科学计算可视化

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1、ZHEJIANGUNIVERSITATFURW1SSENSCHAFTUNDTECHNIK科学计算可视化学院机械与汽车工程学院专业能源与环境系统工程班级能源与环境系统T程131姓名学号王佳琪、1131440008指导教师许友生引言科学计算可视化是在1986年美国科学基金会的一次研讨会提出的，并且很快就在计算机图形学的基础上发展成为一门新兴的学科方向，它涉及图像处理、计算机图形学、计算机辅助设计、计算机视觉、工作站技术、视频技术及人机交互等多个领域、科学计算可视化计算结果的分析过程屮所带来的直观性、准确性等都给科学家们带來了很大方便，科学计算可视化的快速发展引发了科学计算的计算风格的一次革

2、命。短短几年时间，科学计算可视化已经被成功的运用到天体研究、地震预测、气彖分析、航空航天、船舶、建筑、医学、地址勘探等许多领域。科学计算可视化的实质是运用计算机图形学和图像处理技术，将科学计算过程屮产牛的数据及计算结果转换为图像，在屏幕上显示出来并进行交互处理，其核心是三维数据场的口J视化。经过国内外对科学计算可视化技术的研究，规则数据场的体绘制和面绘制算法已趋成熟，应选择其中的优秀算法加以完善并移植到微机上，予以推广应用。科学计算可视化技术采用传统上为虚拟环境技术所专用的投影式和沉浸式显示设备，标志着这两个研究方向融合的发展趋势。MathWorks公司推出的基于MATLAB平台的Si

3、mulink是动态系统仿真领域屮最为著名的仿真集成环境之一，它在各个领域得到广泛的应用。使用Simulink來建模、仿真和分析各种动态系统（包括连续系统、离散系统和混合系统），将是一件轻松的事情。它提供了一种图形化的交互环境，只需用鼠标拖动的方法便能迅速地建立起系统框模型，甚至不需要编写一行代码。Simulink集成环境的运行受到MATLAB的支持，因此Simulink能够直接使用MATLAB强大的科学计数功能。毫无疑问,Simulink具冇出色的能力，因此它在系统仿真领域中冇着重要的地位。Simulink是基于MATLAB的图形化仿真集成环境。Simulink的图形建模方式给用户捉供

4、了强大的功能与友好的使用界而，使用图形化的系统模块可对蹦极跳系统进行动态描述，并在此基础上进行蹦极跳系统的求解与分析。采用算法题7,模型和模块的屈性屮包含回调函数。下图是蹦极跳的模型方块图，当运行这个模型时，并不需要设置参数，这是因为蹦极模型文件中先执行冋调函数。算法：自由落体满足牛顿运动定律，假设绳子的弹性系数为K,它的拉仲影响系统的动力响应，如果定义人站在桥上时绳索卜•端的初始位置为0位置，x为拉伸位置，那么用b（x）表示绳子的张力。物体质量为m,重力加速度为g,空气阻尼系数为alza2o在MATLAB中建立方程的Simulink模型，根据蹦极跳系统的数学描述，要建立此系统的模型，

5、主要需要如下的系统模块：（1）Continuous模块库中的Intergrator模块：用來实现系统中的微分运算。（2）Functions&Tables模块库中的Fen模块：用來实现系统中空气阻力的函数关系。（3）Nonlinear模块库屮的Swicth模块：用来实现系统屮弹力线索的函数关系蹦极跳系统模型屮使用了两个Scope输出模块，Scope用来显示蹦极者的相对位置，即相对于桥梁的位置；而右边的Scope模块则用来显示蹦极者的绝对位置，即相对于地面的距离o在建立蹦极跳系统模型后，需要设置系统模型中各个模块的参数。由于系统模块参数数量较多，木文直接使用MATLAB工作空间屮的变量作为

6、系统模块的参数(蹦极者质量m、重力加速度g、弹性常数k、常数al与常数a2)。Simulink是基于MATLAB平台Z上的系统仿真平台，它可以与MATLAB进行数据交互。直接使用MATLAB工作空间屮的变量设置模块参数，英变量赋值方法如图在Simulink主窗口使用Simulation菜单下的SimulationParameters打开仿真参数设置的对话框，蹦极跳系统的仿真参数设置如2(1)系统仿真时间范围为O-lOOs；(2)英它仿真参数采用系统默认取值。假设未伸长时绳索的端部距地面为50g为了得到更真实的曲线，将50减去输出位置，在命令窗口输入m=90;g=9.8;k=20;al=

7、l;a2=l,仿真曲线可以看到蹦极跳的身体碰到了地面上，为了保证90千克重的身体安全的最小弹性常数值，要编写一个脚木文件尝试不同的弹性常数。首先在模型中添加一个output模块，然后建立一个脚本文件试验不同的k值，当地而的距离为正时停止仿真。程序3g►L►lllmathb►Uh►:Fulda©>nr»e■tfeuibtfyFttryUivype*«uvmlau.tftd•U.11WHiml<>h.haflUk^vezmShieldSurUrb«