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高端数字样机的主要支撑技术
在许多重要装备制造业，如大型复杂装备、航空航天、汽车船舶等领域，当前数字样机技术的使用已经从早期侧重于产品的几何建模和性能估算，向复杂精准的数值性能分析和自动优化设计技术转变。
在诸多先进的可视化设备中，基于通用设备的可伸缩立体显示墙是一种性价比非常高，容易实现和维护的立体大屏幕显示设备。这种立体显示墙由使用微机集群驱动一组普通中低档投影仪构成，投影仪可以拼接成各种需要的尺寸和形状。投影仪阵列中每两个投影仪形成一个立体投影对，投影到屏幕上的同一区域，实现被动立体。通过计算机视觉的方法可以实现投影图像几何和色彩上的无缝拼接，所以投影仪位置不需要物理上精确定位，其安装和维护的成本都比较低。由于完全使用标准硬件，构建的方法和支撑软件都有良好的可伸缩性，所以用户可以在一定的限制内，根据需要非常迅速地搭建多种分辨率和显示尺寸的显示墙。在单人使用的场合下，头戴式显示及小型球幕等个人用沉浸式显示设备则更加适合。
图3 立体显示墙上可视化飞机流场和压力等值面
5.系统集成
传统的数字样机设计过程中要混合运用大量不同的软件工具，而软件耦合松散，任务调度混乱，往往无法充分利用硬件资源。高端数字样机性能仿真使用的数学模型越来越复杂，要求的精度越来越高，因此有几个显著的特点：一是使用的计算、存储和网络等资源都急剧增加，对并行和分布式计算越来越依赖；二是计算的组织形式发生了变化，多人、多组织间的分布式协同，多学科专家合作等形式逐渐成为必须；三是海量数据的分析和显示超过了普通单机的能力。因此，在组织这种性能仿真时，需要新的计算机基础架构。
图4 用于大规模科学计算的可视计算环境概念图
图4是一种新型的数字样机设计中心的概念图。在这种模式中，一个高端的数据分析中心是进行计算组织和数据分析的必要场所。在数据分析中心，多个科学家可以借助高分辨率、大尺寸的立体显示设备，同时沉浸或半沉浸式地观察、讨论和分析问题，并与远程的科学家一起协同，实现大规模问题的求解。而问题的具体计算则可以利用远程各类资源，包括计算服务、存储服务、数据服务，以及软件服务等。
数据分析中心除了数据的可视化之外，也是计算的组织、运行和管理中心，问题求解环境是实现这些功能的基础平台。问题求解环境(Problem Solving Environment，PSE)是指为求解某一类问题提供所需要的全部计算技术和工具的计算机系统。PSE研究的基本目标是充分利用各种计算机软硬件技术来加速计算科学家进行问题求解的过程。它是一个开放的概念，其具体功能随着计算机技术的发展不断改变。
PSE的思想早在20世纪60年代就被提出了，但由于计算机技术的局限，直到20世纪80年代末才逐渐有原型系统出现。PSUE，EEMAS和HEDP都是典型的问题求解平台，能通过加载各类计算模块，实现多学科、大规模科学计算。
图5 HEDP系统典型用户界面截图
HEDP系统是浙江大学开发的自主知识产权的高端数字样机系统。HEDP系统使用模块化设计和黑板架构，模块可以动态插入，即插即用，协同解决特定问题。其特点包括交互式可视操纵、多人协同、并行和分布式计算能力，以及立体可视化等。
- 第1页：高端数字样机的主要支撑技术(1)
- 第2页：高端数字样机的主要支撑技术(2)
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