数值模拟结果的三维重建方法、装置、设备及存储介质与流程

1.本技术涉及数值模拟仿真技术领域，具体涉及一种数值模拟结果的三维重建方法、三维重建装置、电子设备及计算机可读存储介质。


背景技术：

2.数值模拟仿真技术广泛应用于各学科领域，通过几何建模、网格离散和数值计算以及后处理实现。随着科学问题的复杂度增加，所需要涉及的数值模拟仿真软件越来越多，而不同数值模拟仿真软件之间的数据格式往往不兼容，难以进行转换。现有的数值模拟结果三维重建技术可以很好地充当各个数值模拟平台之间地“桥梁”，将多个数值模拟平台很好地串联起来，实现跨平台连续数值模拟。但是在大多数数值模拟仿真平台的后处理模块中，对模型进行均匀连续剖切并输出动画文件，由动画文件中提取的序列剖切图像既包含当前截面形貌同时也包含当前截面后面部分形貌，影响了数值模拟结果三维重建的准确性，阻碍了跨平台连续数值模拟。


技术实现要素：

3.本技术的目的是提供一种数值模拟结果的三维重建方法、三维重建装置、电子设备及计算机可读存储介质。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键／重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
4.根据本技术实施例的一个方面，提供一种数值模拟结果的三维重建方法，包括：对模拟仿真模型进行剖切，得到动画文件；从所述动画文件中提取各序列剖切图像；利用各所述序列剖切图像对所述模拟仿真模型的数值模拟结果进行初步三维重建；对初步三维重建结果依次进行坐标转换和布尔运算，得到所述数值模拟结果的最终三维重建结果。
5.在本技术的一些实施例中，所述利用各所述序列剖切图像对所述模拟仿真模型的数值模拟结果进行初步三维重建，包括：建立三通道颜色值和所述数值模拟结果之间的映射关系；根据所述映射关系，确定各所述序列剖切图像上的各像素点的空间位置和尺寸，得到所述数值模拟结果的初步三维重建结果。
6.在本技术的一些实施例中，所述根据所述映射关系，确定各所述序列剖切图像上的各像素点的空间位置和尺寸，得到所述数值模拟结果的初步三维重建结果，包括：将各所述序列剖切图像上各像素点的三通道颜色值与色标条三通道颜色值进行对比，根据对比结果和所述映射关系得到各像素点对应的模拟结果值；
用所述像素点在宽度、高度上的位置编号和剖切序号作为所述像素点的空间位置，以所述像素的宽度、高度和剖切间距作为所述像素点的尺寸，得到所述数值模拟结果的初步三维重建结果。
7.在本技术的一些实施例中，所述对初步三维重建结果依次进行坐标转换和布尔运算，得到所述数值模拟结果的最终三维重建结果，包括：通过坐标转换将所述初步三维重建结果统一到同一坐标系下；对所述同一坐标系下的三维重建结果执行布尔求交运算，得到所述最终三维重建结果。
8.在本技术的一些实施例中，在所述利用各所述序列剖切图像对所述模拟仿真模型的数值模拟结果进行初步三维重建之前，所述方法还包括：对各所述序列剖切图像进行预处理，得到预处理后的各序列剖切图像，所述预处理包括：去除所述序列剖切图像的干扰，和/或提高所述序列剖切图像的清晰度。
9.在本技术的一些实施例中，所述对模拟仿真模型进行剖切，包括：将所述模拟仿真模型分别沿着预设三维坐标系的三个轴的正方向和负方向进行剖切。
10.在本技术的一些实施例中，所述对模拟仿真模型进行剖切的剖切间隔小于所述模拟仿真模型在剖切方向上的最小尺寸的一半。
11.根据本技术实施例的另一个方面，提供一种数值模拟结果的三维重建装置，包括：剖切模块，用于对模拟仿真模型进行剖切，得到动画文件；提取模块，用于从所述动画文件中提取各序列剖切图像；初步重建模块，用于利用各所述序列剖切图像对所述模拟仿真模型的数值模拟结果进行初步三维重建；转换运算模块，用于对初步三维重建结果依次进行坐标转换和布尔运算，得到所述数值模拟结果的最终三维重建结果。
12.根据本技术实施例的另一个方面，提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现上述任一项所述的数值模拟结果的三维重建方法。
13.根据本技术实施例的另一个方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行，以实现上述任一项所述的数值模拟结果的三维重建方法。
14.本技术实施例的其中一个方面提供的技术方案可以包括以下有益效果：本技术实施例提供的数值模拟结果的三维重建方法，通过多方位剖切得到的数值模拟结果三维重建结果之间的布尔运算，解决了剖切图像存在非截面部分干扰影响三维重建结果准确性的问题，实现了模拟结果图像显示到三维离散模型及其模拟结果的跨越，实现了图像和模拟仿真的融合，提高了数值模拟结果三维重建的准确性。
15.本技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者，部分特征和优点可以从说明书中推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本技术实施例了解。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术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作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1示出了本技术的一个实施例的数值模拟结果的三维重建方法流程图；图2示出了一个工件三维模型的外观立体图；图3（a）至图3（f）分别示出了一个示例中的初步三维重建结果的模型m1、模型m2、模型m3、模型m4、模型m5和模型m6的示意图；图4（a）至图4（c）分别示出了一个示例中的模型mx、模型my和模型mz的示意图；图5（a）和图5（b）分别示出了一个示例中的模型mxy和模型mxyz的示意图；图6示出了本技术的一个实施例的数值模拟结果的三维重建装置结构框图；图7示出了本技术的一个实施例的电子设备的结构框图；图8示出了本技术的一个实施例的计算机可读存储介质的示意图。
18.本技术的目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
19.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本技术做进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
20.本领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
21.如图1所示，本技术的一个实施例提供了一种数值模拟结果的三维重建方法，在一些实施方式中，该方法包括步骤s10至步骤s40：s10、对模拟仿真模型进行剖切，得到动画文件。
22.在某些实施方式中，步骤s10可以包括：将所述模拟仿真模型分别沿着预设三维坐标系的三个轴的正方向和负方向进行剖切。对模拟仿真模型进行剖切的剖切间隔小于所述模拟仿真模型在剖切方向上的最小尺寸的一半。
23.模拟仿真模型例如可以是工件三维模型，例如图2所示的工件三维模型，是一个三个杆垂直相交的模拟仿真模型，其三个方向的杆尺寸不同，沿x轴、y轴和z轴的三个方向尺寸依次增大。将工件三维模型下的数值模拟结果分别沿预设三维坐标系的x轴、y轴、z轴的正方向及其反方向进行均匀连续密集剖切并输出为动画文件。预设三维坐标系中，可以将水平方向定义为y轴方向，自左向右为正方向；可以将竖直方向定义为x轴方向，自上而下为正方向；将垂直于序列剖切图像的方向定义为z轴方向，自里向外为正方向。
24.在沿x轴、y轴、z轴的正方向及其反方向连续等距密集剖切模型及其结果分布时，
显示色标条，色标条位置不与工件重叠，色标条的颜色是连续的，或者色标条的分段数量不少于10个。色标条对应的物理量数值是呈线性分布的，包括最大值和最小值。
25.在沿x轴、y轴、z轴的正方向及其反方向连续等间距密集剖切模型及其结果分布时，均匀连续密集地进行剖切，剖切的步进长度应小于模型在该方向的最小尺寸特征的一半，此最小尺寸特征包括工件的最小壁厚和工件中的孔、槽等结构的尺寸。剖切范围应完全涵盖模拟仿真模型，即第一片在模拟仿真模型之前，最后一片在模拟仿真模型之后。
26.序列剖切方向不限于x轴、y轴和z轴的正反方向，还可以是任意三个互相垂直的方向。剖切图像的x轴、y轴和z轴定义可以与模拟仿真模型的x轴、y轴和z轴的方向一致，转换时不需要进行旋转匹配。剖切间距可以和像素分辨率一致，这样在进行模型匹配时就不需要进行尺度的缩放匹配。
27.根据模拟仿真模型在x轴、y轴和z轴三个轴方向的尺寸，可以计算在xy平面内单个像素所代表的尺寸，以及在z轴方向的剖切间距。以lx、ly和lz表示模拟仿真模型在x轴、y轴和z轴三个轴方向的尺寸，dx、dy和dz表示单个像素所代表的尺寸以及剖切间距，其对应关系为dx=lx/h、dy=ly/w和dz=lz/n。
28.s20、从动画文件中提取各序列剖切图像。
29.s30、利用各序列剖切图像对模拟仿真模型的数值模拟结果进行初步三维重建。
30.在某些实施方式中，步骤s30可以包括步骤s301至步骤s302：s301、建立三通道颜色值和所述数值模拟结果之间的映射关系。
31.具体地，通过色标条建立三通道颜色值和模拟结果数值之间的映射关系。
32.s302、根据所述映射关系，确定各所述序列剖切图像上的各像素点的空间位置和尺寸，得到所述数值模拟结果的初步三维重建结果。
33.具体地，步骤s302可以包括步骤s3021和步骤s3022：s3021、将各所述序列剖切图像上各像素点的三通道颜色值与色标条三通道颜色值进行对比，根据对比结果和所述映射关系得到各像素点对应的模拟结果值。
34.根据色标条的三通道颜色值和数值模拟结果之间的映射关系，获得序列剖切图像上的各像素点三通道颜色值与模拟结果值之间的对应关系。
35.s3022、用所述像素点在宽度、高度上的位置编号和剖切序号作为所述像素点的空间位置，以所述像素的宽度、高度和剖切间距作为所述像素点的尺寸，得到所述数值模拟结果的初步三维重建结果。
36.依据序列剖切图像上各像素点对应的模拟结果值，将像素点作为单元，各像素点用像素在宽度、高度上的位置编号和剖切序号作为其对应单元的空间位置，像素的宽度、高度和剖切间距为单元的尺寸，实现数值模拟结果的初步三维重建。
37.s40、对初步三维重建结果依次进行坐标转换和布尔运算，得到数值模拟结果的最终三维重建结果。
38.在某些实施方式中，步骤s40可以包括：s401、通过坐标转换将所述初步三维重建结果统一到同一坐标系下；s402、对所述同一坐标系下的三维重建结果执行布尔求交运算，得到所述最终三维重建结果。
39.图3为y轴的正反两个方向得到的初步三维重建结果进行布尔求交运算过程示意
的反方向，k3对应k6的反方向，坐标之间的对应关系为i6=i3、j6=(1
‑ꢀ
j3/w3)*w6、k6=(1
‑ꢀ
k3/n3)*n6。图4(a)表示模型mx、图4(b)表示模型my、图4(c)表示模型mz。
44.将模型mx与my通过坐标变换并进行布尔运算得到模型mxy, 其中i1对应j2，j1对应k2的反方向，k1对应i2的反方向，坐标之间的对应关系为i
2 =(1-k1/n1)*h2、j2=i1/h1*w2、k2=(1-j1/w1)*n2；将模型mxy与mz通过坐标变换并进行布尔运算得到模型mxyz, 其中i1对应j2，j1对应k2的反方向，k1对应i2的反方向，坐标之间的对应关系为i
2 =(1-k1/n1)*h2、j2=i1/h1*w2、k2=(1-j1/w1)*n2；其中i1对应k3的反方向，j1对应j3的反方向，k1对应i3的反方向，坐标之间的对应关系为i3=(1-k1/n1)*h3、j3=(1-j1/w1)*w3、k3=(1-i1/h1)*n3。图5 (a)表示模型mxy的示意图、图5 (b)表示模型mxyz的示意图。由图5 (a)和图5 (b)对比可知，mxy和mxyz相同，mxy即为准确的最终三维重建结果。
45.由序列剖切图像得到的数值模拟结果的最终三维重建结果可以保存为(i,j,k)-value格式，其中i,j,k分别为x轴、y轴和z轴方向对应的像素编号，(i,j,k)表示该单元的位置坐标；value代表从该像素点三通道颜色值映射的仿真模拟结果值。(i,j,k)编号范围为从(1,1,1)到(h,w,n)，其中h为图像高度方向的像素数，w为图像宽度方向的像素数，n为剖切的数量。x轴、y轴和z轴的正方向分别记为(h1,w1,n1)、(h2,w2,n2)和(h3,w3,n3)，其对应的反方向分别记为(h4,w4,n4)、(h5,w5,n5)和(h6,w6,n6)。
46.本技术实施例的数值模拟结果的三维重建方法，通过多方位剖切得到的数值模拟结果三维重建结果之间的布尔运算，解决了基于模型连续剖切数值模拟结果三维重建技术中剖切图像存在非截面部分干扰对三维重建结果准确性的影响，提高了数值模拟结果三维重建的准确性，实现了模拟结果图像显示到三维离散模型及其模拟结果的跨越，实现了图像和模拟仿真的融合，便于实现进一步的模拟仿真，可继续深入分析和后处理，可实现多个数值模拟仿真平台之间的互通与集成。
47.本技术的另一个实施例提供了一种数值模拟结果的三维重建装置，包括：剖切模块，用于对模拟仿真模型进行剖切，得到动画文件；提取模块，用于从所述动画文件中提取各序列剖切图像；初步重建模块，用于利用各所述序列剖切图像对所述模拟仿真模型的数值模拟结果进行初步三维重建；转换运算模块，用于对初步三维重建结果依次进行坐标转换和布尔运算，得到所述数值模拟结果的最终三维重建结果。
48.在某些实施方式中，初步重建模块包括：映射关系建立单元，用于建立三通道颜色值和所述数值模拟结果之间的映射关系；确定单元，用于根据所述映射关系，确定各所述序列剖切图像上的各像素点的空间位置和尺寸，得到所述数值模拟结果的初步三维重建结果。
49.在某些实施方式中，确定单元包括：第一子单元，用于将各所述序列剖切图像上各像素点的三通道颜色值与色标条三通道颜色值进行对比，根据对比结果和所述映射关系得到各像素点对应的模拟结果值；第二子单元，用于用所述像素点在宽度、高度上的位置编号和剖切序号作为所述像素点的空间位置，以所述像素的宽度、高度和剖切间距作为所述像素点的尺寸，得到所述
数值模拟结果的初步三维重建结果。
50.在某些实施方式中，转换运算模块包括：坐标转换单元，用于通过坐标转换将所述初步三维重建结果统一到同一坐标系下；布尔求交运算单元，用于对所述同一坐标系下的三维重建结果执行布尔求交运算，得到所述最终三维重建结果。
51.在某些实施方式中，本实施例的装置还包括预处理模块，预处理模块用于在所述利用各所述序列剖切图像对所述模拟仿真模型的数值模拟结果进行初步三维重建之前，对各所述序列剖切图像进行预处理，得到预处理后的各序列剖切图像，所述预处理包括：去除所述序列剖切图像的干扰，和/或提高所述序列剖切图像的清晰度。
52.在某些实施方式中，所述对模拟仿真模型进行剖切，包括：将所述模拟仿真模型分别沿着预设三维坐标系的三个轴的正方向和负方向进行剖切。
53.本技术的另一个实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现上述任一实施方式所述的数值模拟结果的三维重建方法。
54.如图7所示，所述电子设备10可以包括：处理器100，存储器101，总线102和通信接口103，所述处理器100、通信接口103和存储器101通过总线102连接；所述存储器101中存储有可在所述处理器100上运行的计算机程序，所述处理器100运行所述计算机程序时执行本技术前述任一实施方式所提供的方法。
55.其中，存储器101可能包含高速随机存取存储器（ram：random access memory），也可能还可以包括非不稳定的存储器（non-volatile memory），例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口103（可以是有线或者无线）实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网、广域网、本地网、城域网等。
56.总线102可以是isa总线、pci总线或eisa总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。其中，存储器101用于存储程序，所述处理器100在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本技术实施例任一实施方式揭示的所述方法可以应用于处理器100中，或者由处理器100实现。
57.处理器100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100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100可以是通用处理器，可以包括中央处理器(central processing unit，简称cpu)、网络处理器(network processor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现成可编程门阵列(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技术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。结合本技术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101，处理器100读取存储器101中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
58.本技术实施例提供的电子设备与本技术实施例提供的方法出于相同的发明构思，具有与其采用、运行或实现的方法相同的有益效果。
59.本技术的另一个实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行，以实现上述任一实施方式所述的数值模拟结果的三维重建方法。
60.参考图8所示，其示出的计算机可读存储介质为光盘20，其上存储有计算机程序（即程序产品），所述计算机程序在被处理器运行时，会执行前述任意实施方式所提供的方法。
61.需要说明的是，所述计算机可读存储介质的例子还可以包括，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)、电可擦除可编程只读存储器 (eeprom)、快闪记忆体或其他光学、磁性存储介质，在此不再一一赘述。
62.本技术的上述实施例提供的计算机可读存储介质与本技术实施例提供的方法出于相同的发明构思，具有与其存储的应用程序所采用、运行或实现的方法相同的有益效果。
63.需要说明的是：术语“模块”并非意图受限于特定物理形式。取决于具体应用，模块可以实现为硬件、固件、软件和/或其组合。此外，不同的模块可以共享公共组件或甚至由相同组件实现。不同模块之间可以存在或不存在清楚的界限。
64.在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟装置或者其它设备固有相关。各种通用装置也可以与基于在此的示例一起使用。根据上面的描述，构造这类装置所要求的结构是显而易见的。此外，本技术也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本技术的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本技术的最佳实施方式。
65.应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
66.以上所述实施例仅表达了本技术的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术的保护范围应以所附权利要求为准。