深圳市民中心屋顶网架结构的可视化
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摘要
本课题来源于深圳市民中心屋顶网架结构健康智能监测系统项目。本文的主要内容是研究如何创建多媒体视景环境、大型屋架结构受力分析的有限元结果数据可视化的相关算法以及可扩展接口技术。
1．结构受力分析框架
结构仿真分析须有有关材料的本构关系，有效的数值方法以及丰富的图形显示软件及多媒体视景系统。前两者所产生的数据和第三个条件中的相关技术结合在一起便构成了一个较为完整的结构受力计算机模拟的框架。
2．多媒体视景创建中的关键技术
多媒体视景环境是计算机以交互方式来处理文本、图形、图像和声音等多媒体信息，在各种信息之间建立逻辑连接，并将其集成的一套完整的多媒体环境。
3．结构受力结果可视化算法研究
结构受力结果数据的后处理是指运用科学计算可视化技术将有限元分析软件或模型试验得到的结果数据可视化。在对这些数据的可视化表现可以分为结构变形图，结构受力动画模拟，三维图像，等值线，云图等。
4．数据接口技术研究
COM是一种二进制级别的代码重用技术，具有语言无关性，可重用性，继承性和透明性等特点。使得COM可以方便地解决有限元分析软件或模型试验产生的数据没有统一格式以及软件升级带来的数据格式变化的问题。
DXF和3DS是两种著名建模软件的文件模式，分析这两种文件格式并实现处理接口可以与这两种软件进行交互并方便系统中构建复杂几何形体。
5．系统的设计与实现
在OpenGL下，采用面向对象的设计方法并结合数据库技术将用户所需数据在前台以可视化的形式提供给用户。数据库在后台存储网架结点和杆件的报警信息。
This subject comes from the project of the large roof net construction of Shenzhen civil centre monitoring system. The main content of this paper includes correlative technologies to build multimedia environment, some algorithms to visualize the result data of finite element analysis of large roof net and extensible interface technology.
1. Framework of structure stress analysis
Structure simulation analysis consists of three necessary conditions that are constitutive relation of material, proper numerical method and rich graph display software and multimedia environment. The combination of the correlative technologies of the third condition and the result data produced by the other tow conditions composes the basic framework of structure stress simulation.
2. Key technologies of building multimedia environment
In multimedia environment, users can interactive handle various multimedia information which includes text, graphics, image and sound etc. Multimedia environment integrates multimedia information and builds logic link between them.
To build multimedia environment, OpenGL technology, DirectSound technology and creating and playing AVI video technology are analyzed in detail in this paper.
3. Visual algorithm research of structure stress result data
The post-processing of structure stress result data means to visualize the result data of finite element analysis software and model test with scientific visualization technology. The visual display of the result data includes structural deforming graph, animation simulation, three dimension image, contour, isosurface and cloud map etc.
In this paper, a volume rendering algorithms is discussed. The algorithms how to create structural deforming graph, animation simulation and contour are
also introduced.
4. Data interface technology research
COM is programming language-independent, inheritable and transparent for process and can be reused in binary level. By using COM, the problem that the output of finite element analysis software and model experiment has no coherent file format is solved. When correlative software is upgraded of the output file formats are changed, the output file still can be used just by upgrading COM interface.
Several file formats include DXF and 3DS are analyzed and programmed COM interfaces.
5.The design and realization of system
The system designed by using object-oriented design method and Data base technology in OpenGL environment, and then the user can read their needing data in visualization form at front, and all danger information and data of nodes and bars of large roof net keeps in the backstage database.
1．结构受力分析框架
结构仿真分析须有有关材料的本构关系，有效的数值方法以及丰富的图形显示软件及多媒体视景系统。前两者所产生的数据和第三个条件中的相关技术结合在一起便构成了一个较为完整的结构受力计算机模拟的框架。
2．多媒体视景创建中的关键技术
多媒体视景环境是计算机以交互方式来处理文本、图形、图像和声音等多媒体信息，在各种信息之间建立逻辑连接，并将其集成的一套完整的多媒体环境。
3．结构受力结果可视化算法研究
结构受力结果数据的后处理是指运用科学计算可视化技术将有限元分析软件或模型试验得到的结果数据可视化。在对这些数据的可视化表现可以分为结构变形图，结构受力动画模拟，三维图像，等值线，云图等。
4．数据接口技术研究
COM是一种二进制级别的代码重用技术，具有语言无关性，可重用性，继承性和透明性等特点。使得COM可以方便地解决有限元分析软件或模型试验产生的数据没有统一格式以及软件升级带来的数据格式变化的问题。
DXF和3DS是两种著名建模软件的文件模式，分析这两种文件格式并实现处理接口可以与这两种软件进行交互并方便系统中构建复杂几何形体。
5．系统的设计与实现
在OpenGL下，采用面向对象的设计方法并结合数据库技术将用户所需数据在前台以可视化的形式提供给用户。数据库在后台存储网架结点和杆件的报警信息。
This subject comes from the project of the large roof net construction of Shenzhen civil centre monitoring system. The main content of this paper includes correlative technologies to build multimedia environment, some algorithms to visualize the result data of finite element analysis of large roof net and extensible interface technology.
1. Framework of structure stress analysis
Structure simulation analysis consists of three necessary conditions that are constitutive relation of material, proper numerical method and rich graph display software and multimedia environment. The combination of the correlative technologies of the third condition and the result data produced by the other tow conditions composes the basic framework of structure stress simulation.
2. Key technologies of building multimedia environment
In multimedia environment, users can interactive handle various multimedia information which includes text, graphics, image and sound etc. Multimedia environment integrates multimedia information and builds logic link between them.
To build multimedia environment, OpenGL technology, DirectSound technology and creating and playing AVI video technology are analyzed in detail in this paper.
3. Visual algorithm research of structure stress result data
The post-processing of structure stress result data means to visualize the result data of finite element analysis software and model test with scientific visualization technology. The visual display of the result data includes structural deforming graph, animation simulation, three dimension image, contour, isosurface and cloud map etc.
In this paper, a volume rendering algorithms is discussed. The algorithms how to create structural deforming graph, animation simulation and contour are
also introduced.
4. Data interface technology research
COM is programming language-independent, inheritable and transparent for process and can be reused in binary level. By using COM, the problem that the output of finite element analysis software and model experiment has no coherent file format is solved. When correlative software is upgraded of the output file formats are changed, the output file still can be used just by upgrading COM interface.
Several file formats include DXF and 3DS are analyzed and programmed COM interfaces.
5.The design and realization of system
The system designed by using object-oriented design method and Data base technology in OpenGL environment, and then the user can read their needing data in visualization form at front, and all danger information and data of nodes and bars of large roof net keeps in the backstage database.
引文
[1] 唐泽圣．三维数据场可视化．北京：清华大学出版社，1999
[2] 钟珞，袁景凌等．结构动态分析中的可视化技术．同济大学学报(自然科学版)，2001．29(8)：982-985
[3] 江见鲸，贺小岗．工程结构计算机仿真分析．北京：清华大学出版社，1996
[4] 江见鲸，傅德炫，王立翔．建筑结构计算机分析及程序．北京：清华大学出版社，1996
[5] 蔡青，高光焘．CAD／CAM系统的可视化 集成化 网络化．西安：西北工业大学出版社，1996
[6] 乔林，费广正等．OpenGL程序设计．北京：清华大学出版社，2000
[7] 何东，马新武．用OpenGL开发有限元可视化后处理系统．山东工业大学学报，2001．31(1)：53-58
[8] 余洪谦，胡于进等．结构分析可视化系统FEVS的设计与实现．华中理工大学学报，1996．24(3)：1-5
[9] 胡于进，吴俊．有限元模型中等值面的快速体绘制算法．计算力学学报，2000．17(3)：320-324
[10] 余洪谦．有限元可视化系统FEVS的原理．研究与实现：[硕士学位论文]．武汉：华中理工大学机械系，1996
[11] 刘幸，高睿等．钢筋混凝土结构计算机仿真分析系统研究．武汉水利电力大学学报，2000．33(5)：74-77
[12] 刘幸．直接法自动绘制等值线图．武汉水利电力大学学报，1995．28(6)：588-592
[13] 吴炜煜，张士纲．风荷载作用下的高耸结构多媒体仿真环境研制．工程力学，1997．14(4)：121-127
[14] 张士纲，吴炜煜．多媒体仿真可视界设计技术．清华大学学报(自然科学版)，1999．39(4)：80-83
[15] 吴炜煜，张士纲．建筑工程多媒体仿真系统的研制与应用．清华大学学报，1999．39(10)：740-743
[16] 吴炜煜．基于多媒体仿真的建筑CAD系统模型．清华大学学报(自然科学版)，2000．40(6)：112-114
[17] 陈建勇．硕士学位论文，2002．6
[18] 倪强，唐家祥．框架结构地震倒塌过程的多媒体视景系统研制．工程力学，2000．17(4)：56-59
[19] 倪强等．计算机仿真技术在地震及结构振动分析中的应用．计算机应用研究，1998．15(3)：47-50
[20] 倪强，唐家祥．多媒体仿真与虚拟现实技术在建筑结构动态分析中的应用．微型机与应用，1998．5：9-14
[21] 倪强，唐家祥．基于震害的钢筋混凝土框架结构倒塌机理的集成多媒体仿真研究．建筑结构学报，2000．21(2)：52-57
[22] 刘亚莲，胡建平．有限元软件的数据处理及与图形系统的集成．阶段现代计算机，2000．12：78-81
[23] 倪明田，吴良知．计算机图形学．北京：北京大学出版社，1999
[24] 扬吉新，陈定方．可视化有限元软件的设计与实现．武汉交通科技大学学报，2000．24(2)：142-145
[25] 林宏，李颖．工程应用可视化系统的开发．计算机工程与设计，1996．17(1)：39-45
[26] 唐泽圣，袁骏．用图像空间为序的体绘制技术显示三维数据场．计算机学报，1994．17(11)：233-240
[27] 潘爱民．COM原理与应用．北京：清华大学出版社，1999
[28] 张滢等．STL、DXF等通用文件格式图形的真实感显示。小型微型计算机系统，2001．22(10)：1277-1280
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[40] 陈福全等．土工有限元分析前后处理的一种可视化方法．岩土力学，2000．21(2)：163-166
[41] 李春梅，王裕国．计算机三维动画中特殊质感的实现．计算机辅助设计与图形学报，1997．9(3)：228-232
[42] 徐和美，唐泽圣，邓俊辉．用于构造等值面的剖分立方体算法的改进及应用．计算机辅助设计与图形学学报，1997．9(3)：233-240
[43] 董峰，蔡文立，石教英．基于空间分割的三维不规则数据场的体绘制算法．计算机辅助设计与图形学学报，1997．9(3)：801-808
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[17] 陈建勇．硕士学位论文，2002．6
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[42] 徐和美，唐泽圣，邓俊辉．用于构造等值面的剖分立方体算法的改进及应用．计算机辅助设计与图形学学报，1997．9(3)：233-240
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