[发明专利]一种高超声速飞行器红外辐射特性快速渲染方法

说明书

本发明公开了一种高超声速飞行器红外辐射特性快速渲染方法,属于高超声速飞行器、红外物理及计算机图形图像技术领域。本发明所述方法首先建立高超声速飞行器三维几何模型，进行典型工况下的物理场解算，获取飞行器表面的温度场数据；完成温度场数据的异构插值，实现温度场数据的稀疏化；根据插值得到的飞行器表面温度场数据进行红外物理场解算，计算飞行器表面的红外辐射；将红外辐射亮度转化为颜色数据，在颜色数据上叠加红外噪声，最后基于Unity3D对高超声速飞行器红外辐射特性进行渲染。本发明在保证仿真可信度的前提下提高了渲染效率，能在较低的资源消耗情况下实现对高超声速飞行器红外辐射特性的渲染。

技术领域

本发明属于高超声速飞行器、红外物理及计算机图形图像技术领域，具体是一种高超声速飞行器红外辐射特性快速渲染方法。

背景技术

高超声速飞行器技术是当今世界各国的关注要点，在今后相当长的时间里将是国内外航空航天先进技术发展的最前沿。高超声速飞行器研发涉及多学科多物理场之间的复杂耦合，包括高超声速气动力、热学、电磁、红外以及制导等，其中红外物理场的研究尤为重要。高超飞行器在飞行过程中，因为其极高的飞行速度(一般在5马赫以上)，导致飞行器表面在空气粘性影响下对各层气流产生了强烈的摩擦，造成温度的升高，同时高温表面将产生上万瓦/球面度量级的红外辐射。另外，在气动加热高温下，会导致飞行器结构外形发生变化、材料的强度和刚度都会受到影响。因此，对高超声速飞行器红外物理场的研究对于研究多物理场耦合关系、提升高超声速飞行器红外对抗性能具有重要的作用。在此基础上，实现高超声速飞行器红外辐射特性的快速渲染，可进一步支撑高超声速飞行器的多物理场仿真，为多物理场仿真数据的实时可视化展示打下坚实的基础。实现高超声速飞行器红外辐射特性的快速渲染涉及到高超声速飞行器动力学、计算流体力学、红外物理、计算机图形图像等学科，是一个典型的多学科交叉问题。

发明内容

本发明针对高超声速飞行器物理场特性快速可视化的需求，提出一种高超声速飞行器红外辐射特性快速渲染方法，着重解决高超声速飞行器物理场数据体量大、渲染慢的问题，通过异构插值技术实现稠密网格到稀疏网格的映射从而降低数据量，在保证仿真可信度的前提下提高了渲染效率。本发明所述方法首先建立高超声速飞行器三维几何模型，进行典型工况下的物理场解算，获取飞行器表面的温度场数据；完成温度场数据的异构插值，实现温度场数据的稀疏化；根据插值得到的飞行器表面温度场数据进行红外物理场解算，计算飞行器表面的红外辐射；将红外辐射亮度转化为颜色数据，在颜色数据上叠加红外噪声，最后基于Unity3D对高超声速飞行器红外辐射特性进行渲染。

本发明提供的高超声速飞行器红外辐射特性快速渲染方法，具体包括如下步骤：

步骤一、建立高超声速飞行器三维几何模型，进行典型工况下的物理场解算，获取飞行器表面的温度场数据；

步骤101、几何创建：给定高超声速飞行器关键外形参数，使用NURBS(非均匀有理B样条)技术生成高超声速飞行器几何模型，转化为标准STL格式。

步骤102、几何修复：将几何模型导入Fluent_mesh(Fluent是一种计算流体力学软件，分为网格划分和求解两种模式，使用Fluent_mesh表示其网格划分模式)中划分面元并对面元几何质量进行检查和修复。

步骤103、生成高超飞行器CFD(计算流体力学)计算网格：对飞行器STL模型进行流域设置和关键部位加密，设置参数生成用于CFD求解的多面体网格。

步骤104、进行典型工况下的物理场求解：选取Fluent作为CFD计算软件，定义边界和来流条件，给定基本求解参数，进行CFD计算，计算收敛后，得到全部的流场解算结果。

步骤105、温度场数据提取。

步骤二、对温度场数据进行异构插值，得到适用于渲染的稀疏化网格及温度数据映射。

步骤201、网格校准：将CFD计算用的稠密网格和目标稀疏网格对齐。