賈鑫磊

中國(guó)航發(fā)南方工業(yè)有限公司 湖南株洲 412002

1 試車數(shù)據(jù)與發(fā)動(dòng)機(jī)3D數(shù)字化模型融合的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可視化方案

對(duì)于測(cè)試數(shù)據(jù)和三維數(shù)字模型而言，其具體的可視化方案為：在仿真場(chǎng)景模塊按照接收數(shù)據(jù)管理中心的真實(shí)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)能夠按照數(shù)據(jù)的差異進(jìn)行預(yù)處理，顯示模塊由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，運(yùn)用OSG三維場(chǎng)景進(jìn)行演示。如，通過運(yùn)用速度驅(qū)動(dòng)三維模型進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并隨著數(shù)據(jù)值的增加逐漸加速，直到達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，并以恒定的速度移動(dòng)。加上參數(shù)的變化，三維模型將生成云圖和噴火效果等。除此之外，操作者也能夠按照實(shí)際要求對(duì)模型進(jìn)行運(yùn)作，進(jìn)一步確保測(cè)試數(shù)據(jù)與發(fā)動(dòng)機(jī)模型的有機(jī)整合[1]。

為確保其能夠順利運(yùn)行，根據(jù)多次試驗(yàn)表明，可以運(yùn)用二叉空間分割、多分辨率表達(dá)式、等方法來減少數(shù)據(jù)的處理量，進(jìn)而使處理速度不斷加快。針對(duì)標(biāo)量場(chǎng)的可視化，一般運(yùn)用動(dòng)態(tài)生成云圖和曲線的方法。矢量場(chǎng)的可視化使用插值算法以及粒子動(dòng)態(tài)控制來完成相應(yīng)的操作，然而張量場(chǎng)使用的是一些動(dòng)態(tài)方法。

2 試車數(shù)據(jù)可視化關(guān)鍵技術(shù)分析

整個(gè)方案主要包括以下關(guān)鍵技術(shù)：測(cè)試參數(shù)驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)部件顏色以及云圖的顯示，數(shù)據(jù)和模型的重新操作，現(xiàn)將這些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)的闡述：

2.1 試車數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)

因?yàn)楹娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，在保證模型正確性的基礎(chǔ)上，根據(jù)需要對(duì)其進(jìn)行了簡(jiǎn)化。簡(jiǎn)化為五個(gè)功能部件:進(jìn)氣道、壓縮機(jī)，燃燒室，渦輪和尾氣噴管。

通過使用有效的軟件進(jìn)而設(shè)計(jì)相應(yīng)的模型，還應(yīng)該制作一些有效的視頻及動(dòng)畫文件。眾所周知，動(dòng)畫是對(duì)自然現(xiàn)象的一種模擬，動(dòng)畫主要包括所有具體視覺效果的變化[2]。如果每秒幀數(shù)過多，動(dòng)畫中的視圖會(huì)變化過快，導(dǎo)致時(shí)間失真。視頻以每秒30幀的速度播放，電影通常有24幀的長(zhǎng)度，足以產(chǎn)生合適的動(dòng)畫效果。物體從靜止到運(yùn)動(dòng)再到靜止有類似的規(guī)則:一開始緩慢平穩(wěn)，運(yùn)動(dòng)中速度快，運(yùn)動(dòng)停止時(shí)的速度慢，在幀數(shù)上表現(xiàn)為：框架從靜止到運(yùn)動(dòng)的數(shù)量逐漸減少，從運(yùn)動(dòng)到靜止的數(shù)量逐漸增加。中間運(yùn)動(dòng)過程速度最快，幀數(shù)最少。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)畫設(shè)計(jì)中，根據(jù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)關(guān)鍵幀和中間幀[3]。

2.2 試車數(shù)據(jù)與3D模型融合的數(shù)據(jù)場(chǎng)實(shí)時(shí)顯示

按照實(shí)時(shí)傳輸?shù)臏y(cè)試數(shù)據(jù)，將溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)等數(shù)據(jù)場(chǎng)與3Z模型集成，將數(shù)字以及顏色展現(xiàn)在測(cè)試屏幕上。圖1是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度和壓力曲線。

按照溫度、壓力的有關(guān)數(shù)據(jù)，發(fā)動(dòng)機(jī)試車時(shí)的狀態(tài)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。集成了實(shí)時(shí)測(cè)試數(shù)據(jù)和3Z模型，使測(cè)試過程更加科學(xué)、合理。

2.3 參數(shù)驅(qū)動(dòng)的試車過程特效生成

對(duì)于參數(shù)驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)而言，其往往具有一定的特殊效應(yīng)，因此通常表現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)的噴火過程中。這個(gè)過程一般是按照溫度的具體變化而產(chǎn)生的是溫度場(chǎng)視覺效果的結(jié)果。然而，溫度場(chǎng)的可視化主要是數(shù)據(jù)的有效處理、映射、繪圖和顯示四個(gè)步驟來實(shí)現(xiàn)的，下面詳細(xì)描述了三個(gè)步驟。

圖1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、壓力曲線

2.3.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

這一系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源主要是外部的一些仿真數(shù)據(jù)，一般是根據(jù)子系統(tǒng)模型進(jìn)而對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行精確的計(jì)算，從而有效完成數(shù)據(jù)的傳輸作用，確保相關(guān)程序的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3.2 數(shù)據(jù)映射

按照分系統(tǒng)模型計(jì)算得到的數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)庫(kù)中可以得到溫度場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的完整溫度數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)能夠給相關(guān)人士帶來一定的參考價(jià)值。除此之外，由于數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)仍然是分散的，為確保映射、繪制和顯示的及時(shí)性與有效性，一定要把離散的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的整合，進(jìn)而形成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)?？紤]到用戶的直觀操作，系統(tǒng)采用類似于實(shí)際渦輪溫度場(chǎng)的圓形規(guī)則網(wǎng)格。

2.3.3 繪制與顯示

顯示的任務(wù)主要由MFC提供的Cview類的成員函數(shù)進(jìn)行自動(dòng)完成，對(duì)于開發(fā)人員而言，其首要的任務(wù)就是控制背景和屏幕的刷新。邏輯并不復(fù)雜，但繪圖和顯示的可視化過程是最耗費(fèi)時(shí)間，特別是對(duì)于噴霧粒子的質(zhì)量系統(tǒng)而言，因?yàn)榱Ｗ右约皽囟榷际遣淮_定的，要想擁有良好的視覺效果，就應(yīng)該對(duì)它的軌道進(jìn)行有效的規(guī)范，除此之外，根據(jù)有關(guān)的數(shù)據(jù)可知，隨著溫度的變化其顏色是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程。

3 結(jié)語(yǔ)

本文提出一種可視化方案的航空發(fā)動(dòng)機(jī)，和發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)提出了三維數(shù)字模型實(shí)時(shí)可視化的集成方法，包括測(cè)試數(shù)據(jù)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)引擎，引擎部分云圖像顯示，發(fā)動(dòng)機(jī)在燃燒的過程中生成的一些特效、另外對(duì)數(shù)據(jù)以及模型的再次操作。最后，溫度場(chǎng)的變化和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示，能夠?qū)梢暬瘮?shù)據(jù)進(jìn)行有效的分析，此外還能驗(yàn)證該方法的效率和可用性，提高測(cè)試效率，并獲得更好的培訓(xùn)效果，工程應(yīng)用和推廣價(jià)值較高。在接下來的研究過程中，將進(jìn)一步細(xì)化數(shù)據(jù)可視化在虛擬現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用。