一种基于高性能计算的流体云仿真渲染系统以及方法与流程

本发明涉及渲染领域，尤其涉及一种基于高性能计算的流体云仿真渲染系统。

背景技术：

渲染是指利用计算机图像生成技术，通过对计算机中数据化物体的几何模型附上一定的材质、纹理及色彩等计算图形元素，在一定的光源设置条件下计算生成具有真实感的物体状态的场景图像。

计算流体力学主要研究通过计算机和数值方法来求解流体运动的控制偏微分方程组，并通过得到的流场和其它相关物理场来研究流体流动现象以及有关物理或化学过程，从而对流体力学问题进行模拟和分析。

高性能计算是一种计算机集群系统，它通过各种互联技术将多个计算机系统连接在一起，利用所有被连接系统的综合计算能力来处理大型计算问题，所以又通常被称为高性能计算集群。

现有市场上的商业计算渲染软件中，关于流体的渲染是通过对渲染软件添加或者自行编辑流体计算插件，输入的流体参数较为简单，如流量、速度、密度等，再经由一些经验性、概率性计算方法得到流体的流动几何形状和密度分布。此方法对于大、中尺度的不可压缩流体模拟效果很好，但对于流体细节区域(如水花区、泡沫区)形状和性质描述、流固耦合变形、可压缩气态流体运动等其他流体运动情况无法给出足够准确结果，通常是渲染人员最终人为调整这些特定区域的位置、大小等，然后赋予其一些特殊计算图形学的材质、贴图等进行计算渲染，整个过程常常需要反复教调。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于高性能计算的流体云仿真渲染系统以及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于高性能计算的流体云仿真渲染系统，包括：

客户端，用于获取用户输入的渲染数据；

工业云，由高性能计算机集群组成，用于接收所述渲染数据，运行流体力学仿真软件得到流体几何模型，并将流体几何模型的结果导入渲染云；

渲染云，由高性能计算机集群组成，用于接收所述流体几何模型的结果，运行渲染云软件得到渲染后的图片，并将渲染后的图片回传至客户端。

在本发明所述的基于高性能计算的流体云仿真渲染系统中，所述工业云还用于将流体力学仿真软件的实时的计算进度和计算信息返回至客户端进行同步显示；所述渲染云还用于将渲染云软件的计算进度和计算信息返回至客户端进行同步显示。

在本发明所述的基于高性能计算的流体云仿真渲染系统中，所述渲染数据包括：在客户端本地的渲染软件中设置的渲染云软件所需的渲染参数以及通过注册登录高性能计算平台设置的流体力学仿真软件所需的仿真参数。

在本发明所述的基于高性能计算的流体云仿真渲染系统中，所述渲染参数包括：场景的模型、材质、光照以及不同流体特征部分的计算图形元素。

在本发明所述的基于高性能计算的流体云仿真渲染系统中，所述仿真参数包括：客户端所选择的具体的流体模型以及对该流体模型的修正参数，所述修正参数包括：流体参数和流域的参数、计算模拟精度以及求解参数。

本发明还公开了一种基于高性能计算的流体云仿真渲染方法，

S1、客户端获取用户输入的渲染数据；

S2、由高性能计算机集群组成的工业云接收所述渲染数据，运行流体力学仿真软件得到流体几何模型，并将流体几何模型的结果导入渲染云；

S3、由高性能计算机集群组成的渲染云接收所述流体几何模型的结果，运行渲染云软件得到渲染后的图片，并将渲染后的图片回传至客户端。

在本发明所述的基于高性能计算的流体云仿真渲染方法中，

步骤S2中，工业云还将流体力学仿真软件的实时的计算进度和计算信息返回至客户端进行同步显示；

步骤S3中，渲染云还将渲染云软件的计算进度和计算信息返回至客户端进行同步显示。

在本发明所述的基于高性能计算的流体云仿真渲染方法中，获取用户输入的渲染数据包括：

S11、在客户端本地的渲染软件中设置渲染云软件所需的渲染参数；

S12、客户端通过注册登录高性能计算平台设置流体力学仿真软件所需的仿真参数。

在本发明所述的基于高性能计算的流体云仿真渲染方法中，所述渲染参数包括：场景的模型、材质、光照以及不同流体特征部分的计算图形元素。

在本发明所述的基于高性能计算的流体云仿真渲染方法中，步骤S12包括：客户端注册登录高性能计算平台，选择具体的流体模型后对该流体模型进行修正，修正包括：设置流体参数和流域的参数、计算模拟精度以及求解参数。

实施本发明的基于高性能计算的流体云仿真渲染系统以及方法，具有以下有益效果：本发明利用工业云部分来运行计算流体力学软件，并将模型结果自动导入到渲染云部分进行渲染，改变了原有渲染软件依靠经验插件计算流体流动，依靠人为经验修改流体模型来实现流体渲染的行业现状，大幅提高了流体渲染场景制作的效率和流体渲染出图真实性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明的基于高性能计算的流体云仿真渲染系统的结构示意图；

图2是本发明的基于高性能计算的流体云仿真渲染方法的流程图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

为了解决现有技术中依靠经验插件计算流体流动，依靠人为经验修改流体模型来实现流体渲染的行业现状，本发明利用工业云部分来运行计算流体力学软件，并将模型结果自动导入到渲染云部分进行渲染，大幅提高了流体渲染场景制作的效率和流体渲染出图真实性。

参考图1，是本发明的基于高性能计算的流体云仿真渲染系统的结构示意图。

本发明的基于高性能计算的流体云仿真渲染系统包括以下三个部分：

客户端，用于获取用户输入的渲染数据；

工业云，用于接收所述渲染数据，运行流体力学仿真软件得到流体几何模型，并将流体几何模型的结果导入渲染云；

渲染云，用于接收所述流体几何模型的结果，运行渲染云软件得到渲染后的图片，并将渲染后的图片回传至客户端。

其中的工业云和渲染云都是属于现有的高性能计算集群。在应用实现上，可以设计一个包含工业云和渲染云的高性能计算平台开放给客户端的用户，客户端的用户通过注册的方式登录高性能计算平台，然后与工业云和渲染云进行交互。

优选的，为了便于客户端的用户了解渲染进度，所述工业云还用于将流体力学仿真软件的实时的计算进度和计算信息返回至客户端进行同步显示；所述渲染云还用于将渲染云软件的计算进度和计算信息返回至客户端进行同步显示。

其中，客户端获取的渲染数据包括：在客户端本地的渲染软件中设置的渲染云软件所需的渲染参数以及通过注册登录高性能计算平台设置的流体力学仿真软件所需的仿真参数。

具体的，所述渲染参数包括：场景的模型、材质、光照以及不同流体特征部分的计算图形元素。计算图形元素包括贴图、纹理、透明度等。

具体的，所述仿真参数包括：客户端所选择的具体的流体模型以及对该流体模型的修正参数，所述修正参数包括：流体参数和流域的参数、计算模拟精度以及时间等求解参数。

也就是说客户端主要需要输入两种类型的参数：渲染参数和仿真参数，仿真参数是用于在工业云执行流体仿真，渲染参数是用于在渲染云执行渲染。工业云主要是依据其中的仿真参数进行流体计算，在用户满意或者达到计算模拟精度之后自动将流体几何模型内的流体部分标记，并将仿真结果发送给渲染云。渲染云根据客户端获取的场景的模型、材质、光照，调取与客户端匹配的渲染云软件，并设置相应的参数，根据用户需指定或者预设好的不同流体特征部分的计算图形元素(贴图、纹理、透明度等)开始渲染，期间用户可查看进度以及预渲染缩略图结果，最终得到渲染完成的图片将自动回传至用户指定位置。

另外，其中的流体力学仿真软件、渲染云软件都是现有的软件，此处不再赘述。本发明的目的是利用不同的高性能计算集群实现不同的软件功能，工业云的执行结果自动发送给渲染云，实现数据在不同软件之间无缝对接，当然，整个渲染系统的工作方式也可以改为人为操作下的数据流转计算。

图2是本发明的基于高性能计算的流体云仿真渲染方法的流程图。

本发明的基于高性能计算的流体云仿真渲染方法，包括以下主要步骤：

S1、客户端获取用户输入的渲染数据；

S2、由高性能计算机集群组成的工业云接收所述渲染数据，运行流体力学仿真软件得到流体几何模型，并将流体几何模型的结果导入渲染云；

S3、由高性能计算机集群组成的渲染云接收所述流体几何模型的结果，运行渲染云软件得到渲染后的图片，并将渲染后的图片回传至客户端。

优选的，为了便于客户端的用户了解渲染进度，步骤S2中，工业云还将流体力学仿真软件的实时的计算进度和计算信息返回至客户端进行同步显示；步骤S3中，渲染云还将渲染云软件的计算进度和计算信息返回至客户端进行同步显示。

其中，步骤S1中所述的获取用户输入的渲染数据包括：

S11、在客户端本地的渲染软件中设置渲染云软件所需的渲染参数；

其中，所述渲染参数包括：场景的模型、材质、光照以及不同流体特征部分的计算图形元素(贴图、纹理、透明度等)。

S12、客户端通过注册登录高性能计算平台设置流体力学仿真软件所需的仿真参数，具体包括：客户端注册登录高性能计算平台，选择具体的流体模型后对该流体模型进行修正，修正包括：设置流体参数和流域的参数、计算模拟精度以及求解参数。

综上所述，实施本发明的基于高性能计算的流体云仿真渲染系统以及方法，具有以下有益效果：本发明利用工业云部分来运行计算流体力学软件，并将模型结果自动导入到渲染云部分进行渲染，改变了原有渲染软件依靠经验插件计算流体流动，依靠人为经验修改流体模型来实现流体渲染的行业现状，大幅提高了流体渲染场景制作的效率和流体渲染出图真实性。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。