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未来已来,增强现实技术加持下的CFD后处理

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5年前浏览4955

在科幻电影中,我们经常能看到这样的场景:

电影《阿凡达》剧照

只需要一个全息屏幕,所有想要的一切信息都可以立体的显示出来,栩栩如生,跟真的无异。

甚至现在可以做到,连屏幕都不需要了:

Magic Leap公司最著名的一个广告

回到我们CFDers,平时遇到的后处理一般都是二维平面图:

船舶航行时的兴波

想再炫一些,可以加点动画和渲染效果:

实尺度模拟时的船体兴波

当然,还可以更炫一些:

圆柱绕流的体渲染效果

上面这个图是小二自己做的,以最常见的圆柱绕流问题为例,其网格如下图

在Star-CCM+软件中,实现体渲染只需要三步:

Step1: Create a Resampled Volume derived part

Step2: Select the scalar field function

Step3: Change the field range and displayer opacity

三步之后,效果图如下:

解释如下(一般后处理的通用方法):

任何后处理的第一步都是建立承载物,包括点、线、面、体等,即你的物理量要显示在哪里。显示某个面的压力云图,首先要有面;研究某条线的速度分布,首先要有条线,就是这个意思。这些承载物可以是物体边界,比如船体、螺旋桨表面等;也可以是用户自定义的,比如等值面、对称面等。

第二步就是选择物理量,压力、速度、温度等等,同样地,这些量可以是软件中内置的,也可以是用户自定义的表达式。

第三步,后处理场景的高级设置,调节对比度、透明度、标尺范围等等,使最终效果尽可能高大上。

本次模拟的最终效果如下(通过细化网格、瞬态模拟还可以做得更漂亮,不过小二的笔记本只能做到这样了)

但是这些后处理图仍然无法与现实结合起来,你也不可能指望着只靠这些图片,去让一个普通人明白,真实的流动是怎么样的。

如果你不能简单地解释一样东西,说明你没真正理解它。——爱因斯坦

而我们最终想要的,是直观的,一看就能看明白的东西。

-2-作为时下很火的虚拟现实技术和增强现实技术,已经在很多方面有了探索性的进展了。

譬如网上购物:

譬如房间装修设计:

譬如未来可能大行其道的成人那点事儿:

首先简要解释一下这两种技术。

虚拟现实(Virtual Reality)技术:利用计算机创造一个虚拟空间,利用虚拟现实眼镜能够使用户完全沉浸在一个虚拟的合成环境中,无法看到真实环境。

利用双目视觉原理,虚拟世界在眼镜中是3D立体的。常见的设备有VR头盔(比如Oculus)和VR眼镜(如三星Gear VR)等。

在未来,虚拟现实将不仅仅会涉及视觉、听觉,还会涉及嗅觉、触觉、味觉等,致力于构造一个与真实环境相似的世界。

增强现实(Augmented Reality)技术:增强现实技术是由虚拟现实技术发展而来,最早主要应用于军事。

增强现实技术能够把虚信息(物体、图片、视频、声音等)融合在现实环境中,将现实世界丰富起来,构建一个更加全面和美好的世界。最著名的设备就是Google Glass。

-3-前几天,我跟铁成同学聊天的时候,还在探讨这个问题:

铁成同学的思维还是蛮超前的。正好我前几天看了一些这方面的资料,拿出来给大家分享一下。

你只需要在真实环境中放入一个小的汽车模型,它周围的流场信息会马上立体的显示出来。

该案例包含两部分关键内容:

1、流场信息计算及后处理,包括流线、横剖面图以及涡的等值面等,这部分由Star-CCM+软件的URANS方法模拟得到;

2、VR部分,这是由Unity3D和Vuforia SDK实现的。

其中,Unity3D是由Unity Technologies公司开发的一个全面整合的专业游戏引擎,它可以让用户轻松创建诸如三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画等类型的互动内容。

Vuforia SDK则是高通推出的针对移动设备AR应用开发的工具包。它利用计算机视觉技术实时识别和捕捉平面图像或简单的三维物体,并允许开发者通过照相机取景器放置虚拟物体并调整物体在镜头前实体背景上的位置。

二者的具体使用方法感兴趣的童鞋可以自行搜集资料,小二也是个外行,就不班门弄斧了。

再来看一个大涡模拟火焰燃烧的情形。

这是甲烷在燃气轮机驻涡燃烧室燃烧时的情景,计算结果由Ansys Fluent的大涡模拟得到,AR场景由Unity3D和Vuforia SDK构建,可视化硬件设备是三星S4手机。

还有微软的Hololens查看的:

AR和VR正在逐渐渗透到我们的生活,随着设备价格的平民化,一定会迎来应用场景的爆发。

CFD作为一个年轻有活力的学科,应该为更多的人所熟知,所喜欢。科技是第一生产力,而普及科技亦是当务之急。希望通过这些炫酷技术的发展,把更多有用的科技带入到大众视野中。

作者:船小二,船舶与海洋工程专业博士,中国力学学会会员,8年CFD经验,精通CFD在船舶与海洋工程中的应用实践,具有非常丰富的军工项目经验。

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首次发布时间:2019-01-25
最近编辑:5年前
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静合悦美
心安即是归处
3年前
学习了,优秀
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