本发明涉及工程仿真信息的三维图形可视化，尤其是涉及工程仿真模型表面信息快速提取方法。
背景技术：
1、基于有限元方法的建筑物三维数值仿真是验证设计方案合理性和评判工程安全的重要手段，在实际应用中，有限元分析需要将关注的工程区域离散为网格模型，为了保证计算精度，这些网格模型往往需要包含数万甚至数十万的节点坐标和单元-节点拓扑信息，数据量巨大，此外，与网格模型相匹配的分析结果同样需要包含海量数据。以静力分析为例，结果数据包含了每个分析步各节点的位移信息和各单元积分点的状态信息，其数据量是网格模型的数倍。
2、为了直观地了解模型的几何形体和结果的分布规律，需要对相关数据进行渲染以生成图形，在某些应用场景，如网页端模型展示，图形渲染的实时性要求较高，直接处理原始数据将难以满足，因此，有必要对三维数值仿真的模型进行轻量化处理，以便能够快速生成图形。
技术实现思路
1、为了克服上述问题，本发明的目的是提供工程仿真模型表面信息快速提取方法，该方法可以对大量的网格模型和分析结果数据进行轻量化处理，提升图形渲染的实时性。
2、本发明采用的技术方案是：包括表面网格信息ns、es的提取和表面结果信息ps、qs的提取，所述表面网格信息的提取包括单元分解、单元面索引构建，表面单元面提取，表面节点提取及重编号；所述表面结果信息的提取包括表面节点结果信息提取，单元积分点结果转换。
3、进一步的，所述工程仿真模型网格数据包括各节点i坐标n[i][j]和各单元i所包含的节点编号e[i][j]；
4、其中，n[i][j]中，i＝1,…,nnode；j＝1,…,3，nnode为网格中节点数量单元；e[i][j]中，i＝1,…,nelem，nelem为网格中单元数量，ti为单元类型，为该类型单元包含的节点数；
5、对于相同类型t的单元i1、i2，节点编号的排列方式相同。
6、进一步的，根据工程仿真模型的表面网格数据即可将其渲染为图形，包括各表面节点坐标ns和各表面单元面的节点编号es，其数据存储方式同n、e，所述表面网格信息的提取步骤为：
7、s01：构建字典d存储网格中所有单元面信息，遍历单元，具体执行过程为：
8、s011：对任一单元i，依据与单元类型ti对应的指标将其分解为单元面，这里表示ti类型的单元中第j个单元面的第k个节点在e[i][…]中的位置，则单元面j中节点编号为
9、其中，中，为ti类型单元具有的单元面数，ti,j为单元i第j个单元面的类型，为该类型单元面所具有的节点数；
10、s012：对单元i的任一单元面j，构建由节点编号的有序排列所构成的元组k(i,j)。
11、s013：判读d是否已包含k(i,j)，若否，则构造数组v(i,j)，其含有的唯一元素为元组(i,j)，并将k(i,j)、v(i,j)作为键值对添加至d；若是，则将(i,j)添加至d中与k(i,j)对应的值d[k(i,j)]中；
12、s02：筛选字典d中的键值对形成字典ds，使得对ds中任一键值对(kl,vl)，vl包含的元素数为1，记该元素为(il,jl)，即表面单元面l仅被一个单元il包含，且为该单元的第jl个单元面；其中，(kl,vl)中，为网格中表面单元面的数量，l作为表面网格中单元面的编号；
13、s03：构造字典is存储表面节点编号，遍历ds，对任一单元面l，将其所含节点的编号添加为is的键，遍历完成后，对is的值自1开始编号，作为表面网格中节点的编号，从而ns[i][j]＝n[is[i]][j]，其中j＝1,…,3，表示表面网格中节点数量，
14、
15、进一步的，所述工程仿真模型表面结果信息中节点结果信息p[i][j]通过字典is提取为表面网格上的结果信息，从而ps[is[i]][j]＝p[i][j]，其中，i＝1,…,nnode，为节点上结果数量。
16、进一步的，所述工程仿真模型表面结果信息中各单元i上各积分点结果信息q[i][j][k]，其中，i＝1,…,nelem，为ti类型单元中积分点数，为积分点j上结果数量，通过以下步骤提取为表面网格的结果信息：
17、步骤一：转换单元上结果至表面节点，遍历ds，对任一单元面l及包含该单元面的单元il，若
18、
19、为正定方程则对其直接求解，式中为待求解的未知量，表示单元il的结果分配至单元中第m个节点的量，为第m个节点的有限元插值形函数在积分点j位置的值，与单元类型相关；若为不定方程，对某些节点m1、m2引入约束条件以保证方程为正定的；
20、步骤二：为单元il内各表面节点e[il][m]∈is记录单元编号il，形成集合以存储包含该节点的所有单元；
21、步骤三：遍历所有表面节点is∈is，对包含该节点的所有单元分配至节点is的结果取平均值，得到表面网格中各节点的结果信息
22、其中card表示集合的元素个数。
23、进一步的，所述表面网格信息ns、es和表面结果信息ps、qs，表面网格上任一点o的结果通过对其所在单元面io各节点上结果进行有限元插值获得：
24、
25、其中，表示单元面类型，表示该单元面网格数量，表示o点位置的有限元插值形函数值。
26、进一步的，所述表面网格信息的提取中，单元内节点应按事先约定的模式编号，且网格内不存在中空、缝隙情况。
27、进一步的，所述字典d或ds采用平衡二叉树或哈希表存储，实现单元分解过程中的单元面快速去重。
28、进一步的，所述表面网格信息的提取中单元面索引构建及表面单元面的判断方法中，单元面以其包含节点的编号的有序排列作为唯一识别，通过二分查找或哈希算法快速查找标识，实现单元分解过程中的单元面去重；
29、表面单元面以仅属于一个单元作为判断标准，据此筛选表面单元面、构建表面节点索引并最终形成表面网格。
30、进一步的，所述表面结果信息的提取中积分点结果转换，单元积分点上结果通过矩阵求逆的方式转换至节点，各节点对源自所属单元的结果取平均，得到单元上数据转换至节点后的最终结果；
31、表面节点上的结果信息利用表面网格提取过程中构建的表面节点索引直接提取。
32、本发明的有益效果：
33、本发明工程仿真模型表面信息快速提取方法，该方法相比于直接处理有限元分析原始数据，可基于算法快速自动提取表面网格及结果信息，极大减少需要传输和处理的数据量，实现有限元分析信息的快速渲染，从而实现三维数值仿真模型的轻量化处理，能够快速生成图形，提升图形渲染的实时性。
1.工程仿真模型表面信息快速提取方法，其特征在于，包括表面网格信息ns、es的提取和表面结果信息ps、qs的提取，所述表面网格信息的提取包括单元分解、单元面索引构建，表面单元面提取，表面节点提取及重编号；所述表面结果信息的提取包括表面节点结果信息提取，单元积分点结果转换。
2.根据权利要求1所述的工程仿真模型表面信息快速提取方法，其特征在于，所述工程仿真模型表面网格数据包括各节点i坐标n[i][j]和各单元i所包含的节点编号e[i][j]；
3.根据权利要求2所述的工程仿真模型表面信息快速提取方法，其特征在于，根据工程仿真模型的表面网格数据即可将其渲染为图形，包括各表面节点坐标ns和各表面单元面的节点编号es，其数据存储方式同n、e，所述表面网格信息的提取步骤为：
4.根据权利要求1所述的工程仿真模型表面信息快速提取方法，其特征在于，所述工程仿真模型表面结果信息中节点结果信息p[i][j]通过字典is提取为表面网格上的结果信息，从而ps[is[i]][j]＝p[i][j]，其中，i＝1,...,nnode，为节点上结果数量。
5.根据权利要求1所述的工程仿真模型表面信息快速提取方法，其特征在于，所述工程仿真模型表面结果信息中各单元i上各积分点结果信息q[i][j][k]，其中，为ti类型单元中积分点数，为积分点j上结果数量，通过以下步骤提取为表面网格的结果信息：
6.根据权利要求1所述的工程仿真模型表面信息快速提取方法，其特征在于，所述表面网格信息ns、es和表面结果信息ps、qs，表面网格上任一点o的结果通过对其所在单元面io各节点上结果进行有限元插值获得：
7.根据权利要求1所述的工程仿真模型表面信息快速提取方法，其特征在于，所述表面网格信息的提取中，单元内节点应按事先约定的模式编号，且网格内不存在中空、缝隙情况。
8.根据权利要求3或5所述的工程仿真模型表面信息快速提取方法，其特征在于，所述字典d或ds采用平衡二叉树或哈希表存储，实现单元分解过程中的单元面快速去重。
9.根据权利要求1所述的工程仿真模型表面信息快速提取方法，其特征在于，所述表面网格信息的提取中单元面索引构建及表面单元面的判断方法中，单元面以其包含节点的编号的有序排列作为唯一识别，通过二分查找或哈希算法快速查找标识，实现单元分解过程中的单元面去重；
10.根据权利要求1所述的工程仿真模型表面信息快速提取方法，其特征在于，所述表面结果信息的提取中积分点结果转换和基于表面节点索引的结果信息提取中，单元积分点上结果通过矩阵求逆的方式转换至节点，各节点对源自所属单元的结果取平均，得到单元上数据转换至节点后的最终结果；
