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1、第六章 后置处理系统使用说明6.1 简介“华铸CAE”后处理软件是一套将繁杂数据可视化、动画化的图形图像工具，是“华铸CAE”软件系统的第三大模块，即显示表达模块。经前两大模块处理后，“华铸CAE”系统从计算中得到铸件浇注、凝固过程流动场、温度场以及结晶相变等物理过程详尽、完整的大量数据。由于这些数据是基于时空四维空间的场物理量数值，非常繁琐、非常庞杂（一般都在几百兆以上），不经过处理是无法阅读、无法识别的。本后处理模块的任务就是分析、识别这些琐碎的数据，将其组织起来，构建出可视的三维图形，以模拟充型、凝固过程的视觉效果，让实物立起来、让过程动起来。本模块表达的内容有铸件几何形状、铸型工艺结构
2、、铸件铸型浇注凝固过程色温变化、铸件温度梯度分布、铸件凝固过程液相分布及相变细节、铸件浇注过程体积填充情况、铸件浇注过程速度场、压力场的分布、变化、凝固时间次序等。本模块显示的图形图像均以三维实体平行正投影的方式构成画面。铸件或铸型实体可任意角度旋转，任意角度、任意位置剖切，可多层次任意选择组合显示，也可任意选择显示欲观察的二维截面画面。通过凝固过程液相分布的时序动画，可以显现凝固过程相变的细节，根据相变细节及相应的判据，可以得出铸件缩孔缩松倾向及位置的判断，并为改进工艺提供依据，从而达到改进工艺优化工艺的目的。本模块中，画面以BMP格式存取，动画以AVI格式存取。6.2 史话“华铸CAE”软
3、件后处理模块是华中科技大学（原华中理工大学）材料学院凝固模拟研究室经十多年研究开发，并随着微机软件技术水平的迅速发展而充实、成长起来的一个成熟的商品软件。本研究室关于软件及铸造CAE技术的研究起步于1985年，前期在编程语言、图形显示技术、数值模拟算法等方面进行了较充分的探索和研究，为进入实用性的商业开发准备了一个基本的技术环境。对后置处理模块的开发，在当时十分原始的硬件环境下，最初起源于一些零碎的探索，真正形成有商品化意义的系统是在90年代初。进入90年代时，市场上出现并流行一种廉价但具有丰富的图形功能的Trident 8900 VGA显示卡，其256色图形模式及可其编程性使一直在为CAE后
4、处理技术进行的艰难探索一下子变得耳目一新。该卡所表现出来的丰富的色彩和快速的出图效果，充分地满足了后处理构图和动画演示的要求，极大地推动了CAE后处理商品化的进程。华铸CAE敏感地、及时地抓住了这个机遇，采用汇编语言直接写寄存、写显存的技术，迅速地将此卡提供的功能开发出来，用于实用软件之中，形成了在CAE软件微机版领域遥遥领先的态势。华铸CAE后处理功能最早的版本起始于1992年，DOS环境，以细线勾勒铸型轮廓、以选择性地堆砌三面涂色的单元表现铸件液相分布的透视效果，以TSR内存驻留工具截图存盘产生图形数据，以自定义的、非压缩格式的文件，命名为MSP类型，记录256色彩色表和像素数据，并采用汇
5、编语言直接写显卡寄存器、直接向显存写完整的连续画面的方式产生帧动画效果。虽然当时的微机速度还比较低，但在DOS下用汇编语言直接写视频，却可以利用图形硬件最简捷的途径，最佳的传输效率，获得非常流畅的动画效果。随后，1995年又开发了DOS环境下高分辨率（640480以上）256色FLC动画的合成和播放程序，用于本后处理模块的动态模拟显示。本软件当时实现的这种FLC合成与播放技术，其所达到的高分辨率和精细效果，即使是在非常专业的计算机图形技术领域，在当时流行的FLC工具和作品中，都是无与匹敌的。以上两个阶段都属于华铸CAE后处理模块的1.0版本阶段。在1.0版本形成和完善的同时， 华铸CAE软件的
6、前处理模块、计算求解模块分别成功地移植到了Windows环境并投入商用。相应地，后处理模块的图形画面也开始逐步起用了BMP格式，形成了自定义MSP格式与通用BMP格式共存、在Windows下产生画面、在DOS下合成播放FLC动画的大混成的格局，这就是华铸CAE后处理模块的2.0版本。无论是1.0版本还是2.0版本，华铸CAE后处理模块直观可视的效果和程度，在当时，都处于国内CAE软件同类产品遥遥领先的地位。 但是，图形画面的截取、合成、乃至播放等等都还限于典型的DOS操作方式，其操作中的手工成分还较重，对许多用户而言，这是个比较沉重的负担。为进一步简化用户的操作，1997年起， 华铸CAE软件
7、开始了后处理模块全Windows化的开发，废除了自定义的MSP格式，研究开发了基于单元几何的有限差分图形学系统算法，并将其实现到面向对象的程序语言编程中，开发了全Windows环境的数值画面系列功能，开发了FLC、AVI两种动画合成与播放以及格式转换的功能总成，借用BC+3.1当时强大的界面开发功能，首次以非常直观、方便的形式，将华铸CAE后处理系列功能集成在一个统一的界面中，向用户提供了一个高度实用化、高度商品化的后处理模块。从华铸CAE前两大模块传来的数据，在这个统一的界面下，通过简单的鼠标操作和极少量的键盘操作，可以迅速而方便地产生出各种有用的图形画面，制作出各种有关的过程动画，用户可直
8、接从中获取用于工艺优化的重要性信息和依据。这就是本后处理模块的3.0版本。3.0版本的发行，正处在华铸CAE软件日益为市场、为广大用户所认可，并得到迅速推广的过程中，其功能和效用在软件的实际应用中屡建战功，受到用户和业内人士广泛的好评。BC+3.1开发的程序运行在16位内存方式，在此方式下，程序最多可同时访问64兆内存，反映在华铸CAE后处理模块上，它所处理的铸件，其网格单元数最多不能超过400万。虽然许多铸件在这个范围内，都能毫无障碍地运行。但是。随着华铸CAE软件适用面的迅速扩展，随着市场需求水平的不断提高，后处理模块从16位运行方式升级到32位运行方式，以突破400万单元的限制，以进一步
9、适应Windows NT环境的需要，已成为整个软件进一步推广、进一步发展必须要跨出的一步。经多方面斟酌和考虑，99年初，选取当时较流行的VC+6.0作为新版本后处理模块的开发环境，其有利条件较多，可保证所开发软件处于最高水平，并为软件的下一次升级留下一个最佳的背景。1999年从年初到10月，经过近10个月的酝酿、移植和扩充开发，初步形成了本模块的4.0版本。比起3.0版本来，4.0版本的功能有了进一步扩展，界面的直观性、适应性进一步鲜明，功能的精确度、逻辑性进一步提高。用户操作舒适、轻松，而铸件的适用面大为扩展，网格单元再也不受软件环境（400万）的限制，只取决于硬件内存配置的数量。更重要的是
10、，此版本适应Windows NT 环境，为软件从Win9x平台向Win2000平台过渡准备了充分条件。可以说，从3.0版到4.0版，是华铸CAE后处理模块功能水平和商品化水平提高过程中又一次质的大飞跃。进入2000年，实践和应用不断对软件的功能和运行指标提出更新、更高的要求，为适应客户和市场的需求，也为填补计算机硬件的发展为软件开拓的新的发展空间，华铸CAE及时地扩充了原有功能，升级形成了5.0版，2001年又推出了6.0版。6.0新版本在图形的同步拖动和过程的实时动画两个方面都有一个质的突破，是向着这一目标发展的一个过渡，是为实现这一目标进行的超前性的技术准备。2002年，在6.0版本的框架
11、下，软件的功能逐渐增加了一些新的试验性的细节。首先在数据系统设计了两种新的数据文件，.dfc 和 .nym，相应地，增加了两种新的图形类型，即缩孔分布与Niyama 缩松分布图形。这两种图形以直观、定量的方式预测缩孔缩松，为工艺决策提供了更准确的依据。为改善画面的读取和识别效果，设计了一种响应鼠标点击的数值查询功能，以数值数字方式用一个弹出式信息框显示所点击单元的温度值。原来静默无言、一片死寂的画面在这里成为一种满腹经纶、有问必答的主体。这些新的细节当时虽然还比较原始、粗糙，然而，其所产生的效果，对于后处理类软件而言，在某种程度上，却具有划时代的意义。2003年，在进一步稳定完善这些新功能的努
12、力中，推出了7.0版本。在此版本中，温度值鼠标点击查询显示的功能方式进一步进化为鼠标光标扩展显示方式，数值数字随时响应鼠标的移动，随时刷新，直接显示在鼠标光标行。比起点击查询方式，其效果更为连续、平滑，避免了弹出信息框造成的间歇和间断。在这种方式下，实体画面上的每一点都充溢着该点处的数值数字信息，如饱蘸欲滴之水，一触即涌。鼠标如同一个溢流嘴，凡鼠标光标移动所到之处，数值数字就即时自动溢流涌出，显示在鼠标光标所在行。这种功能方式我们称之为“数值鼠标”，是本软件在铸造CAE软件界推出的又一种原创性信息思想和功能方式，受到用户的普遍欢迎。2004年，在完善规范这些新功能细节的同时，推出了完全兼容变网
13、格格式的全新的8.0版本，在此版本中，除推出兼容变网格、均匀网格的图形系统外，还进一步细化、规范了实时动态图形的表达和操作细节，使铸件对于操作者而言如同把玩在手、如同亲临其境。与此同时，原来已经在7.0版本中定型、稳定下来的数值鼠标功能，在此期间，其显示所涉及的数值函数也逐步从温度延伸到其它各种场值函数，诸如流体压力、速度、凝固时间、缩孔缩松体积，各种累计值、百分数、状态值、属性值等等。这种功能及其效果在2004年第6届MCSP国际会议上产生了巨大的反响，赢得广泛的赞誉和好评。实时动态、实时拖动与数值鼠标是后处理技术领域的两项高技术、新技术，代表了后处理技术的新高度和新概念。它们的意义远不仅仅
14、只是两个功能，在后处理领域，甚至整个CAE领域，它们开创了实时互动和画面自溢这两种新思路。真正实现了三维全息，使得海量计算数据的表达达到一种“细节无微不至，过程淋漓尽致”的程度。按照目前的情况，华铸CAE基本上一年升级一个新版本，这既是为满足实用的需要，也是软件发展自身的需要，是市场竞争的必然结果。6.3 总论本软件及本帮助系统涉及一系列有关术语和概念，在本软件内部有特定的含义或规定，本节首先对此加以说明。6.3.1、坐标本显示系统采用固连于铸件的相对坐标xyz与固连于屏幕的绝对坐标XYZ两套坐标系统。铸件连同相对坐标可任意旋转，其姿态由方位角a、俯仰角b、时针角（也称画面角）c三个角度来描述
15、。通过观察视线，沿绝对坐标OX轴的逆向，将铸件三维形体投影在绝对坐标系YOZ坐标面上，而屏幕的显示平面就作为坐标面YOZ的一部分，将投影显示成图形。每幅图形的右下角标有坐标系三坐标轴的投影图，称作姿态图，其中，红、绿、蓝分别对应x、y、z三坐标轴。本软件采用右旋笛卡尔直角坐标系统。6.3.2、姿态视图由平行投影产生，而铸件（固连于相对坐标xyz）的姿态按以下步骤产生：首先，令相邻坐标xyz重合于绝对坐标XYZ，然后将xyz绕绝对坐标轴OZ旋转一个方位角a，继而绕绝对坐标轴OY旋转一个俯仰角b。经此两次旋转，即可得到铸件任意观察角度的投影，且保持相对坐标轴oz的投影始终平行于绝对坐标轴OZ。对于
16、带有浇注系统的铸件而言，这种姿态能保持直浇道的投影在视图中始终垂直，符合铸件工艺人员的观察习惯。当然，如果有某种需要或兴趣，可令xyz再绕OX旋转一个时针角c，这样，就完成了全部的三维旋转。不过，这第三步旋转并不改变视图的图形结构和消隐关系，只是使视图整个地在显示平面上旋转一个角度。而这又会使直浇道偏离垂直方向，因而本软件一般不推荐用户在在姿态选择中旋转此角。在本软件的姿态选择功能中，都提供同步跟踪的图形预览，以保证操作的直观可视。请用户记住，当三个姿态角都等于0时，姿态图（即相对坐标轴投影）中ox重叠于原点o，红轴看不见，绿轴向右，蓝轴向上。6.5.3、图形中心在本软件中，规定屏幕窗口客户区最左边预留100像素宽的区域作为文字说明空间，而右边其余的面积则用作图形区域，图形区域上下左右的中心称为屏幕的显示中心。另外，本软件所生成的各种画面，都有上下左
