前言
在数字孪生和仿真钻研过程中，会产生大量和三维空间相干的数值信息，比方设施外观的扫描数据、地形扫描数据、生产设施温度场 / 压力场、流体的速度场、流体扩散，以及各种仿真数据：速度，压力，应力，温度等。
这些数据的特点是数量大，应用二维图表出现不直观，无奈直观出现数据的三维散布和数据随工夫的变动。
图扑软件是基于 WebGL 的三维可视化引擎，在 WebGL 根底上封装了根本的三维模型创立、出现的 API。同时还封装了丰盛的数学运算库，涵盖多维变换，几何计算等。
图扑 SDK 凋谢灵便的架构也使得用户开发扩大性能十分不便，比方热力求（体）插件，流场粒子展现插件，体绘制插件等。弱小灵便的 3D 引擎能够让用户轻松实现三维模型的出现编辑性能。用户无需关怀繁琐简单的 WebGL 操作，能够将精力放到利用的业务层，节俭开发费用，放慢开发过程，通过三维动静直观展现形式，开掘暗藏的信息内容，晋升利用价值。
本文针对以下 6 种出现形式探讨应用图扑 SDK 实现的办法：
- 模型外表贴图
- 模型三维网格
- 粒子流贴图
- 粒子流体
- 体绘制
- 点云
以下介绍的办法中，为了进步前端的性能和用户体验，波及到大量数据处理的操作都能够放到服务器上实现。前端只负责大量运算和成果展现。
下图是实现整个零碎的架构：
模型外表贴图
对于须要展现外表数据的利用，比方设施外表的温度，压力等，输出数据是模型外表的点坐标和数据值的汇合，比方 x, y, z, value。实现的办法：依据模型上每一个点 value 值计算出此点贴图的 UV 值。
实现原理图如下：
有以下两种状况须要用插值算法从新生成数据：
- 模型外表贴图
- 模型三维网格
下图是实现的原理。次要减少了应用反间隔加权法从新生成数据。因为这一步计算量大，须要放到服务器上，作为数据预处理性能实现。
模型三维网格
三维网格展现在一个二维面上的属性在上一节“模型外表贴图”已介绍过。这里次要介绍三维网格展现三维信息，比方三维速度场，三维温度场等。
因为是一个三维的体，无奈用贴图的形式给出网格的色彩信息。此时须要用插值算法计算出规定空间网格的场信息。比方在 x，y，z 整数值的点插值采样。将采样取得的空间场信息以材质的形式传给图扑 SDK。SDK 在渲染每一个点的时候，依据点四周的空间 4 个点做插值拟合取得属性值，并依据属性值范畴计算出渲染的色彩。具体流程参照下图：
上方为基于钻孔数据的三维地质模型可视化（点击文字跳转查看智慧煤矿往期回顾），智慧矿山是一个汇聚了多学科、多主题、多维空间信息的简单零碎，是在矿山地表和地下开采矿产资源的工程流动中所波及的各种静、动静信息的全副数字化治理，智能剖析，可视化展现，从而达到降本增效，实现企业利益的最大化。
粒子流贴图
对于须要在一个面上展现的流体场，比方风场，水流场，压力场等，须要以动静的形式出现，能够应用图扑粒子插件实现。
零碎基本原理如下图：二维流体场信息作为贴图资源传给图扑 SDK。SDK 里应用贴图保留粒子的地位信息，利用流体场和粒子地位，计算出下一帧的粒子地位。而后交融上一帧的输入和以后输入，实现粒子的挪动尾迹成果。
图扑粒子插件能够实现以下参数可调节：
- 粒子的大小
- 粒子的形态
- 粒子的流速
- 粒子数量
- 显示的阈值
- 仿真精度等
粒子流体
对于须要展现三维空间的矢量场，比方风场，速度场等，须要以动静的形式出现。能够应用图扑粒子插件实现。插件的次要输出数据是三维矢量场。它是在服务器端通过对矢量场依照固定距离采样拟合取得。
图扑三维粒子插件能够实现和二维粒子流类似的参数调节：
- 粒子的大小
- 粒子的形态
- 粒子的流速
- 粒子数量
- 显示的阈值等
体绘制
体绘制是一种将三维空间中的体数据，渲染到二维图形上的技术。体绘制能够在二维立体上展现出三维空间中的数据，可直观窥探物体外部细节，因而可利用于各种电、热、磁场的仿真，水污染扩散仿真、陆地遥感三维可视化、医学影像（CT）展现等。
电力行业中，变压器是一种重要的设施，变压器绕组的温度散布，特地是热点温度，是制约变压器运行平安和使用寿命的重要因素。本案例中通过体绘制的形式展现变压器绕组温度场。首先通过有限元仿真，对变压器外部的热传导过程模仿，最终失去变压器外部的温度散布法则。将有限元仿真出的温度数据，通过插值的办法取得整个绕组的温度切片。这里有多种插值算法，如反间隔加权法、克里金法、天然邻域法、样条函数法等。这里采纳反间隔加权算法。
种体绘制的算法有多种：光线投射算法、抛雪球算法、错切变形算法。三种算法相比拟，光线投射算法计算量绝对较大，然而绘制的图像品质较高，有利于保留图像细节，这里咱们选用光线投射算法。为了保障渲染速度，咱们要对光线投射算法进行了优化，缩小不必要计算量。通过优化，能够做到在有非集成显卡的一般 PC 机上，轻松实时渲染数百万以上点的有限元剖析后果。
此外，能够对渲染后果进行裁切，展现绕组任何切面的温度散布状况。
以下案例是体绘制在 CT 可视化畛域的利用：
点云
图扑引擎内置对点云的反对。反对的点数量可达千万。点云里每个点的贴图 / 形态可配置。
点云能够用于展现模型自身或者模型外表的属性信息，比方压力和温度等。
对于激光点云数据，通常一个点的信息蕴含三维坐标和色彩值，比方 x,y,z,r,g,b 六个字段。将三维坐标和色彩信息传给图扑点云能够间接展现模型。对于大场景或高精度的点云模型，因为点数据量微小，无奈全副显示。能够采纳空间划分和 LOD 技术，生成不同分辨率的点云模型，按需加载。须要展现部分高精度模型时，只加载部分高精度模型信息。
对于须要展现变动过程需要，图扑引擎反对定制插件（shader），通过将多个工夫点的色彩信息传给 shader，shader 依据工夫进度信息插值计算出某一时间 t 的色彩，进行渲染。JavaScript 主程序循环更新运行工夫 t。这样的长处是次要的计算量放到显卡，仿真进度（工夫）能够灵便调节，整个展现过程晦涩不卡顿。流程参照下图：
更多利用场景
仿真剖析技术的利用范畴涵盖社会的诸多方面，本文咱们也对图扑可视化引擎在数值仿真剖析畛域的利用做了一些介绍。
仿真剖析的意义和作用在于当所钻研的零碎造价低廉、试验的危险性大或须要很长的工夫能力理解零碎参数变动所引起的结果时，仿真是一种特地无效的钻研伎俩。
联合图扑软件 Web 可视化引擎为工程仿真、气象预报、生命科学、科研教育、电力系统、交通运输、工业制作等不同畛域的倒退起到了推动作用，为不同的行业倒退注入了新的能源。
图扑软件弱小灵便的前端可视化引擎自主研发设计，未应用第三方开源库实现。敌对的 API 和灵便的可扩展性，使得图扑引擎开发的产品具备高性能，高可扩展性，用户能够灵便轻松的实现各种展现成果。
图扑软件已广泛应用于智慧城市、园区、楼宇、工厂、智能制作、水务、能源、光伏、风电、电力、新基建、运维、政务、交通、医疗、金融、科研等行业。累计为包含三一、宝信、南瑞、华为、腾讯、西门子、施耐德、霍尼韦尔等泛滥国内外企业提供业余的数字化服务，为企业提供设施的实时监测、经营保护和平安预警、仿真剖析等相干需要。
更多行业利用实例能够参考图扑软件官网案例链接：https://www.hightopo.com/demo…