本發(fā)明涉及渲染領(lǐng)域，尤其涉及一種基于高性能計算的流體云仿真渲染系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

渲染是指利用計算機圖像生成技術(shù)，通過對計算機中數(shù)據(jù)化物體的幾何模型附上一定的材質(zhì)、紋理及色彩等計算圖形元素，在一定的光源設(shè)置條件下計算生成具有真實感的物體狀態(tài)的場景圖像。

計算流體力學(xué)主要研究通過計算機和數(shù)值方法來求解流體運動的控制偏微分方程組，并通過得到的流場和其它相關(guān)物理場來研究流體流動現(xiàn)象以及有關(guān)物理或化學(xué)過程，從而對流體力學(xué)問題進行模擬和分析。

高性能計算是一種計算機集群系統(tǒng)，它通過各種互聯(lián)技術(shù)將多個計算機系統(tǒng)連接在一起，利用所有被連接系統(tǒng)的綜合計算能力來處理大型計算問題，所以又通常被稱為高性能計算集群。

現(xiàn)有市場上的商業(yè)計算渲染軟件中，關(guān)于流體的渲染是通過對渲染軟件添加或者自行編輯流體計算插件，輸入的流體參數(shù)較為簡單，如流量、速度、密度等，再經(jīng)由一些經(jīng)驗性、概率性計算方法得到流體的流動幾何形狀和密度分布。此方法對于大、中尺度的不可壓縮流體模擬效果很好，但對于流體細節(jié)區(qū)域(如水花區(qū)、泡沫區(qū))形狀和性質(zhì)描述、流固耦合變形、可壓縮氣態(tài)流體運動等其他流體運動情況無法給出足夠準確結(jié)果，通常是渲染人員最終人為調(diào)整這些特定區(qū)域的位置、大小等，然后賦予其一些特殊計算圖形學(xué)的材質(zhì)、貼圖等進行計算渲染，整個過程常常需要反復(fù)教調(diào)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種基于高性能計算的流體云仿真渲染系統(tǒng)以及方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種基于高性能計算的流體云仿真渲染系統(tǒng)，包括：

客戶端，用于獲取用戶輸入的渲染數(shù)據(jù)；

工業(yè)云，由高性能計算機集群組成，用于接收所述渲染數(shù)據(jù)，運行流體力學(xué)仿真軟件得到流體幾何模型，并將流體幾何模型的結(jié)果導(dǎo)入渲染云；

渲染云，由高性能計算機集群組成，用于接收所述流體幾何模型的結(jié)果，運行渲染云軟件得到渲染后的圖片，并將渲染后的圖片回傳至客戶端。

在本發(fā)明所述的基于高性能計算的流體云仿真渲染系統(tǒng)中，所述工業(yè)云還用于將流體力學(xué)仿真軟件的實時的計算進度和計算信息返回至客戶端進行同步顯示；所述渲染云還用于將渲染云軟件的計算進度和計算信息返回至客戶端進行同步顯示。

在本發(fā)明所述的基于高性能計算的流體云仿真渲染系統(tǒng)中，所述渲染數(shù)據(jù)包括：在客戶端本地的渲染軟件中設(shè)置的渲染云軟件所需的渲染參數(shù)以及通過注冊登錄高性能計算平臺設(shè)置的流體力學(xué)仿真軟件所需的仿真參數(shù)。

在本發(fā)明所述的基于高性能計算的流體云仿真渲染系統(tǒng)中，所述渲染參數(shù)包括：場景的模型、材質(zhì)、光照以及不同流體特征部分的計算圖形元素。

在本發(fā)明所述的基于高性能計算的流體云仿真渲染系統(tǒng)中，所述仿真參數(shù)包括：客戶端所選擇的具體的流體模型以及對該流體模型的修正參數(shù)，所述修正參數(shù)包括：流體參數(shù)和流域的參數(shù)、計算模擬精度以及求解參數(shù)。

本發(fā)明還公開了一種基于高性能計算的流體云仿真渲染方法，

S1、客戶端獲取用戶輸入的渲染數(shù)據(jù)；

S2、由高性能計算機集群組成的工業(yè)云接收所述渲染數(shù)據(jù)，運行流體力學(xué)仿真軟件得到流體幾何模型，并將流體幾何模型的結(jié)果導(dǎo)入渲染云；

S3、由高性能計算機集群組成的渲染云接收所述流體幾何模型的結(jié)果，運行渲染云軟件得到渲染后的圖片，并將渲染后的圖片回傳至客戶端。

在本發(fā)明所述的基于高性能計算的流體云仿真渲染方法中，

步驟S2中，工業(yè)云還將流體力學(xué)仿真軟件的實時的計算進度和計算信息返回至客戶端進行同步顯示；

步驟S3中，渲染云還將渲染云軟件的計算進度和計算信息返回至客戶端進行同步顯示。

在本發(fā)明所述的基于高性能計算的流體云仿真渲染方法中，獲取用戶輸入的渲染數(shù)據(jù)包括：

S11、在客戶端本地的渲染軟件中設(shè)置渲染云軟件所需的渲染參數(shù)；

S12、客戶端通過注冊登錄高性能計算平臺設(shè)置流體力學(xué)仿真軟件所需的仿真參數(shù)。

在本發(fā)明所述的基于高性能計算的流體云仿真渲染方法中，所述渲染參數(shù)包括：場景的模型、材質(zhì)、光照以及不同流體特征部分的計算圖形元素。

在本發(fā)明所述的基于高性能計算的流體云仿真渲染方法中，步驟S12包括：客戶端注冊登錄高性能計算平臺，選擇具體的流體模型后對該流體模型進行修正，修正包括：設(shè)置流體參數(shù)和流域的參數(shù)、計算模擬精度以及求解參數(shù)。

實施本發(fā)明的基于高性能計算的流體云仿真渲染系統(tǒng)以及方法，具有以下有益效果：本發(fā)明利用工業(yè)云部分來運行計算流體力學(xué)軟件，并將模型結(jié)果自動導(dǎo)入到渲染云部分進行渲染，改變了原有渲染軟件依靠經(jīng)驗插件計算流體流動，依靠人為經(jīng)驗修改流體模型來實現(xiàn)流體渲染的行業(yè)現(xiàn)狀，大幅提高了流體渲染場景制作的效率和流體渲染出圖真實性。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中：

圖1是本發(fā)明的基于高性能計算的流體云仿真渲染系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的基于高性能計算的流體云仿真渲染方法的流程圖。

具體實施方式

為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖詳細說明本發(fā)明的具體實施方式。

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中依靠經(jīng)驗插件計算流體流動，依靠人為經(jīng)驗修改流體模型來實現(xiàn)流體渲染的行業(yè)現(xiàn)狀，本發(fā)明利用工業(yè)云部分來運行計算流體力學(xué)軟件，并將模型結(jié)果自動導(dǎo)入到渲染云部分進行渲染，大幅提高了流體渲染場景制作的效率和流體渲染出圖真實性。

參考圖1，是本發(fā)明的基于高性能計算的流體云仿真渲染系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

本發(fā)明的基于高性能計算的流體云仿真渲染系統(tǒng)包括以下三個部分：

客戶端，用于獲取用戶輸入的渲染數(shù)據(jù)；

工業(yè)云，用于接收所述渲染數(shù)據(jù)，運行流體力學(xué)仿真軟件得到流體幾何模型，并將流體幾何模型的結(jié)果導(dǎo)入渲染云；

渲染云，用于接收所述流體幾何模型的結(jié)果，運行渲染云軟件得到渲染后的圖片，并將渲染后的圖片回傳至客戶端。

其中的工業(yè)云和渲染云都是屬于現(xiàn)有的高性能計算集群。在應(yīng)用實現(xiàn)上，可以設(shè)計一個包含工業(yè)云和渲染云的高性能計算平臺開放給客戶端的用戶，客戶端的用戶通過注冊的方式登錄高性能計算平臺，然后與工業(yè)云和渲染云進行交互。

優(yōu)選的，為了便于客戶端的用戶了解渲染進度，所述工業(yè)云還用于將流體力學(xué)仿真軟件的實時的計算進度和計算信息返回至客戶端進行同步顯示；所述渲染云還用于將渲染云軟件的計算進度和計算信息返回至客戶端進行同步顯示。

其中，客戶端獲取的渲染數(shù)據(jù)包括：在客戶端本地的渲染軟件中設(shè)置的渲染云軟件所需的渲染參數(shù)以及通過注冊登錄高性能計算平臺設(shè)置的流體力學(xué)仿真軟件所需的仿真參數(shù)。

具體的，所述渲染參數(shù)包括：場景的模型、材質(zhì)、光照以及不同流體特征部分的計算圖形元素。計算圖形元素包括貼圖、紋理、透明度等。

具體的，所述仿真參數(shù)包括：客戶端所選擇的具體的流體模型以及對該流體模型的修正參數(shù)，所述修正參數(shù)包括：流體參數(shù)和流域的參數(shù)、計算模擬精度以及時間等求解參數(shù)。

也就是說客戶端主要需要輸入兩種類型的參數(shù)：渲染參數(shù)和仿真參數(shù)，仿真參數(shù)是用于在工業(yè)云執(zhí)行流體仿真，渲染參數(shù)是用于在渲染云執(zhí)行渲染。工業(yè)云主要是依據(jù)其中的仿真參數(shù)進行流體計算，在用戶滿意或者達到計算模擬精度之后自動將流體幾何模型內(nèi)的流體部分標記，并將仿真結(jié)果發(fā)送給渲染云。渲染云根據(jù)客戶端獲取的場景的模型、材質(zhì)、光照，調(diào)取與客戶端匹配的渲染云軟件，并設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，根據(jù)用戶需指定或者預(yù)設(shè)好的不同流體特征部分的計算圖形元素(貼圖、紋理、透明度等)開始渲染，期間用戶可查看進度以及預(yù)渲染縮略圖結(jié)果，最終得到渲染完成的圖片將自動回傳至用戶指定位置。

另外，其中的流體力學(xué)仿真軟件、渲染云軟件都是現(xiàn)有的軟件，此處不再贅述。本發(fā)明的目的是利用不同的高性能計算集群實現(xiàn)不同的軟件功能，工業(yè)云的執(zhí)行結(jié)果自動發(fā)送給渲染云，實現(xiàn)數(shù)據(jù)在不同軟件之間無縫對接，當然，整個渲染系統(tǒng)的工作方式也可以改為人為操作下的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)計算。

圖2是本發(fā)明的基于高性能計算的流體云仿真渲染方法的流程圖。

本發(fā)明的基于高性能計算的流體云仿真渲染方法，包括以下主要步驟：

S1、客戶端獲取用戶輸入的渲染數(shù)據(jù)；

S2、由高性能計算機集群組成的工業(yè)云接收所述渲染數(shù)據(jù)，運行流體力學(xué)仿真軟件得到流體幾何模型，并將流體幾何模型的結(jié)果導(dǎo)入渲染云；

S3、由高性能計算機集群組成的渲染云接收所述流體幾何模型的結(jié)果，運行渲染云軟件得到渲染后的圖片，并將渲染后的圖片回傳至客戶端。

優(yōu)選的，為了便于客戶端的用戶了解渲染進度，步驟S2中，工業(yè)云還將流體力學(xué)仿真軟件的實時的計算進度和計算信息返回至客戶端進行同步顯示；步驟S3中，渲染云還將渲染云軟件的計算進度和計算信息返回至客戶端進行同步顯示。

其中，步驟S1中所述的獲取用戶輸入的渲染數(shù)據(jù)包括：

S11、在客戶端本地的渲染軟件中設(shè)置渲染云軟件所需的渲染參數(shù)；

其中，所述渲染參數(shù)包括：場景的模型、材質(zhì)、光照以及不同流體特征部分的計算圖形元素(貼圖、紋理、透明度等)。

S12、客戶端通過注冊登錄高性能計算平臺設(shè)置流體力學(xué)仿真軟件所需的仿真參數(shù)，具體包括：客戶端注冊登錄高性能計算平臺，選擇具體的流體模型后對該流體模型進行修正，修正包括：設(shè)置流體參數(shù)和流域的參數(shù)、計算模擬精度以及求解參數(shù)。

綜上所述，實施本發(fā)明的基于高性能計算的流體云仿真渲染系統(tǒng)以及方法，具有以下有益效果：本發(fā)明利用工業(yè)云部分來運行計算流體力學(xué)軟件，并將模型結(jié)果自動導(dǎo)入到渲染云部分進行渲染，改變了原有渲染軟件依靠經(jīng)驗插件計算流體流動，依靠人為經(jīng)驗修改流體模型來實現(xiàn)流體渲染的行業(yè)現(xiàn)狀，大幅提高了流體渲染場景制作的效率和流體渲染出圖真實性。

上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護之內(nèi)。