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连续过程数值仿真结果的动画处理技术 曹裕华 中周窀气动力研究与发展中心超高速所，叫川绵阳 邮编622663 摘要：动画演不个连缝动态过程具f『形象生动，便于理解的优点，这对只有单纯的数据描述，平常少见的 动态过程更为如此。本文在介绍微机工作站的四种动画显示方法之后，接着介绍了根据数值仿真结果制作动画 幽面的方法和连续动态过程的动画演示算法 文巾指m影响动画影响速度朐主要因素是从磁盘读取图像文件速 度远比把内存的图象数据写入帧缓冲器迷度幢，为此分析丁动画演示过程中存在的井仃性，提出，并行处理演 小过程思想及算法，由予要求动画画面具有连贳。陀，相邻l西面之间变化必须很小。因此整套动画数据冗余量大， 为r进一步提高图象数据文件读入内存的述度，从而提高动画演习i速度，文中还介绍r动画画面数据压缩思想。 关键词：动画：数值仿真：并行处理；数据压缔i 引言 随着计算机技术的发展，人们可对』}常复杂的现象和过程进行计算机仿真，由1二具有无损 耗、可重复的特点；计算机仿真己越来越受人们的重视。它通过按时间离散处理连续过程，建 立数学模’型，在计算机l数值求解关键干寸刻的状态，米揭示事物发展的规律。由于规律和物理 概念隐含在数据中：对计算结果进行分日i和处理后才能获得。在演变机制和计算模型简单．数 据量不夫的情况F，数据可以人T：分析处理，然商，如果计算模型和变化过程复杂，数据量太， 人J：处理数据变得极端困难而且效果不好，人们根据单纯的数字信息难于理解结果所含物理概 念，想象不出连续变化的过程。 计算机图形图像技术的应tEIj和发展使科学计算可视化技术和计算机动画技术逐渐成为各应 用领域分析处理数据的有力工具。本文的二作就是利用这两种技术，把每个时刻的计算数据可 视化成图形，经过图像存取，按时问先后次序逐帧放映，以动画形式呈现在用户面前，为用户 提供直观形象的连续动态演变过程，作：自系统分析和仿真的手段， 1微机工作站的动画显示方法 动厕是通过着色一连串的静态幽形(称之为画面)的影像，然后调整放映，利用视觉暂留 现象，使眼睛相信那些影像是动态的．这是动画显示的基本原理。在微机_[作站中，常用的动 画显示方法有以下4种，其中前三种用．‘微机，后一种常t}}j丁-下作站。 1．1边擦边画法 这种方法对所有具各醋形功能的软件都适台，具体实施时只要将前一幅画面改变部分擦 去，再画上新的部分，连续不断地擦和画使图形产牛动的娥寥。谚方法的优点在于无论动晒过 程多长，不会增加有贮空间开销，但只适于少量象索改变的情况。 1．2图形变换法 当画面部分变化比较复杂，但只为局部位置改变，采用边擦边画法以于达到动态效果，这 时可以采用此法，实施办法足开辟一块内存，将画面改变部分有效放在该块内存，然后将其连 续不断地在不同位置画上，并用背景色覆盖移动前的局部画面。方法l是点操作过程，本方法 是块操作，它只能反映图形内容的位置变化，而不能反映其形状变化，其优点是需要的存贮空 间很小。 1．3卡片动画法 先将每幅画面制作出来存好，然后将这些画面按定顺序连续硅示H5来形成动画。这 需要较大的存贮空间和较快的图形调入速度，采用这种方法不仅可以在屏幕的局部实现动 画，也可在全屏幕卜实现动画，但易受内存和速度的限制。 l 4双缓冲区法 将显示器刷新存贮器分成两组，一次只能显示其中一组的图形，而另一组不可见其内 容。这样在显示其中一组刷新存贮器内容的同时．另--N用于存放正在绘制的图形，当绘 制结束，再将两者进行切换(swap 切换，也可使画面动起来。这种方法的优点是直接方便，不需额外的存贮空间有效画面，但需 要很好的计算性能和图形功能。 考虑到具体的应用和现有的技术条件，本文选讨j的是第三种方法，在RS6000320』=作站 系统上开展研究。 2利用数值仿真结果制作动画及动画演示 2．1动画画面制作 结果，更不能使画面根据物理参鼍和几何数据的改变而变化：冈此，利用数值仿真结果制作动 画必须通过程序设计完成，而不能芹j人桃对话进行。 数值仿真结果含有计算模型的表面儿何坐标数据及温度、压力等有关物理参量，这些 结果经过可视化处理后．得到的画面反映模型在菜个时刻的表面状态，特别是颜色、形状 和亮度等信息。模型的几何形状通过对计算网格拟合曲面确定，而模犁表面的颧色、亮度 需要综合几何形状和物理参量信息，近似模拟。例如存制作材料烧蚀动画时．根据模型表 面温度分布，确定捌料表面