一种CAE和VR的模型构建系统及其管理方法与流程

本发明涉及cae模型构建领域，特别涉及一种cae和vr的模型构建系统及其管理方法。

背景技术：

随着计算机与信息技术的突飞猛进，cae在企业研发中所扮演的角色越来越重要。以数字样机协同设计技术为核心的数字化研发已逐渐融入到产品设计的各个阶段。目前数值化研发技术正从单学科向多学科、子系统级仿真向系统级仿真、模块级孤立设计向系统级知识融合协同设计发展。特别是对于复杂产品的开发来说，更需要协同设计的应用。

随着工程复杂程度的不断提升，模型也越来越复杂，随之而来的是建模难度在不断提高，导致成本增加，由于模型复杂以往的建模技术越来越难以适应工程复杂程度的提升以及模型精度的要求，特别是对于结构比较复杂模型的一些隐蔽的位置，建模时很难想象其具体的空间结构，往往导致出现错误，导致计算结果错误。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于cae和vr的模型构建系统及其管理方法，通过该系统和管理方法可以将cae模型的受力状况通过虚拟现实的方式呈现出来便于设计人员对模型进行优化，使其满足工程的实际需要，减少建模时的错误，提高工作效率。

一种cae和vr的模型构建系统，具体包括：

cae力学模型，所述cae力学模型为根据cad设计图纸在bim系统中建立三维建筑信息模型，然后通过网格简化系统进行重构后得到的cae力学仿真模型；

数据交换模块，所述数据交换模块内存储有cae力学模型以及供vr交互展示设备调取与cae力学模型对应的可视化数据；

vr交互展示设备，所述vr交互展示设备从数据交换模块中调取与cae力学模型对应的可视化数据，并以虚拟现实的方式呈现出设计效果；

模型编辑模块，设计人员通过vr交互展示设备调取与cae力学模型对应的可视化数据，通过模型编辑模块进行参数修改，修改后的参数对应的可视化数据通过数据交换模块反馈至cae力学模型中。

作为优选，所述cae力学模型包括与模型对应的参数和与模型对应的可视化数据。

作为优选，所述网格简化系统包括模型过滤模块、获取构件几何数据模块、获取构件材料参数模块、网格重构模块和数据传输模块；

模型过滤模块，将bim建筑信息模型中针对梁、柱、承重墙等受力的主体结构过滤出来；

获取构件几何数据模块，在通过模型过滤之后，自动对主体结构中的构件获取其三维几何参数；

获取构件材料参数模块，在通过模型过滤之后，自动对主体结构中的构件获取其材料参数信息；

网格重构模块，对bim建筑信息模型中原有的网格进行网格重构，以适应cae力学仿真；

实时数据传输模块，当bim建筑信息模型中有参数变化，通过实时数据传输模块将改动信息传输到网格简化系统中，网格简化系统对bim信息模型重新进行计算，最终得到新的cae力学仿真模型，经过模型力学仿真后，将计算得到的力学信息反馈到bim信息模型中显示出来。

作为优选，所述数据交换模块包含格式转换模块，格式转换模块将cae模型转化为可添加虚拟现实组件，实现虚拟实现的格式类型。

作为优选，所述vr交互展示设备上设有数据转换接口，所述数据转换接口与数据交换模块相连接，通过数据转换接口从数据交换模块中调取与cae力学仿真模型对应的可视化数据。

本发明实施例还提供一种基于网格简化系统的重构方法，具体包括以下步骤：

a、网格简化系统通过实时数据传输模块调取bim建筑信息模型；

b、通过模型过滤模块过滤得到建筑主体结构模型；

c、获取构件几何数据模块，自动获取主体结构中的构件获取其三维几何参数；

d、获取构件材料参数模块，自动获取主体结构中的构件获取其材料参数；

e、通过网格重构模块对bim建筑三维几何模型原有的网格进行重构；

f、网格简化系统通过实时数据传输模块将进过上述步骤处理得到的模型导入cae中进行力学仿真。

本发明实施例还提供一种基于cae力学模型的构建方法，具体包括以下步骤：

1)将bim建筑三维几何模型通过网格简化系统进行重构，将简化后的bim三维模型导入cae力学仿真系统；

2)提取bim信息模型系统中的数据信息，通过对改动信息的属性进行判断，将影响力学仿真的数据传送给cae力学仿真系统，并驱动cae力学仿真系统更新；

3)将更新后的cae力学仿真模型得到的力学信息反馈至bim信息模型，并将计算得到的力学信息从bim信息模型中显示出来。

本发明实施例还提供一种基于cae和vr的模型构建系统的构建管理方法，具体包括以下步骤：

s1、设计人员在计算机进行建模，然后进行力学仿真，计算完成后，设计人员将模型发送至数据交换模块进行存储，其中，模型包括与模型对应的参数和与模型对应的可视化数据；

s2、客户通过vr交互展示设备向数据交换模块调取与模型对应的可视化数据，以虚拟现实的方式向设计人员呈现整个模型的受力状况，身临其境的看到模型受力后的变化，找到模型整体的应力、应变最大点，对已有结构进行实时优化。

s3、设计人员在模型编辑模块对模型中受力最大处进行优化，通过vr交互设备，将要修改的参数传输到数据交换模块，然后由数据交换模块反馈到cae中，同时cae中模型参数相应改变，然后进行力学仿真，最后将重新得到的模型以及可视化参数通过vr交互展示设备显示出来供设计人员参考。

作为优选，如果修改后的cae力学模型受力情况不满足工程需要则重复s2～s3，直至满足设计要求完成最终cae力学模型的构建。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明所述的基于cae和vr的模型构建系统及其构建管理方法，可以将cae模型的受力状况，通过虚拟现实的方式呈现出来便于设计人员对模型进行优化，设计人员根据工程实际需求通过模型编辑模块对模型进行创建或修改，使其满足工程需要，减少建模时的错误，提高工作效率。

2、本发明实现了客户与虚拟现实的互动，调看、更换相关材质与构件更加全面和真实，同时将cae力学模型信息快速导入vr虚拟现实系统，实现客户身临其境感受建筑内部结构，通过vr交互展示设备进行参数信息查询和修改参数等操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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。

图1是本发明所述cae和vr的模型构建系统的结构示意图；

图2为本发明所述网格简化系统的组成示意图；

图3为本发明基于网格简化系统的重构方法的原理图；

图4为本发明基于cae和vr的模型构建系统系统的构建方法的处理流程图；

图5为本发明所述cae力学模型未经过网格简化系统导入到系统中的结构示意图；

图6为本发明所述通过vr交互设备查看到的cae力学模型三维网格划分示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

如图1至6所示，本发明实施例提供一种cae和vr的模型构建系统，具体包括以下部分：cae力学模型，所述cae力学模型为根据cad设计图纸在bim系统中建立三维建筑信息模型，然后通过网格简化系统进行重构后得到的cae力学仿真模型；数据交换模块，所述数据交换模块内存储有cae力学模型以及供vr交互展示设备调取与cae力学模型对应的可视化数据；vr交互展示设备，所述vr交互展示设备从数据交换模块中调取与cae力学模型对应的可视化数据，并以虚拟现实的方式呈现出设计效果；模型编辑模块，设计人员通过vr交互展示设备调取与cae力学模型对应的可视化数据，通过模型编辑模块进行参数修改，修改后的参数对应的可视化数据通过数据交换模块反馈至cae力学模型中。

本发明中所说的cae力学模型为根据cad设计图纸在bim系统中建立三维建筑信息模型，然后通过网格简化系统进行重构后得到的cae力学仿真模型，因为现有的bim建筑几何模型是不能直接用于cae力学仿真的，因为bim建筑三维几何模型中包含了很多建筑的细节信息，如小孔、细小的槽、小凸台等，这些信息对于cae系统的网格会造成很大的影响，如不对其进行简化处理，不仅严重影响仿真的速度和精度，而且局部畸变单元会导致计算结果的巨大误差，甚至误导设计师得出错误结论(图5为未经过网格简化系统导入系统的cae力学模型)。

如图2所示。所述网格简化系统包括模型过滤模块、获取构件几何数据模块、获取构件材料参数模块、网格重构模块和数据传输模块；其中，所述模型过滤模块，由于在bim建筑信息模型中包含了许多力学仿真不需要的部分，所以通过模型过滤模块将bim建筑信息模型中针对梁、柱、承重墙等受力的主体结构过滤出来，本发明实施例中主要利用revit提供的函数开发针对模型的过滤功能；所述获取构件几何数据模块，在通过模型过滤后，自动对主体结构中的构件获取其三维几何参数，本实施例中主要利用element.geometry函数读取构件几何数据；所述获取构件材料参数模块，在通过模型过滤之后，自动对主体结构中的构件获取其材料参数信息；所述网格重构模块，对bim建筑信息模型中原有的网格进行网格重构，以适应cae力学仿真；所述实时数据传输模块，当bim建筑信息模型中有信息参数变化，通过实时数据传输模块将改动信息传输到网格简化系统中，网格简化系统对bim信息模型重新进行计算，最终得到新的cae力学仿真模型，模型力学仿真后，将计算得到的力学信息反馈到bim信息模型中显示出来(图6为经过网格简化系统后通过vr交互设备查看到的cae力学模型三维网格划分的结构示意图)。作为本实施例的优选，所述cae力学模型还包括与模型对应的参数和与模型对应的可视化数据。

参见图3所示，本发明实施例还提供一种基于网格简化系统的重构方法，具体包括以下步骤：

a、网格简化系统通过实时数据传输模块调取bim建筑信息模型；

b、通过模型过滤模块过滤得到建筑主体结构模型；

c、获取构件几何数据模块，自动获取主体结构中的构件获取其三维几何参数；

d、获取构件材料参数模块，自动获取主体结构中的构件获取其材料参数；

e、通过网格重构模块对bim建筑三维几何模型原有的网格进行重构；

f、网格简化系统通过实时数据传输模块将进过上述步骤处理得到的模型导入cae中进行力学仿真。

下面本发明实施例还提供一种基于网格简化系统进行重构cae力学模型的构建方法，具体包括以下步骤：

1)将bim建筑三维几何模型通过网格简化系统进行重构，将简化后的bim三维模型导入cae力学仿真系统；

2)提取bim信息模型系统中的数据信息，通过对改动信息的属性进行判断，将影响力学仿真的数据传送给cae力学仿真系统，并驱动cae力学仿真系统更新；

3)将更新后的cae力学仿真模型得到的力学信息反馈至bim信息模型，并将计算得到的力学信息从bim信息模型中显示出来。

所述数据交换模块中存储有cae力学模型，有cae力学模型对应的参数、与cae力学模型对应的可视化数据；供vr交互展示设备调取与cae力学模型对应的可视化数据，并接收vr交互展示设备返回的经过修改的与cae力学模型对应的可视化数据，并将该经过修改的与cae力学模型对应的可视化数据反馈至cae力学模型中，同时，数据交换模块还包含格式转换模块，将cae力学模型转化为可添加虚拟现实组件，实现虚拟实现的格式类型。

所述vr交互展示设备上设有数据转换接口(图中未标示)，所述数据转换接口与数据交换模块相连接，通过数据转换接口从数据交换模块中调取与cae力学模型对应的可视化数据，,并以虚拟现实的方式呈现出设计效果，设计人员通过具体工程实际需要对cae力学模型的可视化数据进行修改，并将修改后的数据返回到数据交换模块。

所述模型编辑模块4，设计人员可通过vr交互展示设备调取与cae力学模型对应的可视化数据，如需修改则可使用vr交互设备进行参数的修改，修改过的cae力学模型对应可视化数据通过数据交换模块反馈cae中，从新进行计算，并及时将计算后的可视化数据通过vr交互式展示设备进行显示。

本发明实施例提供一种基于cae和vr的模型构建系统的构建管理方法，包括以下步骤：

s1、设计人员在计算机进行建模，然后进行力学仿真，计算完成后，设计人员将模型发送至数据交换模块进行存储，模型包括与模型对应的参数和与模型对应的可视化数据；

s2、客户通过vr交互展示设备向数据交换模块调取与模型对应的可视化数据，以虚拟现实的方式向设计人员呈现整个模型的受力状况，身临其境的看到模型受力后的变化，同时很容易找到模型整体的应力、应变最大点，对已有结构进行实时优化；

s3、通过vr交互设备将要修改的参数传输到数据交换模块，然后由数据交换模块反馈到cae中，同时cae中模型参数相应改变，然后进行力学仿真，最后将重新得到的模型以及可视化参数通过vr交互展示设备显示出来供设计人员参考。

s4、步骤s3中，如果修改后的cae力学模型受力情况不满足工程需要则重复s2～s3，直至满足设计要求完成最终cae力学模型的构建。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。