国立台湾大学土木工程学研究所

《国立台湾大学土木工程学研究所》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、國立台灣大學土木工程學研究所民國95年(碩士)學位論文摘要應用虛擬實境與計算流體力學於室內通風環境模擬之研究UtilizingVirtualRealityandCFDinIndoorEnvironmentSimulation研究生：王奕帆指導教授：陳俊杉一、緒論虛擬環境(VirtualEnvironment)廣泛地使用於呈現各種複雜的科學計算數據，將冗長的數據整理為視覺化的圖形，呈現於立體的空間之內。本研究的目的在結合虛擬實境技術以及CFD商業分析軟體之後處理結果，實作一虛擬實境系統VirtualEnvironmentV

2、entilation－VEV，提供使用者快速地建立虛擬環境，並且用視覺化的方式呈現各種不同環境變因之下，室內空間的環境變化資訊。本研究探討的環境資訊包括空間中的溫度（Temperature）、氣壓（Pressure）、空氣流速（Velocity）三種資訊，並且以三種方式－等值輪廓面（Iso-contour）、等值面（Iso-surface）、流線（streamline）實現環境因子視覺化之呈現，完整且直觀地表現室內空間的環境狀況。為了要讓使用者能夠以浸入式的方式體驗虛擬環境，研究中搭配頭戴式顯示器（HeadMounted

3、Display,HMD）以及追蹤器（Tracker）、手持式搖桿（Joystick）的操作，讓使用者可以最直覺的方式徜徉於虛擬實境的世界之中。二、虛擬環境系統相關回顧實驗式虛擬環境(ExperimentalVirtualEnvironment，EVE)(Saviojaetal.2003)包含了一個三公尺見方的空間，在空間內的三個面上架設投影螢幕用以展示影像。系統中包含多種Input設備輸入，包括滑鼠、鍵盤、軌跡球(TrackBall)電磁式追蹤器(MagneticTracker)、以及頭戴式顯示器(Head-Mounte

4、dDisplay－HMD)等。EVE系統的用途在於預先檢視建築物的相關配置，有了虛擬實境技術的輔助，在建築工程的準備工作階段遂有了一個良好的概念呈現工具與溝通平台。Malkawi(Malkawietal.2004)則展示了一個AR(AugmentReality)的虛擬環境系統，系統主要由四個部份所組成：無線感應器(WirelessSensor)、CFD分析元件、人機介面(Human-ComputerInteraction)以及視覺化模組(VisualizationComponent。系統在真實的封閉環境中設置感測器擷取溫

5、度、氣流等資訊，並將數據傳送給CFD分析軟體，分析後產生視覺化的圖示資訊，最後再投射到使用者的HMD上面。本研究目的係設計與實作一虛擬環境系統，為便於在以下篇幅指稱，將系統命名為"VirtualEnvironmentVentilation,VEV"，其能夠利用CFD分析軟體以及結合3D虛擬場景，製作出一內含環境資訊的虛擬環境空間，環境資訊包括了Temperature、Pressure以及Velocity三大部份，虛擬場景則包含由3D建模軟體建立而成的3D物件與3D室內單元場景(如3Dmax等軟體)。經過VEV的整合，使用

6、者可以配戴HMD在虛擬環境中瀏覽場景，觀看特定之環境狀況。三、系統需求分析與設計系統需求部份分成基本需求及進階需求兩大部分討論，系統設計方面分為(1)圖形介面模組(GUImodule)、(2)解析器模組(ASCIIparser)、(3)系統核心模組(kernelmodule)三大模組，分別介紹如下。系統需求l基本需求：VEV的模擬對象包含場景以及環境因子兩個主要部份，因此系統必須能夠處理相應的3D場景檔案及CFD後處理檔，且各種輸入檔案的格式不應局限於特定對象，系統的設計對輸入檔案格式必須提供使用者的選擇彈性，使能夠接收

7、多種3D檔案格式以及多種CFD後處理檔案格式；系統輸出方面必須處理場景的碰撞屬性以及CFD分析的視覺化呈現。本論文使用的CFD分析軟體為Phoenics，場景建置係使用3Dmax，以本論文所開發的VEV系統為例，使用者的使用流程如圖1所示。圖1VEV使用流程圖系統設計l圖形介面模組圖形化使用介面模組(Graphic-User-Interface,GUImodule)乃VEV提供使用者之圖形化操作介面，主要功能包括指定檔案路徑、存取專案紀錄以及執行虛擬環境三部份。執行虛擬場景必要的輸入檔共有四個：(1)場景3Dmodel檔

8、案。(2)場景設置檔案。(3)CFD後處理檔案。(4)CFD後處理描述檔案。l解析器模組(ASCIIparser)我們希望資料解析處理的過程能夠相仿於人的思維模式，再處理檔案時，人們常會移動游標到某個特定位置，讀取特定範圍的資料，再移動到特到位置，再讀取資料等，如此週而復始的指令形成處理檔案的動作，為此，VEV提供了