摘 要 在油田領(lǐng)域中，井口計(jì)量分離器內(nèi)部的工藝流程由于罐體本身為一個(gè)相對(duì)密閉的容器，因此在培訓(xùn)講解中無(wú)法進(jìn)行剖析演示，針對(duì)分離器設(shè)備工藝流程利用RealFlow流體模擬系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真，對(duì)其實(shí)用性進(jìn)行了初步的嘗試，同時(shí)結(jié)合分離器的流程模擬制作的過(guò)程，介紹了RealFlow的特點(diǎn)、功能。文章通過(guò)對(duì)比測(cè)試，較好的解決了粒子碰撞計(jì)算與逼真度平衡的問(wèn)題，同時(shí)對(duì)流體mash模型及相關(guān)技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了分析，為模擬仿真系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的流體運(yùn)動(dòng)的模擬提供了一種較好的解決方法。

關(guān)鍵詞 RealFlow；工藝流程；流體模擬

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）14-0069-01

在對(duì)密閉設(shè)備的工藝流程培訓(xùn)過(guò)程中，如果利用圖片、文字說(shuō)明等傳統(tǒng)的演示方法對(duì)其描述，具有很多的局限性，培訓(xùn)效果也很難滿足要求。如果利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)進(jìn)行模擬仿真設(shè)備實(shí)體，再利用流體模擬仿真技術(shù)，可真實(shí)模擬出設(shè)備內(nèi)部流體的流動(dòng)過(guò)程。

1 流體模擬工具RealFlow

RealFlow是3ds max、Maya、LightWave、Softimage|XSI等3D工作平臺(tái)的重要的通用外圍軟件。RealFlow是目前唯一能夠處理粒子對(duì)物體的作用的一整套力學(xué)模擬系統(tǒng)。RealFlow也可以作為單純的粒子系統(tǒng)使用，來(lái)處理數(shù)量龐大的粒子。在相同硬件條件下，RealFlow能處理的粒子數(shù)是3DS Max或Maya等3D平臺(tái)所能處理的粒子數(shù)的幾十倍。

2 RealFlow的主要特色[1]

1）非常直觀的圖形化友好界面，完全支持OpenGL。

2）氣體、液體、粘性的和彈性的物質(zhì)能夠很容易地仿真。

3）擁有多種不同類型的粒子發(fā)射器。

4）多種液體間的互動(dòng)。

5）采用優(yōu)化平滑內(nèi)核的內(nèi)建多線程的網(wǎng)格生成機(jī)制。

6）完全支持各種大型三維動(dòng)畫軟件平臺(tái)。

7）在同一網(wǎng)格中不同流體之間常用材質(zhì)的混合。

3 RealFlow的制作流程

RealFlow的制作思路是通過(guò)粒子模擬流體、氣體的流動(dòng)與碰撞，運(yùn)算出正確的運(yùn)動(dòng)軌跡，再在質(zhì)點(diǎn)與質(zhì)點(diǎn)之間產(chǎn)生平滑的多邊形網(wǎng)格。保存序列文件后，再導(dǎo)入到其他3D軟件中渲染。以3Ds max為例，講述它的制作流程。

1）在3Ds max中制作場(chǎng)景，可以保存兩種RealFlow接受的格式，不動(dòng)的模型可以保存為obj格式，動(dòng)畫的模型可以保存為SD格式，視需要而定。

2）在RealFlow中進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出，包括三種文件類型：

屏幕圖像—可以保存為逐幀圖片，只有預(yù)視效果的作用，沒(méi)有實(shí)際作用；Mesh網(wǎng)格—將液體模型輸出成逐幀Bin文件，這種動(dòng)態(tài)模型可以在三維軟件中打開(kāi)；粒子—將點(diǎn)狀粒子輸出成逐幀Bin文件，它可以在三維軟件中打開(kāi)，具有粒子系統(tǒng)的功能。

3）在3Ds max中導(dǎo)入需要的數(shù)據(jù)，包括液體模型（Bin文件）和粒子系統(tǒng)（Bin文件）兩種類型，與整個(gè)場(chǎng)景進(jìn)行整合渲染，液體模型可以使用各種材質(zhì)類型。

4 利用RealFlow模擬分離器內(nèi)部液體流動(dòng)的過(guò)程

4.1 分離器三維模型的制作

利用3Ds max軟件制作出分離器內(nèi)部節(jié)構(gòu)模型，由于RealFlow只能識(shí)別三角形的網(wǎng)格物體，將其簡(jiǎn)化的模型轉(zhuǎn)換為可編輯面片，變?yōu)槿蔷W(wǎng)格物體，最終導(dǎo)出為obj格式文件。

4.2 分離器設(shè)備流程中液體流動(dòng)的模擬

4.2.1 分離器內(nèi)部流程過(guò)程

要達(dá)到真實(shí)模擬效果，必須先了解流體流動(dòng)過(guò)程。液體流動(dòng)的過(guò)程是：液體先從分離器一端的進(jìn)口處由底部向上噴出待液體達(dá)到一定高度后，由于豎管將液體導(dǎo)入計(jì)量罐內(nèi)，這時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行量油，直到量油結(jié)束，將罐體內(nèi)的液體導(dǎo)出。

4.2.2 模型的導(dǎo)入

由于3Ds max的單位與realflow的單位比例為100：1，導(dǎo)入后將模型的比例縮小為0.01。這樣設(shè)置在能實(shí)現(xiàn)相同效果的同時(shí)，也可以減少粒子的發(fā)射數(shù)量，解算的時(shí)間變短。

4.2.3 粒子、重力加速器

RealFlow中的粒子類型有很多種，根據(jù)我們要求，選用圓面粒子發(fā)射器。為了模擬真實(shí)的效果，將粒子發(fā)射器進(jìn)行角度傾斜，讓粒子先碰撞到管壁，再沿管壁在重力的作用下流動(dòng)。通過(guò)對(duì)粒子的精度、密度、內(nèi)外壓力、粘滯性、速度、粒子發(fā)射時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。

4.2.4 mesh網(wǎng)格模型的生成

在調(diào)整粒子達(dá)到最終效果后，給粒子披上一層外衣-網(wǎng)格模型，對(duì)粒子進(jìn)行包裹。網(wǎng)格模型作為最后導(dǎo)入到3Ds max中的網(wǎng)格物體。過(guò)濾器是設(shè)置網(wǎng)格外觀比較重要的一項(xiàng)設(shè)置，也用于解決網(wǎng)面與其他物體的適配問(wèn)題，尤其是網(wǎng)面與填充物體的適配[2]。

4.3 RealFlow中粒子運(yùn)動(dòng)的屬性設(shè)置

4.3.1 流體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中粒子運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)

由于計(jì)量間分離器中始終有一部分液體，模仿這部分液體是通過(guò)粒子器預(yù)先注入粒子，待粒子穩(wěn)定后再?gòu)娜肟谔幾⑷胄碌牧Ｗ印＿@部分粒子對(duì)于系統(tǒng)的運(yùn)算速度產(chǎn)生很大的影響，粒子過(guò)多會(huì)造成運(yùn)算緩慢，粒子過(guò)少會(huì)造成重新注入粒子后，由于粒子之間的密度變化及內(nèi)壓差的突然變化產(chǎn)生過(guò)大的波瀾，對(duì)模擬的真實(shí)度產(chǎn)生影響。

4.3.2 模擬液體表面，mesh網(wǎng)格的設(shè)置

在模擬罐體與液體相接觸的面與液體表面之間的角度盡可能與真實(shí)的場(chǎng)景相似，就需要對(duì)mesh網(wǎng)格進(jìn)行調(diào)整[3]。Mesh中屬性面板中的Polygon size（多邊形尺寸）只是設(shè)置組成網(wǎng)格面中的多邊形密度的大小，對(duì)于初形成網(wǎng)面的臃腫的調(diào)節(jié)

無(wú)效。

4.3.3 場(chǎng)景優(yōu)化，改善粒子的運(yùn)算速度

創(chuàng)建RealFlow場(chǎng)景時(shí)，默認(rèn)系統(tǒng)縮放比例值為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單位，導(dǎo)入的模型往往很大，通過(guò)改變系統(tǒng)默認(rèn)值以適應(yīng)粒子發(fā)射器的大小來(lái)減少粒子的計(jì)算時(shí)間，加快粒子的計(jì)算過(guò)程。

5 結(jié)束語(yǔ)

利用RealFlow進(jìn)行流體模擬，實(shí)現(xiàn)了分離器工藝流程的模擬過(guò)程，提高了系統(tǒng)開(kāi)效率，較好的解決了粒子碰撞計(jì)算與逼真度平衡的問(wèn)題，同時(shí)對(duì)流體mash模型及相關(guān)技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了分析。為模擬仿真系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的流體運(yùn)動(dòng)的模擬提供了一種較好的解決方法。

參考文獻(xiàn)

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[2]張慶中.Maya總動(dòng)員RealFlow影視特效秘籍[M].北京：希望電子出版社，2007：103-104.

[3]雷桐.REALFLOW流體制作經(jīng)典實(shí)例解析[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008：272-273.

作者簡(jiǎn)介

叢立明（1976-），男，工程師，研究方向：計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)。endprint