模拟在铸造过程中热耦合表面辐射的影响的方法技术

一种通过计算漫灰表面之间的辐射交换来模拟热耦合表面辐射对固体的影响的方法，所述固体具有至少一个能够暴露于辐射的表面，其特征在于，待暴露于辐射的一个或多个表面被适应性地按级细分成具有相同或实质相同的辐射强度的辐射瓦片，且从所述辐射产生的表面温度借助于分级视角因数法来实现，所述视角因数法包括使用主立体角分区的立体角积分估算，所述主立体角分区包括齐次视角因数离散化，其中每个立体角分区通过球面投影被适应性地按级离散成其部分区域且其中所述立体角积分的所有部分量的总和能够借助于射线追踪来确定。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于计算热表面辐射的方法和相关算法及其用于模拟特别是关于铸造过程的热耦合表面辐射的影响的用途。此外，在作为用于计算热表面辐射的方法和算法及其用于模拟热耦合表面辐射的用途的部分而在此描述的更有益的方法和算法的框架内描述本专利技术，然而，其应用并不仅限于本文中描述的方法和算法。因此，本专利技术还涉及一种用于在模拟或计算过程中的用于立体角的离散化的方法，以实现在计算机时间和所使用的计算机内存方面的节省。因此，本专利技术进一步涉及用于在模拟或计算过程中的射线追踪方法，以实现在计算机时间和所使用的计算机内存方面的节省。特别地，借助于并行计算以单独以及与各向异性切比雪夫距离计算和/或通过瓦片群集的另外的加速结合起来加速射线追踪计算，提出了非传统的方法。
技术介绍
许多重要的性质，例如材料或介质的粘度、电导率、比容或者化学反应性由温度决定。例如，在固体物质(例如金属、玻璃、陶瓷)的熔化、纯化和/或形成的领域中，例如，频繁地以时间依赖性方式观测某些温度具有重要意义。通常，使用射线追踪技术的模拟和计算方法需要很多计算和在计算机中存储大量数值结果。因此，非常期望提供在计算机时间和所使用的计算机内存方面实现节省的方法。特别地，确定热射线对复杂几何形状的影响对计算机或计算机系统或CPU的资源(例如，CPU的并行运行)要求非常高，而适于加速和/或简化这些计算的方法能够实现在计算机运行时间和内存方面的显著节省(因此在能量方面的节省)。Bindick、Ahrenholz和Krafczyk在“HeatTransferMathematicalModelling,NumericalMethodsandInformationTechnology”，ISBN978-953-307-550-1,AzizBelmiloudi主编,在2011年2月14日出版,第7章-“EfficientSimulationofTransientHeatTransferProblemsinCivilEngineering”(具体见7.3节)中以三维度总结了在热耦合辐射
中的现有技术。他们的观点在此以引用该文章的全部内容而并入本文。EP1667069A1描述了通过使用射线追踪确定半透明介质中的局部辐射强度分布的方法，其中引入了对于确定显示至少一个边界面的半透明介质中的局部辐射强度分布需要内存更小同时明显更快的方法。
技术实现思路
基于以上背景，本专利技术的一个目的是提供一种基于射线追踪的用于不仅关于热问题而且关于通用计算机图形学而进行的模拟的方法，该方法在所用的计算机时间和计算机内存方面实现了节省，特别是能量节省。如在权利要求中所详细公开，本专利技术总体涉及用于计算热表面辐射的方法和相关算法及其用于模拟热热耦合表面辐射对固体对象(特别是与铸造过程有关)的影响的用途因此，本文中公开了一种通过计算漫灰表面之间的辐射交换来模拟热耦合表面辐射对固体的影响的方法，所述固体具有至少一个能够暴露于辐射的表面，其中待暴露于辐射的一个或多个表面被适应性地按级细分成具有相同或实质相同的辐射强度的辐射瓦片，且从所述辐射产生的所述热耦合表面辐射对所述固体的影响的计算借助于分级视角因数法来部分地执行，所述视角因数法包括使用主立体角分区的立体角积分估算，所述主立体角分区包括齐次视角因数离散化，其中每个立体角分区通过球面投影被适应性地按级离散成其部分区域且其中所述立体角积分的所有部分量的总和能够借助于射线追踪来确定。在第一实施方式中，公开了根据上述的方法，根据该方法来加速所述射线追踪。在第二实施方式中，公开了根据上述的方法，根据该方法通过辐射瓦片群集来加速所述射线追踪。在第三实施方式中，公开了根据上述的方法，根据该方法通过各向异性切比雪夫距离法来加速所述射线追踪。在第四实施方式中，公开了根据上述的方法，根据该方法借助并行计算来加速所述射线追踪。还公开了能够单独使用或与上述公开的方法一起使用的射线追踪方法，其中在包括多个CPU的计算机系统上借助于并行计算执行射线追踪，所述方法包括：1)在第一阶段a)限定至少一个辐射源；b)限定形成多个辐射瓦片的辐射瓦片的数量，和形成多个网格单元的网格单元的数量，所述多个网格单元包括所述多个辐射瓦片；c)生成包括网格数据的总体网格模型，所述网格数据包括关于所述多个辐射瓦片和所述多个网格单元的信息；d)通过瓦片群集可选地减少所述辐射瓦片的数量以生成壁初始限定的所述辐射瓦片的数量更小的辐射瓦片数量；e)将所述总体网格模型的所述网格数据传输至所述多个CPU；f)在所述多个CPU之间平衡所述辐射瓦片的数量，从而针对每个CPU创建其自身的待处理辐射瓦片的列表、和所输入的待处理辐射瓦片的列表、以及CPU供体和CPU受体的列表；以及2)在第二阶段g)可选地针对每个辐射瓦片计算各向异性切比雪夫距离；h)通过在每个CPU上执行并行计算来执行射线追踪，其中，针对每个CPU从所述CPU自身的待处理辐射瓦片的列表开始，执行下列步骤：-在每个CPU上独立于彼此发射所述射线追踪的所有射线，-定位辐射源，-可选地将定位的所述辐射源进行几何和/或热适配，-将定位的所述辐射源直接存储在所述自身的待处理辐射瓦片的列表中；以及ⅰ)当所有自身的待处理辐射瓦片已被处理时，-在所述CPU受体上针对所输入的所述待处理辐射瓦片重复以上步骤h)直到不存在待处理辐射瓦片，以及-将通过所述射线追踪定位的用于所输入的所述待处理辐射瓦片的定位的所述辐射源暂时存储在缓冲器中；j)因此，在处理了所有辐射瓦片后，所述CPU受体将所输入的所述待处理辐射瓦片的定位的所述辐射源发送回所述CPU供体；以及k)优选地在从CPU受体接收后立即将由所述CPU供体接收的所输入的所述待处理辐射瓦片的定位的所述辐射源写入所述CPU受体自身的待处理辐射瓦片的列表中；以及1)可选地删除不再需要的数据。在另一实施方式中，公开了根据上述的方法，其中所述射线追踪的方法是具有反向射线追踪的基于体素的射线追踪方法。在另一实施方式中，公开了根据上述的方法，其中在步骤f)中，在所述多个CPU之间平衡所述辐射瓦片的数量通过以下步骤完成：I.确定在CPU上存在的在本地限定的辐射瓦片的数量N；II.计算在所述多个CPU上的算术平均值Nav；III.从具有过量辐射瓦片N1>Nav的CPU供体中虚拟地去除一部分辐射瓦片ΔΝ并将所述过量辐射瓦片分配给相邻的具有N2<Nav的CPU受体，使得满足条件N1＝Nav或N2＝Nav；以及IV.重复步骤III，直到不再能够在所述多个CPU之间平衡所述辐射瓦片。在另一实施方式中，公开了根据上述的方法，其中，在射线追踪期间离开辐射瓦片的所有射线被表征为一束向量，每个向量表示单个射线的方向且其中在射线追踪开始之前，通过用将沿笛卡尔方向+Z的所述一束向量的中心向量转换成所述辐射瓦片的法向量的旋转矩阵乘以所述向量而使所述一束向量集中在每个相应辐射瓦片的所述法向量周围。在另一实施方式中，公开了根据上述的方法，其中如果针对所述多个网格单元中的每个网格单元的每一侧面分配一个ID，则对于所述辐射瓦片中的每一者，针对用于每个辐射瓦片的每个网格单元存储有三个ID，从而相对于所述总体网格模型充分地表征所述多个辐射瓦片。在另一实施方式中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过计算漫灰表面之间的辐射交换来模拟热耦合表面辐射对固体的影响的方法，所述固体具有至少一个能够暴露于辐射的表面，其中，待暴露于辐射的一个或多个表面被适应性地按级细分成具有相同或实质相同的辐射强度的辐射瓦片，且从所述辐射产生的所述热耦合表面辐射对所述固体的影响的计算借助于分级视角因数法来部分地执行，所述视角因数法包括使用主立体角分区的立体角积分估算，所述主立体角分区包括齐次视角因数离散化，其中每个立体角分区通过球面投影被适应性地按级离散成其部分区域且其中所述立体角积分的所有部分量的总和能够借助于射线追踪来确定。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.01 DK PA2014003521.一种通过计算漫灰表面之间的辐射交换来模拟热耦合表面辐射对固体的影响的方法，所述固体具有至少一个能够暴露于辐射的表面，其中，待暴露于辐射的一个或多个表面被适应性地按级细分成具有相同或实质相同的辐射强度的辐射瓦片，且从所述辐射产生的所述热耦合表面辐射对所述固体的影响的计算借助于分级视角因数法来部分地执行，所述视角因数法包括使用主立体角分区的立体角积分估算，所述主立体角分区包括齐次视角因数离散化，其中每个立体角分区通过球面投影被适应性地按级离散成其部分区域且其中所述立体角积分的所有部分量的总和能够借助于射线追踪来确定。2.根据权利要求1所述的方法，其中，根据所述方法来加速所述射线追踪。3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，根据所述方法通过辐射瓦片群集来加速所述射线追踪。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，根据所述方法通过各向异性切比雪夫距离法来加速所述射线追踪。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，根据所述方法借助并行计算来加速所述射线追踪。6.一种射线追踪方法，所述射线追踪方法用于根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中在包括多个CPU的计算机系统上借助于并行计算执行射线追踪，所述方法包括：1)在第一阶段a)限定至少一个辐射源；b)限定形成多个辐射瓦片的辐射瓦片的数量，和形成多个网格单元的网格单元的数量，所述多个网格单元包括所述多个辐射瓦片；c)生成包括网格数据的总体网格模型，所述网格数据包括关于所述多个辐射瓦片和所述多个网格单元的信息；d)通过瓦片群集可选地减少所述辐射瓦片的数量以生成比初始限定的所述辐射瓦片的数量更小的辐射瓦片数量；e)将所述总体网格模型的所述网格数据传输至所述多个CPU；f)在所述多个CPU之间平衡所述辐射瓦片的数量，从而针对每个CPU创建其自身的待处理辐射瓦片的列表、和所输入的待处理辐射瓦片的列表、以及CPU供体和CPU受体的列表；以及2)在第二阶段g)可选地针对每个辐射瓦片计算各向异性切比雪夫距离；h)通过在每个CPU上执行并行计算来执行射线追踪，其中，针对每个CPU从所述CPU自身的待处理辐射瓦片的列表开始，执行下列步骤：-在每个CPU上独立于彼此发射所述射线追踪的所有射线，-定位辐射源，-可选地对定位的所述辐射源进行几何和/或热适配，-将定位的所述辐射源直接存储在所述自身的待处理辐射瓦片的列表中；以及ⅰ)当所有自身的待处理辐射瓦片已被处理时，-在所述CPU受体上针对所输入的所述待处理辐射瓦片重复以上步骤h)直到不存在待处理辐射瓦片，以及-将通过所述射线追踪而定位的、关于所输入的所述待处理辐射瓦片的所定位的所述辐射源暂时存储在缓冲器中；j)因此，在处理了所有辐射瓦片后，所述CPU受体将所输入的所述待处理辐射瓦片的所定位的所述辐射源发送回所述CPU供体；以及k)优选地在从CPU受体接收后，立即将由所述CPU供体接收的所输入的所述待处理辐射瓦片的所定位的所述辐射源写入所述CPU受体自身的待处理辐射瓦片的列表中；以及1)可选地删除不再需要的数据。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述射线追踪方法是具有反向射线追踪的基于体素的射线追踪方法。8.根据权利要求6所述的方法，其中在步骤f)中，在所述多个CPU之间平衡所述辐射瓦片的数量通过以下步骤完成：I.确定CPU上存在的在本地限定的辐射瓦片的数量N；II.计算在所述多个CPU上的算术平均值Nav；III.从具有过量辐射瓦片N1>Nav的CPU供体中虚拟地去除一部分辐射瓦片ΔΝ并将所述过量辐射瓦片分配给相邻的具有N2<Nav的CPU受体，使得满足条件N1＝Nav或N2＝Nav；以及IV.重复步骤III，直到不再能够在所述多个CPU之间平衡所述辐射瓦片。9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其中，在射线追踪期间离开辐射瓦片的所有射线被表征为一束向量，每...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·费恩伯格，
申请(专利权)人：马格马铸造工艺有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE