[发明专利]面向陶瓷辊道窑的燃烧过程交互虚拟仿真方法

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料工程技术与计算机可视化技术的交叉领域，具体的讲是综合陶瓷辊道窑燃烧过程建模技术和计算机三维可视化仿真技术，而提供一种面向陶瓷辊道窑的燃烧过程交互虚拟仿真方法。

背景技术

陶瓷辊道窑是近几十年发展起来的新型连续式工业窑炉，目前已广泛用于建筑陶瓷、日用陶瓷、卫生陶瓷等工业生产中，代表了现代工业窑炉的发展方向。目前我国辊道窑发展迅猛，其重要的研究内容之一就是研究辊道窑的燃烧过程，目标是在排放限制、燃料经济性标准等要求下获得最佳的辊道窑使用特性。而对于辊道窑燃烧过程的研究，无论是实验还是数值计算都将产生大量数据，这些数据中包含了庞大而复杂的信息，仅采用依靠简易计算工具与简单仿真方法是具有很大局限性的。可视化技术作为理解复杂现象和数据的有效手段，将数字由符号转化为几何，变不可见为可见，使研究者能观察到他们的研究工作，丰富了科学发现的途径，给予人们意想不到的启示，在自然科学领域得到了广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有真实感强、交互性好、实用性强的特点的面向陶瓷辊道窑的燃烧过程交互虚拟仿真方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的方法是是：以陶瓷辊道窑燃烧建模技术、可视化技术、虚拟现实技术和数值计算技术等为核心，以VC++和OpenGL图形库为实现工具，来完成陶瓷辊道窑燃烧过程的交互式虚拟仿真，其具体步骤是：

第一步骤：搭建实现环境：采用VC++构建系统平台和相关界面，利用OpenGL图形库来实现陶瓷辊道窑燃烧过程的三维虚拟仿真；

第二步骤：陶瓷辊道窑三维虚拟建模与显示：利用3DS MAX建立陶瓷辊道窑窑体、燃烧系统、烧成产品的三维模型，并建立相关虚拟仿真场景；

第三步骤：基于粒子系统的陶瓷辊道窑燃烧可视化建模：采用粒子系统建模方法，并综合火焰传播模型、湍流流动模型及燃料属性网格模型三个子模型建立基于粒子系统的陶瓷辊道窑燃烧可视化模型，以体现陶瓷辊道窑燃烧过程中的各种现象和特征规律；

第四步骤：陶瓷辊道窑燃烧空间的全景和局部的交互式三维漫游：观察者根据自己的意愿，察看窑炉内的全景或局部燃烧状况，及各种设备的工作状态；

第五步骤：陶瓷辊道窑燃烧过程的三维动态可视化：建立温度/浓度/速度-颜色映射表，显示陶瓷辊道窑燃烧过程中的温度、生成物浓度、速度等方面的分布和变化。

由于本发明在陶瓷辊道窑燃烧过程的研究中引入可视化技术，有助于对其进行更加直观、深入的分析。本发明具有真实感强、交互性好、实用性强的特点。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合具体的实施方案进一步详细说明本发明。

本发明由实现环境的搭建、陶瓷辊道窑三维虚拟建模与显示、基于粒子系统的陶瓷辊道窑燃烧可视化建模、陶瓷辊道窑燃烧空间的全景和局部的交互式三维漫游、陶瓷辊道窑燃烧过程的三维动态可视化四个主要步骤所构成。

(1)搭建方法的实现环境：

所有方法的实现都是在由VC++和OpenGL图形库共同搭建的环境中完成的。采用VC++构建系统平台和相关界面，利用OpenGL图形库来实现陶瓷辊道窑燃烧过程的三维虚拟仿真。

(2)陶瓷辊道窑虚拟建模与显示：

三维虚拟场景模拟是对陶瓷辊道窑结构、燃烧系统和烧成产品进行三维模拟，通过三维模型可以非常清晰地看出陶瓷辊道窑的真实模样，并对模型中的各个零件进行干涉检查，看是否装配成功。

陶瓷辊道窑是由一根根平行排列、横穿窑工作通道截面的高温辊棒组成“辊道”，陶瓷制品放在辊道上，随着辊子的转动而输送入窑，在窑内完成烧成工艺过程。它主要由预热带、烧成带以及冷却带组成。其中，烧成带设有燃烧系统，烧成带之前至窑头部分为预热带，烧成带之后至窑尾部分为冷却带。

根据真实陶瓷辊道窑结构，零件间的相对比例、位置关系，利用3DSMAX重建出相应的虚拟三维对象实体，形成3DS文件。主要采用创建几何体建模和网格建模相结合的方法，并对结构较为复杂的燃烧系统等通过多边形的挤出和倒角功能完成建模，使建模过程更加直观简便。为了达到逼真的效果，在3DS MAX中赋材质使用贴图方式。在贴图前，要把贴图在Photoshop里面处理，使得图片在不影响看图的情况下尽量小。