[发明专利]三维油流VR在线测量与显示系统及其工作方法

说明书

本发明公开了一种三维油流VR在线测量与显示系统及其工作方法，所述系统包括硬件系统以及与硬件系统配套的软件系统；所述硬件系统包括数据采集子系统、数据传输子系统、试验互动展示子系统、以及三维图形工作站；所述软件系统包括同步及数据采集模块、油流计算模块、实时三维绘制计算模块、三维建模及渲染模块、以及交互控制及显示模块。本发明的三维图形工作站把整个试验的展示分为两个阶段，即三维实时显示阶段和三维建模展示阶段。三维实时显示阶段，采用虚拟视点绘制技术，能够满足实时性；三维建模展示阶段，采用离线建模方式，能够达到信息全面准确，展现三维目标模型精细美观。

技术领域

本发明涉及油流试验技术领域，尤其是一种三维油流VR在线测量与显示系统及其工作方法。

背景技术

油流法作为流动显示中最为传统而又重要的表面摩擦应力的显示与测量技术是解决实际工程问题的重要手段。在近代流体力学和空气动力学的基础研究中，表面摩擦应力分布是描述湍流边界层状态的最佳方式，也是描述湍流边界层状态最重要的物理量之一；在流体力学中，人们对于气流的非定常流动、湍流现象等问题了解有限，然而这些问题的解决在工程实际应用中又尤其重要和迫切，因此，使得基于油流法的流速流场显示显得极为重要。

目前，在风洞内采用油流法进行目标表面摩擦应力的测量试验，通常采用事后观测的方法即等吹风完毕后再观察目标表面油流分布结果。由于试验结果不是实时数据，而是不同阶段变化气流作用于目标表面积累（时间积分）的结果。这就使得，当目标需要在不同攻角下和不同风速下测得表面气流状况时，必须做不同批次的试验。虽说上述问题，可通过视频记录来解决，但由于摄像设备受视点、视角、视场和环境遮挡等等诸多问题的影响，通常使得获取的图像信息不全，特别是形态复杂的目标，难以精准真实地反映目标表面流场分布信息。

随着计算视觉技术发展，实时三维建模与渲染显示技术逐步成熟。利用该技术，对风洞油流吹风等相关试验及其过程进行实时的三维展示，实现从不同角度对风洞中的目标吹风试验过程进行全方位的观测，从而有效克服当前风洞试验存在的困难和不足。然而，由于3D显示需要图像匹配、深度图计算、点云获取、三维建模、模型渲染等操作，计算量巨大，虽然技术比较成熟，但是建模困难、复杂度高、实时性差、建模的真实性不好，在应用中有诸多局限与不足，导致实际的三维显示中绘制效率低，实时交互性差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种三维油流VR在线测量与显示系统及其工作方法。

本发明提供的一种三维油流VR在线测量与显示系统，包括硬件系统以及与硬件系统配套的软件系统；所述硬件系统包括数据采集子系统、数据传输子系统、试验互动展示子系统、以及三维图形工作站；所述软件系统包括同步及数据采集模块、油流计算模块、实时三维绘制计算模块、三维建模及渲染模块、以及交互控制及显示模块；

所述数据传输子系统，用于实现数据采集子系统、三维图形工作站以及试验互动展示子系统之间的数据传输；

所述数据采集子系统与同步及数据采集模块，用于对风洞内试验目标及表面油流从不同视点同步地采集二维图像和三维点云数据；

所述三维图形工作站，用于通过数据传输子系统接收采集的所述二维图像和三维点云数据；在三维图形工作站中，所述油流计算模块用于油流流场计算，所述实时三维绘制计算模块用于实时绘制试验目标及表面油流的三维图像，所述三维建模及渲染模块用于构建油流流场计算结果数据增强的目标三维模型；

所述试验互动展示子系统和交互控制及显示模块，用于通过数据传输子系统接收并显示所述三维图形工作站生成的三维图像和/或目标三维模型，以及用于三维油流VR在线测量与显示系统的人机交互控制。