高級渲染
關注創建者：技術哥 創建時間：2022-12-08
高級渲染的視頻教程
STARCCM+系列CFD課程15-高級后處理
課程安排 <01> 高級后處理-分析方法課程介紹 <02> 體積渲染Steckler 室 <03> 數據聚焦-熱舒適性 <04> 模擬歷史-螺旋上的拉格朗日 DEM <05> 場歷史-壓力時間導數 <06> 劇本動畫-評估車輛空氣動力學
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高級渲染的實例教程
本案例將展示如何使用SATR-CCM+的高級渲染功能，對油箱晃蕩進行逼真的后處理。STAR-CCM+中的高級渲染功能是基于光線追蹤的技術，它是通過像素跟蹤光的路徑并模擬其對其它對象的影響。因此，為了獲得更好的視覺效果，首先需要檢查場景中物體的“可見度”和曝光度。
我們從油箱晃蕩仿真中的一個時間點開始設置. 由于油箱是封閉空間，我們需要使用裁剪平面來觀察油箱內部，并使光線打到油液表面。所以在顯示場景中，激活裁剪平面選項。
在顯示場景的屬性窗口中激活高級渲染功能，并且設置渲染屬性>質量為0.1，先設置比較小的值，場景顯示的質量比較低，但是調試起來會非常快速，當所有場景完全設置好之后，在重新把這個值調整到0.4或0.5，來獲取高質量渲染圖片。
為了執行光線跟蹤，需要在場景的每個顯示器上選擇“高級渲染效果”>“啟用陰影”選項。從同一面板中選擇選項“投射效果”可在一個顯示器的其余部分上渲染這個顯示器的陰影效果，使從某個對象追蹤到的光線和陰影會影響其余的環境（即在半透明的金屬表面上看到液體表面的反射） 。
此案例展示的晃蕩場景由3個顯示器組成：
1) 幾何顯示器: 油箱幾何
此顯示器中僅包含油箱幾何; 在屬性中顏色模式選擇恒定，我們可以在預設的顏色庫中選擇適合油箱的顏色然后，我們可以選擇“高級渲染材料”>“金屬”，這可以體現出金屬材料對光線吸收/反射/折射效果。
2) 幾何顯示器: 油液自由界面
該顯示器將液體的自由表面作為輸入對象（液體體積分數的等值面= 0.5的衍生表面），并設置：
- 顏色模式選擇恒定;
- “高級渲染材料”面板設置為“水/玻璃”，適用于液體或呈現一定程度反射和折射光線的表面。
展開 （圖10）
圖10
第六步
最后還要在“高級渲染設置”中設置一下：
打開“高級渲染設置”，選擇渲染級別（根據電腦配制的高低選擇）這里選擇“演示”。在陰影欄目下:模式——簡化、陰影貼圖——開。
其它默認。（圖11）
圖11
渲染一下看看效果如何。（圖12、13）
圖12
在可視化方面，ParaView提供了許多通用的可視化技術用于顯示和分析工程數據集，如切片、等值面、流線、輪廓、高級渲染等。
本文主要介紹
ParaView在神工坊平臺上的使用，通過對算例熱點函數的性能加速分析，發現
增加GPU數量對數據I/O、數據生成和數據提取操作的并行加速效果
非常可觀
。
1 什么是可視化
可視化過程是指將原始數據轉為一種可以直接顯示并且易于理解的形式。這個過程可以幫助用戶更好地理解數據，從而揭示數據背后的隱藏關系。在ParaView中，可視化過程通常包括三個步驟，分別是讀取數據，過濾數據和渲染數據。
讀取數據即是從數據源文件中獲取數據，存儲在ParaView支持的數據類型中。
過濾數據即是根據不同需求對數據進行預處理，常見有以下操作：
1、切片（Slice）是通過在數據集上切割平面，選擇切割平面的位置和方向，并調整可見的切片厚度來顯示沿著該平面的數據分布。如下圖所示，圖中為某平面上速度的數據分布。
2、等值面（Isosurface）是將數據集中特定數值的表面提取出來，以顯示數據的連續性或離散性。根據需求，設置不同的等值面數值。如下圖所示。
3、流線（Streamlines）是根據數據集中的矢量場信息，繪制流線以顯示流體或氣體的流動路徑和速度。可以根據需要調整流線的密度和長度。如下圖所示。
高級渲染（Advanced Rendering）即是提供各種高級的渲染技術，如體繪制、體積渲染、陰影、反射等，以增強可視化效果和表達能力。
2 如何在神工坊平臺上使用ParaView進行并行渲染？
展開 在可視化方面，ParaView提供了許多通用的可視化技術用于顯示和分析工程數據集，如切片、等值面、流線、輪廓、高級渲染等。
本文主要介紹 ParaView在SimForge?高性能仿真云平臺上的使用，通過對算例熱點函數的性能加速分析，發現增加GPU數量對數據I/O、數據生成和數據提取操作的并行加速效果非常可觀 。
01 什么是可視化
可視化過程是指將原始數據轉為一種可以直接顯示并且易于理解的形式。這個過程可以幫助用戶更好地理解數據，從而揭示數據背后的隱藏關系。在ParaView中，可視化過程通常包括三個步驟，分別是讀取數據，過濾數據和渲染數據。
讀取數據即是從數據源文件中獲取數據，存儲在ParaView支持的數據類型中。
過濾數據即是根據不同需求對數據進行預處理，常見有以下操作：
1、切片（Slice）
是通過在數據集上切割平面，選擇切割平面的位置和方向，并調整可見的切片厚度來顯示沿著該平面的數據分布。如下圖所示，圖中為某平面上速度的數據分布。
2、等值面（Isosurface）
是將數據集中特定數值的表面提取出來，以顯示數據的連續性或離散性。根據需求，設置不同的等值面數值。如下圖所示。
3、流線（Streamlines）
是根據數據集中的矢量場信息，繪制流線以顯示流體或氣體的流動路徑和速度。可以根據需要調整流線的密度和長度。如下圖所示。
4、高級渲染（Advanced Rendering）
即是提供各種高級的渲染技術，如體繪制、體積渲染、陰影、反射等，以增強可視化效果和表達能力。
02 如何在神工坊平臺上使用ParaView進行并行渲染？
首先，用戶需要在神工坊平臺上運行ParaView實例，具體操作如下圖（點擊登錄SimForge?高性能仿真云）。
展開 Xflow流體力學模擬軟件的高級渲染能力提供了真實的可視化，可以更加深入的了解流動和換熱性能，使用戶能夠更快地做出明智的設計決策。XFlow可以完全并行利用高性能計算（HPC）的功率，接近于線性加速的進行逼真的CFD模擬以減少或替換物理測試。
Xflow與傳統CFD軟件比較有哪些優勢？
XFlow是一款流體動力學CFD模擬工具，使用戶解決復雜的CFD工作流程，幫助用戶進行數據分析，產品零件分析處理，靜、動態結構、溫度、熱流等分析計算，包括具有真實運動幾何形狀，復雜的多相流，自由表面流和流體-結構相互作用的高頻瞬態仿真。
1、無需網格劃分：極大提高了對復雜幾何進行流場分析的效率。
2、不需要簡化CAD模型，完整考慮復雜幾何細節：能夠更加真實地分析存在復雜幾何細節的流動特性。
3、氣動聲學分析：不需要人為地穩定或跟蹤自然壓力波的演變，直接進行聲波分析。
4、流固耦合分析：內置的結構求解器，以自然的方式允許完全的流固耦合分析。
5、近似線性的加速性能：甚至能夠在桌面個人電腦上進行三維瞬態流體仿真。
6、自適應的尾流跟蹤和細化（Adaptive wake refinement）：靠近壁面自動提高精度，動態追隨尾跡發展過程。
7、復雜邊界條件和物理過程分析：耦合換熱、跨/超音速流、多孔介質、非牛頓流、多相流等。
8、后處理和可視化渲染功能：交互式的壓力、流線、粒子顯示、動畫、帶狀圖等。
9、善于分析物體運動過程和自由液面的流動：包括波浪、剛體、強迫或約束運動條件下的流場變化。
10、捕捉瞬態三維流場發生、發展各階段的特性：克服傳統NS求解方法的不足、降低計算代價。
11、簡單易用的用戶界面：方便用戶更高效的配置模型、邊界條件、壁面精度等。
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參考案例-分析方法-劇本動畫：評估車輛空氣動力學
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· 減阻 (Drag Reduction)：通過仿真分析車身外流場，優化車身造型（如A柱角度、車頂曲線、后視鏡設計、車尾擾流等），降低風阻系數（Cd值）。每降低0.01的Cd值，對燃油車和電動車的續航都至關重要。
4、高級渲染（Advanced Rendering）
即是提供各種高級的渲染技術，如體繪制、體積渲染、陰影、反射等，以增強可視化效果和表達能力。
02 如何在神工坊平臺上使用ParaView進行并行渲染？
首先，用戶需要在神工坊平臺上運行ParaView實例，具體操作如下圖（點擊登錄SimForge?高性能仿真云）。
標準版適合基本的三維設計和制圖，專業版在此基礎上增加了更多高級設計、渲染和數據管理功能，而白金版則包含更為專業的仿真和分析工具。
SOLIDWORKS軟件是免費使用的嗎？
1、學生可申請SW免費試用
打開瀏覽器，訪問SOLIDWORKS的官方網站。在網站的導航欄中找到“教育版”或“學生版”選項，點擊進入相關頁面。
優點：體驗更輕松的優化和更高級的實時渲染。
高級渲染（Advanced Rendering）即是提供各種高級的渲染技術，如體繪制、體積渲染、陰影、反射等，以增強可視化效果和表達能力。
2 如何在神工坊平臺上使用ParaView進行并行渲染？
首先，用戶需要在神工坊平臺上運行ParaView實例，具體操作如下圖（點擊登錄神工坊平臺）。
SOLIDWORKS Premium：是SOLIDWORKS的最高級版本，擁有Standard和Professional版本的所有功能，同時增加了更高級的模擬和渲染功能。這個版本適合高端的工程設計和創新應用。
solidworks訂閱：是達索SOLIDWORKS廠家近幾年推出的新的授權形式，可以采購solidworks三個月至一年的授權版本，適用于SOLIDWORKS系統內的所有軟件。
Xflow流體力學模擬軟件的高級渲染能力提供了真實的可視化，可以更加深入的了解流動和換熱性能，使用戶能夠更快地做出明智的設計決策。XFlow可以完全并行利用高性能計算（HPC）的功率，接近于線性加速的進行逼真的CFD模擬以減少或替換物理測試。
Xflow與傳統CFD軟件比較有哪些優勢？
STAR-CCM+的高級渲染能力可以提供更加逼真的工程圖像，從而提高對結果的理解，這在向各種團體分享結果時尤其有用。
以下視頻展示了安注系統開始注入水以后，壓力容器的溫度和熱應力變化過程。冷卻水注入后，迅速與高溫的冷卻劑混合，并迅速流入壓力容器，但是整個壓力容器的溫度分布在很長一段時間都未達到均衡。
本案例將展示如何使用SATR-CCM+的高級渲染功能，對油箱晃蕩進行逼真的后處理。STAR-CCM+中的高級渲染功能是基于光線追蹤的技術，它是通過像素跟蹤光的路徑并模擬其對其它對象的影響。因此，為了獲得更好的視覺效果，首先需要檢查場景中物體的“可見度”和曝光度。
我們從油箱晃蕩仿真中的一個時間點開始設置.
通過簡單的設置就可以實現諸如唯一值、等級、圖表等渲染等高級渲染。符號系統一般是通過綁定字段值得方式進行渲染的，因此，屬性對于地圖制圖起到至關重要的作用。如下圖分別通過設置字段實現唯一值渲染和圖表渲染。
在ArcGIS的圖層設置中，同樣也可以遵循層的理念。上層會對下層進行遮蓋，這是層的最基本表現。
