Строительные исследования
страница - 0
Разработка на основе OpenGL проблемно-решающей среды моделирования физических процессов переноса ядерных излучений
Лихоманов А.А. (aal@mail.ru), Дербакова Е.П., Клосс Ю.Ю., Колядко Г.С., Пономарев-Степной Н.Н., Мадеев В.Г.
Московский физико-технический институт
1.Введение
Одной из важных проблем моделирования физических процессов переноса ядерных и ионизирующих излучений является визуализация результатов экспериментальных и расчетно-теоретических исследований. Для физика-исследователя необходимо иметь удобную и гибкую среду интерактивной визуализации функционалов полей ядерных излучений, возможность визуализации полей излучений внутри объектов различной геометрии, а также возможность манипуляции, как объектами, так и экспериментально или теоретически полученными полями. Существующие пакеты, такие как MathLab, Mathematica и другие, обладая определёнными преимуществами в использовании, тем не менее, не имеют многих важных функций, необходимых для создания проблемно-ориентированной интерактивной оболочки визуализации полей ядерных излучений в трехмерных средах и объектах.
В настоящей статье предприняты первые шаги построения такой среды на основе стандарта OpenGL, показаны основные приёмы построения интерактивных графических оболочек с помощью OpenGL, дано описание разработанной пилотной версии проблемно-ориентированной оболочки для решения подобных задач в операционной среде Microsoft Windows 2000.
2.Оболочка визуализации полей ядерных излучений
Разработана пилотная версия программной оболочки для визуализации нейтронных и фотонных полей, полученных с помощью программы MCNP4B [9], для решения широкого круга задач переноса ядерных излучений. Программный пакет позволяет визуализировать различные трехмерные функционалы полей излучений, отображать интерактивно различные физические характеристики этих полей (поток, доза, энергия и т.д.), имеется возможность визуализации полей в различных трехмерных объектах с помощью эффекта полупрозрачности. Также есть возможность интерактивно манипулировать объектами (изменение размеров, перемещение, вращение и т.д.). Для написания программы использовалась среда Microsoft Visual С++, а также библиотеки OpenGL MFC (Microsoft Foundation Classes). Был выбран проект mfc appwizard на основе спецификации SDI (Single-Document Interface - интерфейс программ, обеспечивающих единовременную обработку только одного документа). Выходные данные MCNP4B подаются в программу из файла, имеющего определенный формат. Основные объекты и классы являются открытыми для возможности дальнейшего усовершенствования.
3.Функциональные возможности оболочки.
Как было сказано выше, для написания программы визуализации трехмерных полей ядерных излучений было создано MFC приложение. На рис. 1 представлен стандартный интерфейс MFC приложения. Для создания дополнительных разделов меню использовались стандартные средства MS Visual С++.
Для построения детали, в которой распространялось излучение, использовалось свойство полупрозрачности. Это позволяет одновременно представить себе общую картину
эксперимента и видеть результирующее распределение внутри полупрозрачной детали. Для построения распределения брался плоский срез детали. По экспериментальным точкам, полученным для этого среза, строилась трехмерная поверхность распределения:
W=F(u,v),
где u и v, направления координатных осей на плоскости среза, а W - значение функционала. Для построения параметрической поверхности, заданной набором контрольных точек на плоскости, использовался NURBs (Non Uniform Rational B-Spline) (см. [2]). Для NURBs была выбрана каркасная модель прорисовки. Дана возможность менять степень разбиения каркаса и цвет закраски.
File Edit View I Properties MCNP NJOY Help
Рис. 1
Помимо пространственного представления функционала на плоскости среза, оболочка позволяет видеть так называемую радиационную карту распределения на плоскости среза. В данном случае распределение представлено в виде цветовой палитры. Различные цветовые оттенки отвечает за различные значения функционала (см. Рис.2). В приведенном примере, значения функционала в нижнем левом углу плоскости среза имеют ярко выраженный минимум.
Также имеется возможность определение величины функционала по выбранной точке на плоскости среза. В данном случае приходится аппроксимировать значения поля, опираясь на его значения в близлежащих точках. Для получения значения поля необходимо просто нажать мышкой на нужную точку плоскости среза. Программа определит пространственные координаты этой точки и величину функционала.
File Edit View Properties MCNP NJOY Help
□ eg н 1& m\mi f I
Рис. 2
Ниже представлены примеры использования основных функциональных возможностей.
Изменение масштаба. Увеличение масштаба помогает лучше рассмотреть мелкие детали сцены. Уменьшение масштаба, позволяет лучше видеть общий характер распределения.
Рис. 3
Перемещение в пространстве. Позволяет переместить сцену в любую точку пространства. С помощью перемещения можно рассматривать сцену с различных позиций.
Рис. 4
содержание:
[стр.Введение] [стр.1]