程所進行的一種仿真，從而對用戶的判斷以及理解進行支持。具體地說，它是將科學計算的過程以及計算得到的結果所得到的數據進行圖形或圖像信息的轉換，并對其進行交互式分析?？梢暬募夹g已經成為現今信息時代人類進行信息分析的主要工具[1]。三維可視化技術也是現今計算機科學領域內研究的主要方面，需要對合理的空間算法進行研究，從此實現在三維空間中對現實世界進行真實再現，從而為用戶提供一種方便、直觀以及快捷的顯示手段。上世紀八十年代開始，科學可視化開始得到了發(fā)展。通過在鑄造工程中應用可視化技術，使得鑄造工程中的三維空間可視化研究具有了一定的可能性。相較于其他工程來說，鑄造工程具有其自身的復雜性，因此在工程設計中對施工的過程進行不間斷的變更，這主要依據的就是從現場中獲取的各種必要信息[2]。從現場獲取到的信息具有信息數量較大，種類較豐富等原因，因此需要利用計算機進行快速處理，并對其結果進行相應的分析，對現場進行優(yōu)化設計以及指導施工之后，再對其進行及時反饋?？梢暬夹g在鑄造工程中的實際應用就目前來看，可視化技術在鑄造工程中的應用主要體現在以下幾個方面：首先，建立三維建模系統(tǒng)?？梢暬夹g現今在鑄造工程中已經得到了廣泛利用，并通過對規(guī)則網格或者是Delaney三角網的實際應用，在其中建立相應的三維地表模型。三維地質的實體模型開發(fā)以及相關的研究在現今也取得了一定的進步[3]。其次，三維數值模擬分析。在進行數值分析的時候，三維分析遠遠比二維分析具有更大的意義以及價值，也只有在鑄造工程中進行相應的三維分析，才能使得計算以及分析的方法更加科學合理。在三維有限元分析的前處理以及后處理功能中主要依賴于可視化的技術來進行實現。再次，進行三維可視化研究，在對鑄造工程的穩(wěn)定性分析的過程中，由于鑄造與其他工程具有一定的區(qū)別性，通過三維可視化圖形可對工程的實際情況有個更為詳細的了解，從而對其進行準確的科學分析，并對地質問題作出合理以及科學的結論或決策。綜上所述，從宏觀角度來說，可視化技術的基本方法具有數據場、標量場以及矢量場、張量場以及其他數據的可視化。要想對可視化過程進行實現主要包括數據預處理以及數據構模、圖形生成等等[4]。利用可視化技術可以對鑄造工程進行相關的圖形模擬，從而在其中對傳統(tǒng)復雜抽象的符號進行了極大的減少，以一種更加直觀以及形象的表達方式對鑄造工程的環(huán)境進行表達，從而實現用戶與模擬系統(tǒng)之間的交互操作，可對人們研究空間分析的能力進行極大提高。鑄造工程中的三維可視化研究科學的可視化技術主要就是將科學計算過程中以及得到的計算結果所產生的數據轉化為一定的圖形或者是圖像信息，并對其進行相應的交互式分析。計算機在圖形設備上可以生成一定的真實可感的三維圖形，這時必須對4個基本任務進行完成：首先，利用數學方法建立三維場景中所需要的幾何描述，并將其在計算機中進行輸入。這部分的工作可由三維立體造型或者是曲面造型系統(tǒng)來幫助其完成。場景中的幾何描述也會對圖形的準確以及圖形繪制的計算耗費進行直接影響，從而對有效的數據表示或合理的輸入手段產生一定的影響。其次，將三維幾何轉化為二線透視圖，可以通過對場景中的透視進行變換來完成。再次，對場景中的所有可見畫面進行確定，一般會使用到隱藏面消除算法，從而將視域之外或者被物體所遮擋住的不可見面進行消除[5]。最后，對場景中的可見面顏色進行科學計算。主要是根據光學物理的光照明模型對可見面投射的光亮度大小以及色彩進行相應的調整，并將其轉化為適合圖形設備的相關顏色值，從而對投影畫面上的每一像素顏色進行確定。在利用明暗處理模型對畫面上的每一像素顏色進行確定，從而最終形成圖形。另外，在三維動態(tài)可視化中還需要另外增加一個處理步驟，也就是在生成三維動畫所需要的相關要素。鑄造工程所需要處理的對象性質較為復雜，因此，需要研究使用三維數據的相關結構以及其他有效的建模技術，可以對工程的實際情況進行充分反應，且便于對數據進行相應的管理以及操作，進而實現系統(tǒng)內部的高效顯示以及其他所需的分析基礎[6]。為了從不同角度對鑄造工程網絡更好地進行研究分析，就可以對三維網絡圖來進行充分利用，還可以通過這一技術生成一系列的切面圖。在工程中的三維模擬技術工程應用中一般涉及到以下幾個方面：一是結構面連通性分析，需要對工程的實際情況以及工程的穩(wěn)定性進行相應的分析，對其中可能存在的安全隱患進行詳細分析。二是對工程的RQD值進行相應的估算。實現方式現今，隨著計算機硬件技術、科學計算的可視化技術以及三維真實感圖形學等科學技術的不斷發(fā)展，空間數據的相關圖形表達也可以從二維靜態(tài)的圖形顯示發(fā)展到動態(tài)的三維可視化以及相關虛擬顯示技術的動態(tài)顯示。三維工具在現今社會也出現較多，其中利用較為廣泛的三維圖形語言主要有java3D、VRML以及OpenGL等等[7]。利用這些工具可以實現對三維模型的再次建造，從而對三維圖形的交互操作進行實現。這種實現方式的基本圖形操作技術一般來說主要有：物體的繪制技術、著色技術以及混合技術、反走樣技術、光照模型技術以及霧化技術、動畫技術等等。其中具有一定代表性的技術就是專業(yè)的圖形處理，科學計算等等進行高端應用的相關領域標準圖形庫。利用OpenGL可以對三維可視化進行實現，從而對透視、肖隱以及光照等問題進行實際解決[8]。開發(fā)者還需要對實體內的可視化建模進行相應的解決，其中包括對控制點坐標的轉換以及三角格網的建立、計算法向量等等。在進行三維顯示的時候，也可對OpenGL原理進行利用，場景中的數據首先被轉換為點線面等圖形元形式進行加工，并注意逐個頂點完成之后，需要進行一定的光柵化，對其表面紋理進行張貼之后，生成二維片段。再將每個片段進行相應的處理之后就可以得到像素，將像素中的參數存入到相應的緩沖區(qū)。在處理的過程中，需要對片段是否被遮擋進行判斷，只有在視角內的像素才能在緩沖區(qū)中寫進。最后可以讓緩沖區(qū)的相關像素在窗口進行顯示，再利用OpenGL對三維可視化實體進行實現。因此，利用該項原理可以對三維建模以及其他的三維圖形進行顯示，是現在的三維技術中應用最為廣泛，也是首選的一項技術[9-11]。結語：鑄造工程屬于一種復雜的系統(tǒng)，在鑄造工程中實現可視化需要應用到大量的高新技術以及其他很廣泛的專業(yè)知識，甚至對多個學科以及領域內的知識技術都進行了運用。由于在三維可視化技術中對數據處理具有很大程度的高效性以及直觀形象性，因此，在鑄造工程中運用這種技術具有十分突出的意義。隨著對鑄造工程領域內的相關內容研究不斷加深，可視化技術在這個領域中也將會得到更加廣泛的應用。參考文獻：[1]郝源,賴南.淺談三維可視化技術在公路工程設計中的應用[J].內蒙古科技與經濟,2013,02:117-118.[2]鄭迪,嚴勇,楊光.移動三維可視化技術在水電工程施工中的應用[J].人民長江,2013,05:15-17+26.[3]吳宏,董金義,李瑞冬,張華偉,尚海龍,曾建軍.三維可視化技術在舟曲縣城區(qū)災后重建泥石流防治工程中的應用[J].冰川凍土,2013,02:383-388.[4]吳沖龍,何珍文,翁正平,劉軍旗.地質數據三維可視化的屬性、分類和關鍵技術[J].地質通報,2011,05:642-649.[5]葉思源,吳樹仁,歐陽永龍.地質三維可視化建模與其剖面自動制圖應用研究[J].地質與勘探,2011,03:498-504.[6]袁立偉,楊樹文,楊維芳,劉濤.基于ENVI+IDL的遙感三維地形可視化技術研究與實現[J].蘭州交通大學學報,2011,03:116-119.[7]楊建元,夏松林,張云青,李壯,王康.三維可視化技術在海上平臺工程建設項目管理中的應用[J].項目管理技術,2016,07:87-91.[8]孟永東,蔡征龍,徐衛(wèi)亞,田斌,周建軍.邊坡工程中監(jiān)測數據場三維云圖實時動態(tài)可視化方法[J].巖石力學與工程學報,2012,S2:3482-3490.