关键部件劣化仿真可视化模块是城市车辆关键部件服役能力数字可视化系统的组成部分。

此解决方案以计算可视化软件和虚拟现实可视化软件为核心，集成结构（ABAQUS、fesafe、Patran、Simpack等）、流体（Fluent、CFX、Star CCM+、OpenFOAM等）、实验数据、测量数据、三维CAD（CATIA、UG、Creo、SolidWorks等）、三维场景以及交互编程的文本等多学科数据，将关键部件服役能力仿真结果用可视化语言直观的描述出来，并结合产品数字化模型，实现仿真内容的实时追溯。最终可通过鼠标键盘、VR头盔、沉浸式立体显示系统等设备进行VR可视化交互。
 
图2 关键部件劣化仿真可视化模块技术方案
（1）计算可视化软件
计算可视化软件是一款多领域通用工程数据可视化分析工具，针对大规模的CAE数据、实验数据和测量数据进行可视化分析，以直观形象的方式帮助设计人员更准确的理解数据，快速做出设计决策。可广泛的应用于航空航天、汽车、核、能源等工业领域。
通过计算可视化软件，可实现关键部件仿真模型（走行部构架、车体、空调通风、整车动力学等）的可视化。
在产品研发过程中，用户使用计算可视化软件可以迅速的建立起可视化环境，利用定量或者定性的手段去分析数据。利用它的脚本处理能力可以快速的进行结果的交互和批量处理。处理后的工程数据可以导出到虚拟现实环境中进行呈现。计算可视化软件的主要功能包括：
? 多学科数据导入
? CAE大模型导入
? 等值线等值面
? 流线、流管
? 切片、切块
? 矢量图
? 体渲染
? 脚本功能
? 数据查询
? 动画
（2）虚拟现实可视化软件
虚拟现实可视化软件专注于虚拟现实仿真技术在产品设计、制造、营销、使用、维护等生命周期各环节的应用与开发，从而帮助工业客户提高工作效率及产品体验。
在虚拟现实可视化软件中可以对关键部件设计模型（运行场景、车辆外观、车体、转向架、相关电气等）进行轻量化处理，并融合材质、场景、交互等，从而实现对关键部件模型功能方面的仿真可视化呈现。
在虚拟现实可视化软件中还可以导入计算可视化软件处理后的仿真结果。在计算可视化软件中将服役能力仿真、试验数据进行可视化处理，在虚拟现实可视化软件中将服役演化过程的三维图形进行实时显示，从而可以构建出关键部件劣化的仿真过程。
  
图3 不同数据(CAD、CAE、材质、场景等)融合效果图
虚拟现实可视化软件在本技术方案中涉及的功能主要包括：
?多学科CAE后处理结果导入
?CAD模型导入
?模型材质添加
?三维场景添加
?动静态CAE数据显示与交互
?探针查询CAE数据
?各种交互逻辑
?发布独立可执行文件
（3）VR显示与交互系统
VR显示与交互系统一般指的是头盔、手柄、CAVE、CADWall、HoloSpace、PowerWall、Led立体拼墙等，通过虚拟现实可视化软件可以实现和VR显示与交互系统的连接，从而实现在VR环境下CAE数据的显示和交互。

5.1仿真可视化数据接口
开发关键部件劣化仿真可视化模块的关键是能够读入多种仿真结果数据格式及其它多媒体格式， 如下图

对于odb、CSV、op2、sbr及X-Y类型的数据，可以使用计算可视化软件进行处理，然后保存成某种虚拟现实可视化软件可以读取的格式。最后，在虚拟现实可视化软件中读取计算可视化软件写出的数据，并融合关键部件设计模型、材质、灯光、逻辑交互等，实现对仿真结果进行实时数据驱动和关键部件服役能力仿真参数的实时查看，示例如图7所示。

?图形界面
a)可以自定义选择常用的功能特征列于功能图标栏里；
b)所有工具栏均可以灵活拖动至不同的位置；
c)具备功能的快捷操作自定义的功能；
d)支持OpenGL。

  支持软件
a)支持ABAQUS、ANSYS、Nastran、LS-Dyna等结构力学软件；
b)支持Fluent、CFX、Flow-3D、OpenFOAM、Nek5000、Chombo等流体力学软件；
c)支持EnSight、Exodus、Tecplot、CGNS、HDF5、XDMF、CSV等科学数据格式；
d)其它通用数据格式。
?部件操作
a)支持对模型部件及派生部件（切面、等值面、粒子追踪等）进行独立操作与控制；
b)具备复制、粘贴、删除、提取、合并部件的功能；
c)支持同时加载查看多组工况。
?注释功能
a)支持添加注释；
b)支持注释的用户自定义控制，如可见性、大小、颜色、填充等；
c)注释均可以通过鼠标拖动移动至所需位置。
 
图9 注释功能
?数据分析
a)可以处理结构网格、非结构网格、混合网格、粒子数据和点云数据等；
b)包括以下特征集：切片、切块、等值线、等值面、流线、矢量图、提升曲面、探针、粒子追踪、动画等。
    
多变量数据显示 马赫数等值面 流线
    
机身表面LIC 矢量图 体渲染
    
等值线 血液流动-多种数据类型 剖切
图10 数据分析
?数据查询
a)支持查询瞬态数据中的变量随时间的变化信息，并可动态显示结果曲线；
b)具备交互式查询功能，即查询鼠标所在位置及其最邻近节点的变量信息；
c)具备将任意时间或空间的查询结果以曲线图形式显示的功能；
d)支持将查询结果导出至外部文件；
e)可以导入外部数据，如导入测量值等，生成曲线图。

?动画功能
a)能够基于瞬态数据创建动画；
b)可以创建关键帧动画，并且实现模型自动漫游与缩放。
  
截取的流线动画中某一帧 截取的切面动画中某一帧
?数据输出
a)支持输出JPG、PNG、Tif等通用图片格式；
b)支持输出AVI、ogv等视频格式；
c)支持csv、Exodus、VTK等通用文件格式。
 
?虚拟现实功能
a)支持立体可视化视觉模式显示；
b)支持CADWALL、HoloSpace、CAVE、HTC VIVE、Oculus等VR显示系统；
c)支持手柄、位置跟踪系统；
d)可在虚拟现实环境下进行剖切、测量、标注等交互式操作；
e)可以添加材质，使模型更加逼真。
  

5.2车辆模拟运行数据接口

在本系统中对数据有较高的实时性要求的主要包括：车速实时数据、车速位移实时数据，这些数据对都需要较高的周期性的接收模拟机发送过来的数据，因此适合采用UDP无连接传输协议；除此之外还有大量的控制指令，包括：视角切换控制指令、车门开闭控制指令、启停控制指令、场景初始化指令、声音开关指令等，这些控制指令对可靠性要求是不能丢失、需要使用TCP协议来进行传输。因此，在本系统中需要同时使用UDP和TCP两种传输协议来完成与通信机的信息交互，其中实时数据通过UDP来传输，其它控制指令使用TCP来传输。
? 端口（需要商确）：8088
? 数据打包方式：选择指令混合发送，每次发送同一时刻的所有要更新的数据,接收后解析转Vector模板后迭代处理
? 指令格式：TT:type::Data TT:type::Data…
指令管理与动作分配主要是维护优化指令，为了指令扩展留好接口，在指令管理与动作分配页面，提供给用户修改指令和控制功能的对应关系，如下图：
 
5.3车辆模拟运行三维可视化
5.3.1运行数据可视化
车速显示作为实时更新的显示效果数据，作为主要的展示数据，系统设计为三维展示方式，车速展示面板附加在运行的三维磁浮列车上，并始终正面朝向镜头。
 
5.3.2运行场景可视化
环境管理模块主要是对环境相关的内容进行控制管理，比如天气***中的雨、雪、雾等，以及车辆进出站的车站场景环境、车辆行进过程中的周边环境的管理控制，通过对接收的到仿真系统的***，进行相应的切换。
 
5.3.3车辆出入站可视化
在车辆出入站工况下，根据仿真系统传递的指令，进行解析，对视景展示的视角进行切换。通过切换不同的视角可以对列车的驾驶室，车尾、车外第三视角、以及跟随视角和专注观察车辆从静止到出站的状态。