虚拟现实在CFD中的应用

MRLi 19天前 71

什么是虚拟现实?


我们通常将虚拟现实定义为一个模拟环境,旨在给人的感官一种真实感。从技术上讲,这意味着将一个人沉浸在三维计算机生成的环境中,并允许用户通过操纵对象来与之交互,进而执行某些动作。

长期以来,人们通过屏幕和键盘传递信息,而虚拟现实则试图完全消除这一“恼人”的中间层。当你戴上虚拟现实头盔时,它会在视觉上将你与周围环境隔离开来,并带你进入模拟场景。因此,虚拟现实技术在建筑、医学,以及不断发展的游戏产业中得到了广泛的应用。

如今,虚拟现实技术也在制造业中得到了大量应用,使工程师能够以直观、高效的方式与大型数据集进行交互。随着硬件价格的降低以及应用的越来越广泛,它必将成为工程师在项目中使用的日常工具。

图1 HTC Vive头盔和控制器

虚拟现实在CFD中的应用


计算流体力学(CFD)是一种强大的模拟技术,广泛应用于许多行业的建模、优化设计以及节能降耗中。一直以来,CFD工程师使用各种方法进行后处理,并使用不同的软件来可视化结果。然而,所有这些传统的方法要么是二维图片,要么是二维动画。近年来,为了更好地理解仿真结果,使非专家更容易理解分析,CFD后处理采用了虚拟现实技术。这种方法也有助于CFD工程师解释结果,同时使他们能够更迅速地发现设计问题并变更计划。

目前,很少有平台支持计算流体力学结果在虚拟现实中的呈现。图2中是使用HTC VIVE(非常沉浸式的虚拟体验)来分析体育场内的气流流动和热舒适性。使用流线、温度等值线和矢量图将仿真结果可视化,工程师可以在模型中任意行走。此外,他们还可以抓取或缩放流线并四处移动。

图2 体育场CFD结果在VR中的效果


通过使用这种方法,工程师可以快速获得对体育场内气流流动的全面了解,并检测出热点的位置,进而辅助工程师在暖通空调设计中进行必要更改时的快速决策。

图3 使用VR研究CFD结果

应用展望


在CFD领域中应用虚拟现实的一个主要问题是:它的未来是什么?关于开发新的预处理和网格划分方法以及创建更健壮的解算器的讨论有很多,这些领域都值得关注,但CFD的价值在于分析结果。如果没有精确的后处理,前面的所有步骤都是无用的。长期以来,我们一直在使用相同的传统方法,如二维等高线,等值面和流动轨迹来可视化数据。然而,CFD结果大多是复杂的三维数据,虚拟现实使您能够在三维环境中与模型互动并获得完全沉浸式的体验。因此,在未来的CFD分析中,我们应该更多地了解虚拟现实技术的应用。

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