[发明专利]一种基于数据并行处理的虚拟现实的3D仿真方法及系统

权利要求书

1.一种基于数据并行处理的虚拟现实的3D仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.构建对象的三维模型，设定初始边界条件；

S2.将步骤S1生成的三维模型进行区域分解，分解得到的子模型数目与并行计算服务器中的总进程数相同，并将初始边界条件和各子模型中的元素信息分别输入到各进程；

S3.以初始边界条件为计算条件，当计算过程中初始的边界条件发生改变则重新启动边界设置程序，重新对该子模型进行计算，直到边界稳定或计算子结果为常数；

S4.对产生的计算子结果进行合并，产生三维模型整体的计算结果；

S5.根据步骤S4获取的计算结果生成3D文件，并导入虚拟现实场景中，通过设定相机角度、行进路径，设置渲染效果来实现虚拟现实操作，通过3D显示器播放展示。

2.根据权利要求1所述的基于数据并行处理的虚拟现实的3D仿真方法，其特征在于，所述步骤S1中采用CAD工具或者三维扫描仪构建对象的三维模型。

3.根据权利要求2所述的基于数据并行处理的虚拟现实的3D仿真方法，其特征在于，所述步骤S1中具体构建模型的方法为：

采用Solidworks或AutoCAD建3D模型，并存储为STL格式；

利用3D模型编辑方法，对STL文件建立面，然后导出；

利用3D模型转换方法，将STL文件转化为IGES格式，并设置实体输出为IGES MSBO用于后续过程读取；

或

采用利用ADV_CAD建立3D模型，则利用ADV_Tetmesh生成IGES格式的3D文件，并设置实体输出为IGES MSBO用于后续过程读取。

4.根据权利要求3所述的基于数据并行处理的虚拟现实的3D仿真方法，其特征在于，所述步骤S2中进行区域分解的具体实现方式为：

并行计算服务器中的主进程读取IGES格式三维模型；

对IGES格式三维模型进行非重叠、非结构的区域网格划分，得到N个子模型，N为并行计算服务器中的总进程数；

将当前进程负责的区域内的元素信息，以及初始边界条件信息一并写入当前进程的输入文件中。

5.根据权利要求4所述的基于数据并行处理的虚拟现实的3D仿真方法，其特征在于，所述步骤S3的计算具体实现方式为：

S31.读入当前进程中对应的输入文件；

S32.利用并行特征曲线算法对控制方程（描述物理现象的方程：如流体的Navier-Stokes方程、对流扩散方程、磁流体的麦克斯韦方程等）中的非线性项进行线性化处理，得到正定、对称的局部线性系统；

Σi=1NR(i)K(i)R(i)Tu(i)=Σi=1NR(i)f(i)---(1)]]>

其中

K⁽ⁱ⁾为局部刚度矩阵，

u⁽ⁱ⁾为局部未知变量，

f⁽ⁱ⁾为已知的局部外力向量，

R⁽ⁱ⁾为局部元素标编号和整体元素编号之间映射的0-1矩阵；

S33.对上一步骤中的局部未知变量u⁽ⁱ⁾区分表面自由度和内部自由度并整理，得到；

Σi=1NKII(i)KIB(i)KBI(i)KBB(i)uI(i)uB(i)=Σi=1NfI(i)fB(i)---(2)]]>

其中

为当前小区域内部自由度，

当前小区域表面和其他区域接界部分自由度；

为当前小区域内部自由度对应的外力矢量；

为当前小区域表面自由度对应的外力矢量；

为矩阵进行初等行列变换后对应的分块矩阵；

S34.运用平衡预条件迭代算法对表面自由度方程（3）进行求解，得到

(KBB-KBIKII-1KIB)uB=fB-KBIKII-1fI---(3)]]>

S35.将代入到式（2）中的线性系统，采用直接法反解得到

S36.将计算结果u⁽ⁱ⁾输出到当前进程负责的输出文件中；

S37.如果边界条件发生改变重新启动边界设置程序，再进行计算，直到边界稳定或者计算子结果定常为止；每完成一定时间步的计算，进行一次输出文件的读写操作。