多学科CAE数据VR可视化解决方案

黄岛主 11月前 314

虚拟现实助力CAE,让仿真数据活起来

目前可视化与智能化已成为工业仿真软件的发展趋势。在仿真中运用虚拟现实技术,不仅能更加形象直观地显示仿真全过程,而且会让计算机与人之间的沟通更人性化,增强仿真系统的寻优能力。将CAEVR可视化相结合应用到相关工程领域,以CAE技术提供科学准确的预测仿真数据为基础,由VR技术将计算结果进行直观的场景呈现,将成为未来大量复杂工程技术问题有效的呈现、交流及决策解决方案。下面便从目前CAE数据可视化存在的问题、解决这些问题的方案、方案中所用软件、方案应用的典型场景及成功案例几个方面对多学科CAE数据VR可视化方案进行详细介绍。

问题现状

(一) 多学科数据不能在同一场景下同时呈现,一般仅针对单一学科的数据进行可视化分析

在产品研发过程中一般会进行大量的CAE分析,这些分析一般涉及结构、流体、热及电磁等多个学科。以汽车研发为例,可以说在车辆的整个研发体系中处处离不开仿真计算。宝马、大众、通用等国际主流汽车厂商,其整车研发过程中80%的工作都是通过仿真设计来完成,由此会产生大量的涉及流体、结构、热、电磁和燃烧等学科的仿真数据。这些学科一般情况下又会是相互影响的,但是目前大多数后处理软件仅能对单一学科的数据进行可视化分析,不能实现各种仿真数据在同一场景下进行可视化分析的目的,这样不仅增加了各专业工程师之间的沟通成本,而且很难挖掘出各学科之间的相互作用规律,最终造成研发周期加长、研发质量下降的后果。


图1  不同单学科CAE分析类型

(二) 不能将仿真数据与真实CAD模型进行融合,单一的表现方式很难让目标受众在短时间内理解和明白

       目前CAE分析模型越来越趋向于大型化、复杂化,抽象的模型、枯燥的数据以及单一的表现方式很难让目标受众(管理层、业务负责人、消费者)在短时间内理解和明白,增加了非专业人士对于计算结果的理解难度。如下图中所示,如果仅给出右侧的CAE模型,对于非专业人士很难搞清这是什么装置。


图2  真实CAD模型和CAE模型

(三) 缺乏虚拟现实和人机交互的功能,不能在虚拟现实中与数据进行深度交互

传统的与CAE数据交互的方式是通过电脑显示器、鼠标和键盘,这是用2D的方式来操作3D数据,而且桌面二维的显示方式对于一些细小位置很难直观的进行查看。CAE模型和数据大多是三维的,采用VR的方式可以用3D的方式查看3D数据,比起桌面显示更加直观。而且手柄操作比起鼠标、键盘在一些情况下会更加的高效。

图3  传统数据显示与交互和VR显示与交互

解决方案

    在此背景下,朗迪锋提出了多学科CAE数据VR可视化解决方案,如下图所示。此方案主要由三部分组成:


图4  解决方案结构图

(一) 多领域通用工程数据可视化分析工具MultiViz

MultiViz是一款多领域通用工程数据可视化分析工具,针对大规模的CAE数据进行可视化分析,以直观形象的方式帮助客户更准确的理解数据,快速做出设计决策。可广泛的应用于航空航天、汽车、核、能源等工业领域。

在产品研发过程中,用户使用MultiViz可以迅速的建立起可视化环境,利用定量或者定性的手段去分析数据。利用它的脚本处理能力可以快速的进行结果的交互和批量处理。处理后的工程数据还可以导出到虚拟现实环境中进行呈现。MultiViz软件的主要功能包括:

l  多学科CAE后处理结果导入

l  CAE大模型导入

l  等值线等值面

l  流线、流管

l  切片、切块

l  矢量图

l  体渲染

l  脚本功能

l  数据查询

l  动画


图5  多领域多学科可视化分析结果图

(二) 工业产品全生命周期虚拟现实仿真平台MakeReal3D

MakeReal3D专注于虚拟现实仿真技术在产品设计、制造、营销、使用、维护等生命周期各环节的应用与开发,从而帮助工业客户提高工作效率及产品体验。

MakeReal3D中导入MultiViz处理后的工程数据,然后再加入真实的CAD模型和三维场景,便可以实现各种数据的融合。


图6  不同数据(CAD、CAE、材质、场景等)融合效果图

MakeReal3D软件在本方案中涉及的功能主要包括:

l  多学科CAE后处理结果导入

l  CAD模型导入

l  模型材质添加

l  三维场景添加

l  动静态CAE数据显示与交互

l  探针查询CAE数据

l  发布独立可执行文件

(三) VR显示与交互系统

VR显示与交互系统一般指的是头盔、手柄、CAVECADWallHoloSpacePowerWallLed立体拼墙等,通过MakeReal3D软件可以实现和VR显示与交互系统的连接,从而实现在VR环境下CAE数据的显示和交互。


图7  硬件平台

通过此解决方案,便可以实现多学科CAE数据的VR可视化,如下所示为桌面级系统下CAE数据的VR显示及交互。 

图8  VR显示与交互CAE数据

上述解决方案的优点是:

1.        方案中涉及的软件自主可控,定制开发快速响应;

2.        同时显示多学科CAE数据,高效沟通和决策;

3.        创新数据可视化手段,方便传达设计优势;

4.        创新数据交互方式,高效洞察数据。

典型场景

此方案的典型应用场景是数字样机评审时的CAE数据VR可视化,通过沉浸式的体验,轻松将不同设计和创意的优势传达给非CAE受众(管理层,业务负责人,消费者)。另外在技术营销和销售时,为您的产品和公司提供个性化,身临其境的体验,比竞争对手更好地传达您产品的设计优势。


图9  CAE数据VR可视化

另一个典型场景是石化行业安全风险管理领域,可以基于现役装置的基础数据,建立逼真的泄漏、火灾及爆炸等重特大事故场景。通过精确的CAE事故后果模拟,结合VR技术,为用户提供交互式的应急演练与安全培训平台,从而帮助用户制定事故应急响应措施及提供预案决策依据。

成功案例

      客户:中国飞机强度研究所

客户需求:

l  方案设想可视化

l  CAD设计模型评审

l  CAE数据可视化

l  测试数据可视化

l  协同设计与交流

l  大装配模型加速显示与异构

l  产品可装配性分析

l  交互式虚拟展示、维修、训练

l  多人多视点协同交互仿真

l  交互式物理仿真

取得成效:

ü  实现飞机强度试验过程可视化

ü  实现多学科CAE数据可视化

ü  实现试验现场测试数据可视化

ü  实现飞机强度试验虚拟装配过程验证

ü  实现异地多终端设计协同及评审

客户评价:

MakeReal3D虚拟现实仿真平台使我们的数字样机、CAE计算结果、现场实时采集的测试数据通过虚拟现实手段直观地呈现给大家,有效减少了理解偏差,提高了沟通效率并进一步提升了我所的数字化设计水平。”

——该项目负责人

 



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