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JP3201599B2 - Orthogonal difference grid generation device, generation method thereof, and storage medium storing orthogonal difference grid generation program - Google Patents
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JP3201599B2 - Orthogonal difference grid generation device, generation method thereof, and storage medium storing orthogonal difference grid generation program - Google Patents

Orthogonal difference grid generation device, generation method thereof, and storage medium storing orthogonal difference grid generation program

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JP3201599B2
JP3201599B2 JP29620898A JP29620898A JP3201599B2 JP 3201599 B2 JP3201599 B2 JP 3201599B2 JP 29620898 A JP29620898 A JP 29620898A JP 29620898 A JP29620898 A JP 29620898A JP 3201599 B2 JP3201599 B2 JP 3201599B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、3次元の解析領域
に対して、有限差分法を用いて種々の解析を行うために
用いる直交差分格子を生成する直交差分格子生成装置及
びその生成方法ならびに直交差分格子生成プログラムを
格納した記憶媒体に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an orthogonal difference grid generating apparatus for generating an orthogonal difference grid used for performing various analyzes on a three-dimensional analysis area by using a finite difference method, and a method for generating the orthogonal difference grid. The present invention relates to a storage medium storing an orthogonal difference grid generation program.

【0002】[0002]

【従来の技術】種々の解析に用いられる微分方程式の数
値解法として有限差分法や有限要素法がある。これらの
方法を用いて、所定の解析領域に対する解析を行う場
合、解析領域を小領域に分割し、各小領域(要素)ごと
に方程式を解いて解析を行う。地形に応じて変化する地
上風の様子を計算する場合、解析対象である3次元領域
に格子(計算格子)を設定して小領域に分割し、各3次
元小領域ごとに流体解析を行うことにより、シミュレー
ション結果を得る。
2. Description of the Related Art There are a finite difference method and a finite element method as numerical solutions of differential equations used for various analyses. When an analysis is performed on a predetermined analysis region using these methods, the analysis region is divided into small regions, and analysis is performed by solving equations for each small region (element). When calculating the state of the ground wind that changes according to the terrain, set a grid (calculation grid) in the three-dimensional area to be analyzed, divide it into small areas, and perform fluid analysis for each three-dimensional small area Obtains a simulation result.

【0003】したがって、3次元領域に対する解析を行
う場合には、まず当該領域に所望の計算格子を設定する
ことが必要となる。上述した地上風の解析の例では、当
該領域内の地形の3次元データを作成し、当該地形を反
映させた3次元の計算格子を設定する。
Therefore, when performing an analysis on a three-dimensional area, it is necessary to first set a desired calculation grid in the area. In the example of the above-described ground wind analysis, three-dimensional data of the terrain in the region is created, and a three-dimensional calculation grid reflecting the terrain is set.

【0004】ここで、有限差分法は、有限要素法に比べ
て、小領域を形成する格子を生成するのに要する演算量
を少なくすることができるという利点があるが、形状の
近似度が低いため、解析精度が劣っていた。
Here, the finite difference method has an advantage that the amount of calculation required to generate a grid forming a small area can be reduced as compared with the finite element method, but the degree of approximation of the shape is low. Therefore, the analysis accuracy was poor.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、所定
の解析領域を行う場合、有限差分法を用いると、有限要
素法を用いた場合に比べて形状の近似度が低く、解析精
度が劣るという欠点があった。
As described above, when a predetermined analysis region is performed, the degree of approximation of the shape is lower when the finite difference method is used than when the finite element method is used, and the analysis accuracy is inferior. There was a disadvantage.

【0006】また、解析領域に直交差分格子を生成する
ために、まず、当該解析領域内に存在する物体の3次元
の形状データを作成しなければならないため、手間を要
するという欠点があった。
Further, in order to generate an orthogonal difference grid in the analysis area, it is necessary to first create three-dimensional shape data of an object existing in the analysis area.

【0007】本発明は、上記従来の欠点を解決し、予め
与えられた地上データに基づいて有限差分法に用いる有
限差分格子を自動的に生成することにより、処理効率の
向上を図ると共に、各計算格子ごとの空間占有率を用い
た形状の近似手法を導入することにより、形状の近似度
を向上させた直交差分格子生成装置及びその生成方法な
らびに直交差分格子生成プログラムを格納した記憶媒体
を提供することを目的とする。
The present invention solves the above-mentioned drawbacks of the prior art and improves the processing efficiency by automatically generating a finite difference grid used in the finite difference method based on predetermined ground data. Provided is an orthogonal difference grid generation apparatus and a method for generating the same, and a storage medium storing an orthogonal difference grid generation program, in which the degree of shape approximation is improved by introducing a shape approximation method using the space occupancy for each calculation grid. The purpose is to do.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、所定の地形を含む3次元の解析領域に対
して、有限差分法に用いる直交差分格子を生成する直交
差分格子生成装置において、前記解析領域に含まれる地
形の等高線データを前記直交差分格子の設定条件として
用いて、前記解析領域に初期的な格子を生成する初期格
子生成手段と、前記初期格子生成手段により生成された
前記初期格子を、前記等高線データに示される等高線の
位置に対応する格子線で分割して、該等高線の高さ間隔
に等しい厚みを有する複数の層領域を形成し、かつ該層
領域ごとに、前記初期格子を反映した格子を生成し、該
層領域の分割面に含まれる等高線形状に応じて該層領域
に生成された格子を細分化することにより2次的な格子
を生成する2次格子生成手段と、前記2次格子生成手段
により前記層領域ごとに生成された前記2次格子におい
て新たに設定された格子点を全ての前記層領域に反映さ
せることにより、前記各層領域の前記2次格子を整合さ
せる格子点調整手段とを備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides an orthogonal difference grid generation for generating an orthogonal difference grid used in a finite difference method for a three-dimensional analysis area including a predetermined terrain. In the apparatus, initial grid generating means for generating an initial grid in the analysis area using contour data of the terrain included in the analysis area as setting conditions for the orthogonal difference grid, and initial grid generating means for generating an initial grid in the analysis area. The initial grid is divided by grid lines corresponding to the positions of the contour lines shown in the contour data, to form a plurality of layer regions having a thickness equal to the height intervals of the contour lines, and for each of the layer regions Generating a grid that reflects the initial grid and subdividing the grid generated in the layer area according to the contour shape included in the division plane of the layer area to generate a secondary grid Case Generating means, and a grid point newly set in the secondary grid generated for each layer area by the secondary grid generating means is reflected in all of the layer areas, whereby the secondary A grid point adjusting means for matching the grid.

【0009】また、他の態様では、前記2次格子生成手
段が、前記2次格子を形成する全ての格子点に対して、
さらに、空間に位置する格子点か土壌に位置する点かを
判定し、かつ判定結果を該格子点の属性として定義し、
前記格子点調整手段が、前記各層領域の前記2次格子を
整合させた際に新たに設定された全ての格子点に対し
て、さらに、空間に位置する格子点か土壌に位置する点
かを判定し、かつ判定結果を該格子点の属性として定義
することを特徴とする。
[0009] In another aspect, the secondary grid generating means includes: for all grid points forming the secondary grid,
Furthermore, it is determined whether a grid point located in the space or a point located in the soil, and the determination result is defined as an attribute of the grid point,
The grid point adjusting means, for all grid points newly set when matching the secondary grid of each layer region, further determines whether a grid point located in space or a point located in soil. It is characterized in that a judgment is made and the judgment result is defined as an attribute of the grid point.

【0010】さらに、他の態様では、前記2次格子生成
手段が、前記層領域の分割面の任意の1点を参照点とし
て指定し、前記層領域の分割面上の各格子点に関して、
前記参照点との相対的な位置に基づいて該格子点が空間
に位置するか土壌に位置するかを判定し、前記格子点調
整手段が、前記各層領域の前記2次格子を整合させた際
に新たに設定された全ての格子点に関して、前記参照点
との相対的な位置に基づいて該格子点が空間に位置する
か土壌に位置するかを判定することを特徴とする。
Further, in another aspect, the secondary grid generating means specifies an arbitrary point on the division plane of the layer area as a reference point, and for each grid point on the division plane of the layer area,
Based on the relative position with respect to the reference point, it is determined whether the grid point is located in the space or the soil, the grid point adjusting means, when matching the secondary grid of each layer area For all newly set grid points, it is determined whether the grid point is located in space or soil based on the relative position with respect to the reference point.

【0011】さらにまた、他の態様では、前記格子点調
整手段により格子点の整合が行われた前記2次格子を入
力し、前記2次格子によって形成される小領域における
空間占有率を算出する空間占有率計算手段をさらに備え
ることを特徴とする。
In still another aspect, the secondary lattice, whose lattice points have been matched by the lattice point adjusting means, is input, and the space occupancy in a small area formed by the secondary lattice is calculated. A space occupancy calculating means is further provided.

【0012】[0012]

【0013】[0013]

【0014】[0014]

【0015】[0015]

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。本実施形態は、地上
風の様子を有限差分法を用いて計算するための直交差分
格子を生成するものとする。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the present embodiment, it is assumed that an orthogonal difference grid for calculating the state of the ground wind using the finite difference method is generated.

【0017】図1は、本発明の一実施形態による直交差
分格子生成装置の構成を示すブロック図である。図1を
参照すると、本実施形態の直交差分格子生成装置は、解
析範囲に対して初期的な3次元格子(以下、初期格子と
称す)を生成する初期格子生成部10と、生成された初
期格子を適当な厚みを持つ複数の層領域に分割して各層
領域ごとに独立した3次元座標データを作成する2次格
子作成部20と、各層領域の格子データに基づいて層領
域ごとに異なる格子点数の調製を行う格子点調整部30
と、各格子内における空間の占める割合をもって地形形
状を近似する形状近似部40と、算出された格子点の座
標値、属性及び格子点に囲まれた各格子内の空間占有率
を出力する格子データ出力部50とを備える。また、本
実施形態の直交差分格子生成装置には、解析対象である
地形データ110を格納した記憶装置100が接続され
ている。記憶装置100には、本実施形態による処理中
に発生した格子データを、必要に応じて一時的に格納し
たり、最終的に生成された格子データの出力先とするこ
ともできる。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an orthogonal difference grid generating apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, an orthogonal difference grid generation device according to the present embodiment includes an initial grid generation unit 10 that generates an initial three-dimensional grid (hereinafter, referred to as an initial grid) for an analysis range, and an generated initial grid. A secondary grid creating unit 20 that divides the grid into a plurality of layer areas having an appropriate thickness and creates independent three-dimensional coordinate data for each layer area; and a different grid for each layer area based on the grid data of each layer area. Grid point adjustment unit 30 for adjusting the number of points
And a shape approximating unit 40 for approximating the terrain shape based on the proportion of the space occupied by each grid, and a grid for outputting the calculated coordinate values, attributes, and space occupancy of each grid surrounded by the grid points. A data output unit 50. Further, the storage device 100 that stores the terrain data 110 to be analyzed is connected to the orthogonal difference grid generation device of the present embodiment. The storage device 100 can temporarily store grid data generated during the processing according to the present embodiment as necessary, or can be used as an output destination of the finally generated grid data.

【0018】上記のように構成された本実施形態の直交
差分格子生成装置は、例えば、パーソナルコンピュータ
やワークステーション、その他のコンピュータシステム
に搭載されるプログラム制御されたCPUとRAMその
他の内部メモリとで実現される。CPUを制御するコン
ピュータプログラムは、磁気ディスクや光ディスク、半
導体メモリその他の一般的な記憶媒体に格納して提供さ
れ、コンピュータシステムの内部メモリにロードされて
上記各機能実行部の機能を実現する。なお、図1には、
本実施形態における特徴的な構成のみを記載し、他の一
般的な構成については、記載を省略してある。
The orthogonal difference grid generating apparatus of the present embodiment configured as described above comprises, for example, a program-controlled CPU mounted on a personal computer, workstation, or other computer system, and a RAM or other internal memory. Is achieved. A computer program for controlling the CPU is provided by being stored in a magnetic disk, an optical disk, a semiconductor memory, or another general storage medium, and loaded into an internal memory of the computer system to realize the functions of the above-described function execution units. In FIG. 1,
Only the characteristic configuration in the present embodiment is described, and the description of other general configurations is omitted.

【0019】上記構成において、初期格子生成部10
は、解析対象領域に初期格子を生成する。初期格子生成
部10の動作を示す図2を参照すると、初期格子生成部
10は、まず、地表面下の土壌及び地表上空の空間を含
む直方体形状の解析対象領域を3次元直交座標系に設定
する(ステップ201)。そして、各方向の座標軸に分
割数を入力する(ステップ202)。ここで、分割数と
は、当該解析対象領域を当該座標軸の方向にいくつに分
割するかを指定する数である。したがって、解析対象領
域の各座標軸を入力された分割数で割ることにより、初
期格子の一辺の長さが算出でき、これによって各座標軸
方向の分割位置が定まる。なお、本実施形態では、Z軸
方向に関して、地形データ110中の等高線データ11
1を用いることにより、分割数の入力を省略することが
できる。すなわち、等高線データ111に示す各等高線
の座標値を当該解析対象領域のZ軸方向(高さ方向)の
分割位置とすることができる。また、解析対象領域の設
定及び分割数の入力は、ユーザが、キーボードやマウ
ス、その他の適当な入力デバイスを用いて行う。次に、
当該解析対象領域を各座標軸の分割数にしたがって実際
に分割することにより、初期格子を生成する(ステップ
203)。
In the above configuration, the initial grid generator 10
Generates an initial grid in the analysis target area. Referring to FIG. 2 showing the operation of the initial grid generating unit 10, the initial grid generating unit 10 first sets a rectangular parallelepiped analysis target area including a space below the ground surface and a space above the ground surface in a three-dimensional orthogonal coordinate system. (Step 201). Then, the number of divisions is input to the coordinate axes in each direction (step 202). Here, the number of divisions is a number that specifies how many divisions of the analysis target area are performed in the direction of the coordinate axis. Therefore, by dividing each coordinate axis of the analysis target area by the input number of divisions, the length of one side of the initial lattice can be calculated, whereby the division position in each coordinate axis direction is determined. In the present embodiment, the contour data 11 in the terrain data 110 is used in the Z-axis direction.
By using 1, the input of the number of divisions can be omitted. That is, the coordinate value of each contour line shown in the contour line data 111 can be set as a division position in the Z-axis direction (height direction) of the analysis target area. The setting of the analysis target area and the input of the number of divisions are performed by the user using a keyboard, a mouse, and other appropriate input devices. next,
An initial grid is generated by actually dividing the analysis target area according to the number of divisions of each coordinate axis (step 203).

【0020】2次格子生成部20は、初期格子生成部1
0により初期格子の生成された解析対象領域をZ軸方向
の分割位置(各等高線の座標値)で分割して、初期格子
のZ軸方向の長さに等しい厚みを有する複数の層領域を
得る。そして、得られた各層領域に対して、土壌と空間
とを区別した3次元格子を生成することにより、層領域
単位の格子(2次格子)を生成する。当該3次元格子
は、各層領域の表面の等高線形状に応じて生成された2
次元格子を等高線の幅だけZ軸方向に投影したものであ
る。
The secondary grid generator 20 includes an initial grid generator 1
The analysis target area in which the initial lattice is generated by 0 is divided at the division position in the Z-axis direction (coordinate values of each contour line) to obtain a plurality of layer areas having a thickness equal to the length of the initial lattice in the Z-axis direction. . Then, a lattice (secondary lattice) is generated for each layer region by generating a three-dimensional lattice for distinguishing the soil and the space for each obtained layer region. The three-dimensional grid is generated based on the contour shape of the surface of each layer region.
The dimensional grid is projected in the Z-axis direction by the width of the contour line.

【0021】2次格子生成部20の動作を示す図3のフ
ローチャートを参照すると、2次格子生成部20は、ま
ず、初期格子の生成された解析領域を等高線に応じた層
領域に分割し(ステップ301)、各層領域について格
子点を再構成する(ステップ302)。これにより、各
層領域は、X、Y軸方向に(分割数+1)個の格子点が
存在し、Z軸方向に2個の格子点が存在することとな
る。また、各層領域の上面と底面とでは、同じ位置に格
子点が配置される。
Referring to the flowchart of FIG. 3 showing the operation of the secondary grid generation unit 20, the secondary grid generation unit 20 first divides the analysis area in which the initial grid is generated into layer areas corresponding to contour lines ( Step 301), the grid points are reconstructed for each layer region (step 302). Thus, in each layer region, (the number of divisions + 1) lattice points exist in the X and Y axis directions, and two lattice points exist in the Z axis direction. In addition, lattice points are arranged at the same position on the top surface and the bottom surface of each layer region.

【0022】次に、各層領域の分割面(上面または底
面)に現れる等高線形状のいずれか一方に着目して、次
の手順により、当該面の2次元格子を適宜細分化する。
まず、当該等高線により形成される閉じた空間内部の任
意の1点を指定し、土壌と空間とを区別するための参照
点とする(ステップ303)。参照点の指定は、ユーザ
が適当な入力デバイスを用いて行う。次に、4個の格子
点によって囲まれた単位領域内(以下、計算セルと称
す)において、等高線の部分曲線が2次の多項式で近似
できるか否かを、2次曲線の性質にしたがって判定する
(ステップ304)。2次多項式で近似できる場合、当
該4個の格子点を確定し、近似した各項の係数を所定の
ファイルに保持する(ステップ306)。
Next, focusing on one of the contour shapes appearing on the division surface (upper surface or bottom surface) of each layer region, the two-dimensional lattice of the surface is appropriately subdivided by the following procedure.
First, an arbitrary point in the closed space formed by the contour lines is designated and set as a reference point for distinguishing the soil from the space (step 303). The reference point is specified by the user using an appropriate input device. Next, it is determined whether or not a contour partial curve can be approximated by a quadratic polynomial in a unit area surrounded by four grid points (hereinafter, referred to as a calculation cell) according to the property of the quadratic curve. (Step 304). If approximation can be made by a second-order polynomial, the four lattice points are determined, and the coefficients of the approximated terms are stored in a predetermined file (step 306).

【0023】一方、2次多項式で近似できない場合、当
該計算セルを各辺の2等分線で4分割する(ステップ3
05)。この際、各辺の中点に新たな格子点が設定され
る。そして、当該分割後の新たな計算セル、すなわち新
たな格子点を含む4個の格子点によって囲まれた、分割
前の計算セルの4分の1の大きさの計算セルに対して、
改めて2次多項式で近似できるか否かを判定する(ステ
ップ304)。以上の計算セルの分割と近似可否の判定
とを、計算セル内の等高線の部分曲線が2次多項式で近
似できるまで繰り返す。そして、計算セルを分割する新
たな格子点を設定した場合は、当該格子点を確定した際
に、その座標値をX、Y軸上に反映させる。
On the other hand, when the calculation cell cannot be approximated by the second-order polynomial, the calculation cell is divided into four by bisectors of each side (step 3).
05). At this time, a new grid point is set at the midpoint of each side. Then, for a new calculation cell after the division, that is, a calculation cell of a quarter of the calculation cell before the division surrounded by four grid points including the new grid point,
It is determined again whether or not approximation can be made with a second-order polynomial (step 304). The above-described division of the calculation cell and the determination of whether or not approximation is possible are repeated until the partial curve of the contour line in the calculation cell can be approximated by a quadratic polynomial. Then, when a new grid point for dividing the calculation cell is set, when the grid point is determined, its coordinate value is reflected on the X and Y axes.

【0024】以上のようにして、全ての計算セル内で等
高線が2次の多項式に近似できた段階で、計算セルを構
成する4個の格子点の各々について、土壌に位置する点
か空間に位置する点かを、参照点との相対位置に基づい
て判定し、判定結果を格子点の属性として定義する(ス
テップ307)。
As described above, when the contour lines can be approximated to the second-order polynomials in all the calculation cells, each of the four grid points constituting the calculation cells is converted to a point or space located on the soil. Whether the point is located is determined based on the relative position with respect to the reference point, and the determination result is defined as an attribute of the grid point (step 307).

【0025】格子点調整部30は、2次格子生成部20
によって各層領域ごとに、新たに設定された格子点とそ
の属性とを、全ての層領域に反映させることにより、各
層領域の格子の整合を図る。格子点調整部30の動作を
示す図4のフローチャートを参照すると、格子点調整部
30は、まず、各層領域において新たに設定され、確定
したX、Y軸上の格子点の座標値を全ての層領域に反映
させる(ステップ401)。そして、全ての層領域にお
いて、ステップ401で追加された格子点の属性を、図
3のステップ307で行ったのと同様の方法で定義する
(ステップ402)。
The grid point adjusting unit 30 includes a secondary grid generating unit 20
By reflecting the newly set lattice points and their attributes for each layer region in all layer regions, the lattice matching of each layer region is achieved. Referring to the flowchart of FIG. 4 showing the operation of the grid point adjustment unit 30, the grid point adjustment unit 30 firstly sets the coordinate values of the grid points on the X and Y axes newly set and determined in each layer region. This is reflected in the layer area (step 401). Then, in all the layer regions, the attributes of the grid points added in step 401 are defined by the same method as that performed in step 307 of FIG. 3 (step 402).

【0026】形状近似部40は、各格子内における空間
の占める割合(空間占有率)をもって地形形状を近似す
る。形状近似部40の動作を示す図5のフローチャート
を参照すると、形状近似部40は、まず、計算セル内の
土壌部分の面積を算出する(ステップ501)。次に、
計算セルの断面における空間部分と土壌部分の面積比を
求める次式により、当該計算セルにおける空間占有率を
算出する(ステップ502)。 空間占有率=(計算セルの面積)−(土壌部分の面積)
/(計算セルの面積) 空間占有率が実際に持つ値は、「0」から「1」までの
実数である。そして、値が「0」の場合は当該計算セル
が土壌で満たされていることを意味し、「1」の場合は
土壌が全く存在しない空間であることを意味する。計算
セルに含まれる4つの格子点が全て同一属性の場合に
は、空間占有率の計算を行う必要がないため、占有率を
「0」か「1」に設定する。
The shape approximating unit 40 approximates the topographic shape based on the ratio of the space occupied by each grid (space occupancy). Referring to the flowchart of FIG. 5 showing the operation of the shape approximating unit 40, the shape approximating unit 40 first calculates the area of the soil portion in the calculation cell (step 501). next,
The space occupancy in the calculation cell is calculated by the following formula for calculating the area ratio between the space portion and the soil portion in the cross section of the calculation cell (step 502). Space occupancy = (area of calculation cell)-(area of soil part)
/ (Area of calculation cell) The value that the space occupancy actually has is a real number from “0” to “1”. When the value is “0”, it means that the calculation cell is filled with soil, and when the value is “1”, it means that the space is completely free of soil. If all the four grid points included in the calculation cell have the same attribute, it is not necessary to calculate the space occupancy, so the occupancy is set to “0” or “1”.

【0027】以上のようにして算出される空間占有率
は、当該計算セルにおける地形(等高線形状)の輪郭を
示すものではないが、流体の振る舞いは一定の領域にお
ける空間占有率に大きく左右されるので、流体解析にお
いては、計算セルごとの空間占有率をもって地形を近似
すると考えて良い。
The space occupancy calculated as described above does not indicate the contour of the terrain (contour shape) in the calculation cell, but the behavior of the fluid largely depends on the space occupancy in a certain area. Therefore, in the fluid analysis, it may be considered that the topography is approximated by the space occupancy of each calculation cell.

【0028】格子データ出力部50は、以上の各機能実
行部の動作によって求められた、各座標軸上の格子点座
標値、全ての格子点の属性情報、及び全ての計算セルに
おける空間占有率を、格子データを利用する流体計算プ
ログラムで読み込める書式で出力する。
The grid data output unit 50 outputs the grid point coordinate values on each coordinate axis, the attribute information of all grid points, and the space occupancy in all calculation cells, obtained by the operation of each function execution unit. Output in a format that can be read by a fluid calculation program that uses grid data.

【0029】[0029]

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。図6ないし図14は、解析対象領域
に直交差分格子を設定して当該格子に関するデータを生
成する過程を示す。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 6 to 14 show a process of setting an orthogonal difference grid in the analysis target area and generating data relating to the grid.

【0030】まず、初期格子生成部10が地形データ1
10を入力して初期格子を生成する。すなわち、図6に
示すように、地形データ110中で解析対象である領域
の基準点を定める。そして、基準点に対するX軸方向の
長さ及びY軸方向の長さを入力して相対的な位置決めを
行い、解析対象領域全体を1個の直方体として定義す
る。次に、定義された当該解析対象領域のX軸方向及び
Y軸方向の分割数を入力し、入力された分割数と当該領
域における地形データの等高線の本数にしたがって、図
7に示すように、当該解析対象領域をX軸、Y軸及びZ
軸方向にそれぞれ等分割して3次元の初期格子を形成す
る。
First, the initial grid generator 10 generates the topographic data 1
Input 10 to generate an initial grid. That is, as shown in FIG. 6, a reference point of an area to be analyzed in the terrain data 110 is determined. Then, the relative position is determined by inputting the length in the X-axis direction and the length in the Y-axis direction with respect to the reference point, and the entire analysis target area is defined as one rectangular parallelepiped. Next, the defined number of divisions in the X-axis direction and the Y-axis direction of the analysis target area are input, and according to the input division number and the number of contour lines of the terrain data in the area, as shown in FIG. X-axis, Y-axis and Z
A three-dimensional initial lattice is formed by equally dividing each in the axial direction.

【0031】次に、2次格子生成部20が、初期格子生
成部10により生成された初期格子を入力し、初期格子
の生成された解析対象領域をZ軸方向の分割位置、すな
わち等高線の高さに対応する位置で各層領域ごとに分割
し、各層領域の格子を再配置する。これにより、図8に
示すような、各層領域の3次元格子(2次格子)が生成
される。
Next, the secondary grid generating unit 20 inputs the initial grid generated by the initial grid generating unit 10 and divides the analysis target area where the initial grid is generated into the divided positions in the Z-axis direction, that is, the heights of the contour lines. Then, division is performed for each layer region at a position corresponding to the above, and the lattice of each layer region is rearranged. Thereby, a three-dimensional lattice (secondary lattice) of each layer region as shown in FIG. 8 is generated.

【0032】次に、各層領域の3次元格子に対して、例
えば上面に現れる等高線形状に着目して、当該面の2次
元格子を細分化する。まず、等高線により形成される閉
じた空間内の任意の1点を参照点として定義する。ここ
では、図9に示すように、等高線内部の初期格子におけ
る格子点の1点を参照点とする。
Next, with respect to the three-dimensional lattice of each layer region, for example, focusing on the contour shape appearing on the upper surface, the two-dimensional lattice of the surface is subdivided. First, an arbitrary point in a closed space formed by contour lines is defined as a reference point. Here, as shown in FIG. 9, one of the grid points in the initial grid inside the contour line is set as a reference point.

【0033】次に、2次元格子に属しかつ等高線の部分
曲線が通る全ての計算セルに対して、当該部分曲線が2
次多項式で近似できるか否かを、当該部分曲線の変極点
の有無及び極値の数によって判定する。具体的には、変
極点が存在せずかつ極値の数が一つ以下である場合に近
似可能と判定する。図10に近似可能な場合(A)と近
似不可能な場合(B)の例を示す。近似可能と判定した
場合、当該計算セルに属する4点(計算セルの4角の頂
点)を格子点として確定する。また、近似不可能と判定
した場合、図11に示すように、格子を4分の1の大き
さに再分割して新たな計算セルを設定し、当該新たな計
算セルを通る等高線の部分曲線に対して、改めて2次多
項式で近似できるか否かを判定する。
Next, for all calculation cells belonging to the two-dimensional grid and through which the contour partial curve passes, the partial curve is
Whether it can be approximated by a degree polynomial is determined by the presence or absence of an inflection point of the partial curve and the number of extreme values. Specifically, when there is no inflection point and the number of extrema is one or less, it is determined that approximation is possible. FIG. 10 shows examples of the case where approximation is possible (A) and the case where approximation is not possible (B). If it is determined that approximation is possible, four points (vertexes of the four corners of the calculation cell) belonging to the calculation cell are determined as grid points. When it is determined that the approximation is impossible, the grid is subdivided into quarters to set a new calculation cell, and a partial curve of a contour passing through the new calculation cell, as shown in FIG. It is determined again whether or not approximation can be made with a second-order polynomial.

【0034】近似可否の判定を全ての計算セルについて
行った後、2次格子生成部20は、各計算セルに属する
格子点に対して属性を定義する。すなわち、参照点を等
高線で囲まれた閉じた領域内の1つの格子点としている
ので、図12に示すように、属性を定義しようとする格
子点と参照点とを結ぶ直線を等高線が横切っていれば、
当該格子点は空間であることを示す属性(空間属性)と
定義する。また、図13に示すように、属性を定義しよ
うとする格子点と参照点とを結ぶ直線を等高線が横切っ
ていなければ、当該格子点は土壌であることを示す属性
(土壌属性)と定義する。
After determining whether approximation is possible or not for all calculation cells, the secondary grid generation unit 20 defines attributes for grid points belonging to each calculation cell. That is, since the reference point is one grid point in a closed area surrounded by contour lines, as shown in FIG. 12, the contour line crosses a straight line connecting the grid point whose attribute is to be defined and the reference point. If
The grid point is defined as an attribute (space attribute) indicating that it is a space. In addition, as shown in FIG. 13, if the contour line does not cross a straight line connecting the grid point whose attribute is to be defined and the reference point, the grid point is defined as an attribute (soil attribute) indicating that it is soil. .

【0035】各層領域について格子点の再構成及び属性
定義を行った後、格子点調整部30が、各層領域におい
て新たに生成された格子点のX座標値及びY座標値を、
全ての層領域のX座標及びY座標に反映させる。この処
理によって、いくつかの層領域には新たな格子点が生成
されるので、追加された格子点に対してその属性の定義
を行う。
After reconstructing the grid points and defining the attributes for each layer area, the grid point adjusting unit 30 calculates the X coordinate values and Y coordinate values of the newly generated grid points in each layer area.
This is reflected on the X and Y coordinates of all layer areas. As a result of this processing, new grid points are generated in some layer areas, and the attributes of the added grid points are defined.

【0036】次に、形状近似部40が、2次多項式に近
似された等高線に囲まれる土壌領域の面積を求め、空間
部分と土壌部分の面積比を算出して、各計算セルの空間
占有率として定義する。図14に、空間占有率が「0」
の例、空間占有率が「1」の例、及び空間占有率が
「0」から「1」の間である例を示す。
Next, the shape approximating unit 40 calculates the area of the soil area surrounded by the contour lines approximated by the second-order polynomial, calculates the area ratio between the space part and the soil part, and calculates the space occupancy of each calculation cell. Is defined as In FIG. 14, the space occupancy is “0”.
, The space occupancy is “1”, and the space occupancy is between “0” and “1”.

【0037】最後に、格子データ出力部50が、各座標
軸上の格子点の座標値、全ての格子点の属性情報、及び
全ての計算セルにおける空間占有率を、格子データを利
用する流体計算プログラムで読み込める書式で出力す
る。
Lastly, the grid data output unit 50 stores the coordinate values of the grid points on each coordinate axis, the attribute information of all grid points, and the space occupancy in all calculation cells, using a fluid calculation program that uses grid data. Output in a format that can be read by.

【0038】以上好ましい実施例をあげて本発明を説明
したが、本発明は必ずしも上記実施例に限定されるもの
ではない。例えば、上記先の実施例では、地形データに
基づいて地上風の様子を解析するシステムへの適用を示
したが、地形データの代わりに地上に配置された所定の
物体に対して地形データとの同様のデータを作成すれ
ば、当該データに基づいて当該物体周りの気流の様子を
解析することが可能である。
Although the present invention has been described with reference to the preferred embodiments, the present invention is not necessarily limited to the above embodiments. For example, in the above-described embodiment, the application to the system for analyzing the state of the ground wind based on the terrain data is described. If similar data is created, it is possible to analyze the state of the airflow around the object based on the data.

【0039】具体的には、当該物体の形状を既存のスキ
ャニング装置を用いていくつかの断面ごとにトレース
し、断面ごとの形状データ、すなわち当該物体の輪郭を
等高線と同様に取り扱うことにより、直交差分格子を生
成するためのデータとすることができる。
Specifically, the shape of the object is traced for each of several cross sections by using an existing scanning device, and the shape data for each cross section, that is, the contour of the object is treated in the same manner as the contour line, whereby the orthogonality is obtained. This can be data for generating a difference grid.

【0040】また、本発明により作成された格子データ
のうち、座標データ及び格子点の属性データを用いて、
3次元の形状データを作成することができる。すなわ
ち、本発明によれば、地形データのような2次元のデー
タから当該データを反映させた3次元の直交差分格子を
作成することができるため、一種のソリッドモデラとし
て使用することが可能である。
Further, among the grid data created according to the present invention, coordinate data and attribute data of grid points are used to calculate
Three-dimensional shape data can be created. That is, according to the present invention, a three-dimensional orthogonal difference grid reflecting the data can be created from two-dimensional data such as terrain data, so that it can be used as a kind of solid modeler. .

【0041】[0041]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の直交差分
格子生成装置及びその生成方法ならびに直交差分格子生
成プログラムを格納した記憶媒体によれば、既に存在す
る地形データから自動的に計算格子を生成することがで
きるため、予め解析対象である領域の3次元データを作
成する必要がなくなり、解析処理の効率の向上を図るこ
とができるという効果がある。
As described above, according to the orthogonal difference grid generation apparatus and the generation method thereof and the storage medium storing the orthogonal difference grid generation program of the present invention, the calculation grid is automatically formed from the existing terrain data. Since it can be generated, there is no need to create three-dimensional data of the region to be analyzed in advance, and there is an effect that the efficiency of the analysis process can be improved.

【0042】また、地上風の解析ような3次元空間にお
ける流体解析に本発明を適用する場合、計算格子にて区
分される各小領域の空間占有率をもって当該小領域にお
ける物体形状を近似するため、解析に十分な形状近似度
を得ることができるという効果がある。
When the present invention is applied to fluid analysis in a three-dimensional space such as ground wind analysis, the object shape in the small area is approximated by the space occupancy of each small area divided by the calculation grid. This has the effect that a sufficient degree of shape approximation can be obtained for analysis.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の一実施形態による直交差分格子生成
装置の構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an orthogonal difference grid generation device according to an embodiment of the present invention.

【図2】 本実施形態における初期格子生成部の動作を
示すフローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart illustrating an operation of an initial grid generation unit according to the present embodiment.

【図3】 本実施形態における2次格子生成部の動作を
示すフローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart illustrating an operation of a secondary grid generation unit according to the embodiment.

【図4】 本実施形態における格子点調整部の動作を示
すフローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart illustrating an operation of a grid point adjustment unit according to the embodiment.

【図5】 本実施形態における形状近似部の動作を示す
フローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart illustrating an operation of a shape approximating unit according to the present embodiment.

【図6】 地形データに基づいて3次元の解析対象領域
を設定した例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an example in which a three-dimensional analysis target area is set based on topographic data.

【図7】 解析対象領域に対して初期格子を生成した例
を示す図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example in which an initial grid is generated for an analysis target area.

【図8】 初期格子を層領域ごとに分割した例を示す図
である。
FIG. 8 is a diagram showing an example in which an initial lattice is divided for each layer region.

【図9】 層領域の一面上に参照点を指定した例を示す
図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating an example in which a reference point is specified on one surface of a layer area.

【図10】 等高線の部分曲線が2次多項式で近似でき
る場合と近似できない場合の例を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing an example of a case where a contour partial curve can be approximated by a second-order polynomial and an example of a case where it cannot be approximated.

【図11】 計算セルを4分割した例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an example in which a calculation cell is divided into four parts.

【図12】 参照点との相対的な位置に基づいて格子点
の属性を定義する方法を示す図であり、属性が空間属性
である例を示す図である。
FIG. 12 is a diagram illustrating a method of defining an attribute of a grid point based on a relative position with respect to a reference point, and illustrating an example in which the attribute is a spatial attribute.

【図13】 参照点との相対的な位置に基づいて格子点
の属性を定義する方法を示す図であり、属性が土壌属性
である例を示す図である。
FIG. 13 is a diagram illustrating a method of defining an attribute of a grid point based on a relative position with respect to a reference point, and illustrating an example in which the attribute is a soil attribute.

【図14】 異なる空間占有率をもつ計算セルの例を示
す図である。
FIG. 14 is a diagram showing an example of calculation cells having different space occupancies.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 初期格子生成部 20 2次格子生成部 30 格子点調整部30 40 形状近似部 50 格子データ出力部 100 記憶装置 110 地形データ 111 等高線データ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Initial grid generation part 20 Secondary grid generation part 30 Grid point adjustment part 30 40 Shape approximation part 50 Grid data output part 100 Storage device 110 Terrain data 111 Contour data

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G06F 17/50 612 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G06F 17/50 612

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 所定の地形を含む3次元の解析領域に対
して、有限差分法に用いる直交差分格子を生成する直交
差分格子生成装置において、 前記解析領域に含まれる地形の等高線データを前記直交
差分格子の設定条件として用いて、前記解析領域に初期
的な格子を生成する初期格子生成手段と、 前記初期格子生成手段により生成された前記初期格子
を、前記等高線データに示される等高線の位置に対応す
る格子線で分割して、該等高線の高さ間隔に等しい厚み
を有する複数の層領域を形成し、かつ該層領域ごとに、
前記初期格子を反映した格子を生成し、該層領域の分割
面に含まれる等高線形状に応じて該層領域に生成された
格子を細分化することにより2次的な格子を生成する2
次格子生成手段と、 前記2次格子生成手段により前記層領域ごとに生成され
た前記2次格子において新たに設定された格子点を全て
の前記層領域に反映させることにより、前記各層領域の
前記2次格子を整合させる格子点調整手段とを備えるこ
とを特徴とする直交差分格子生成装置。
1. An orthogonal difference grid generating apparatus for generating an orthogonal difference grid used in a finite difference method for a three-dimensional analysis region including a predetermined terrain, comprising the steps of: An initial grid generating unit that generates an initial grid in the analysis area using the setting conditions of the difference grid, and the initial grid generated by the initial grid generating unit is located at a contour line position indicated by the contour data. Dividing by the corresponding grid lines to form a plurality of layer regions having a thickness equal to the height interval of the contour lines, and for each layer region,
Generating a grid that reflects the initial grid and subdividing the grid generated in the layer area according to the contour shape included in the division plane of the layer area to generate a secondary grid 2
A secondary lattice generation unit, and a grid point newly set in the secondary lattice generated for each of the layer regions by the secondary lattice generation unit is reflected in all of the layer regions, so that the An orthogonal difference grid generating apparatus, comprising: a grid point adjusting unit for matching a secondary grid.
【請求項2】 前記2次格子生成手段が、前記2次格子
を形成する全ての格子点に対して、さらに、空間に位置
する格子点か土壌に位置する点かを判定し、かつ判定結
果を該格子点の属性として定義し、 前記格子点調整手段が、前記各層領域の前記2次格子を
整合させた際に新たに設定された全ての格子点に対し
て、さらに、空間に位置する格子点か土壌に位置する点
かを判定し、かつ判定結果を該格子点の属性として定義
することを特徴とする請求項1に記載の直交差分格子生
成装置。
2. The secondary grid generating means further determines, for all grid points forming the secondary grid, whether the grid points are located in a space or a point located in soil, and a determination result is provided. Is defined as an attribute of the lattice point, and the lattice point adjusting means is further positioned in space with respect to all lattice points newly set when the secondary lattices of the respective layer regions are matched. The orthogonal difference grid generation device according to claim 1, wherein it is determined whether the grid point is a point located on the soil or not, and a determination result is defined as an attribute of the grid point.
【請求項3】 前記2次格子生成手段が、 前記層領域の分割面の任意の1点を参照点として指定
し、 前記層領域の分割面上の各格子点に関して、前記参照点
との相対的な位置に基づいて該格子点が空間に位置する
か土壌に位置するかを判定し、 前記格子点調整手段が、 前記各層領域の前記2次格子を整合させた際に新たに設
定された全ての格子点に関して、前記参照点との相対的
な位置に基づいて該格子点が空間に位置するか土壌に位
置するかを判定することを特徴とする請求項2に記載の
直交差分格子生成装置。
3. The secondary grid generating means designates an arbitrary point on a division plane of the layer area as a reference point, and designates each grid point on the division plane of the layer area relative to the reference point. It is determined whether the grid point is located in the space or the soil based on the natural position, the grid point adjusting means is newly set when matching the secondary grid of each layer region The orthogonal difference grid generation according to claim 2, wherein it is determined whether the grid points are located in a space or a soil based on a relative position of the grid points with respect to all the grid points. apparatus.
【請求項4】 前記格子点調整手段により格子点の整合
が行われた前記2次格子を入力し、前記2次格子によっ
て形成される小領域における空間占有率を算出する空間
占有率計算手段をさらに備えることを特徴とする請求項
1ないし請求項3に記載の直交差分格子生成装置。
4. A space occupancy calculating means for inputting the secondary grid, whose lattice points have been matched by the grid point adjusting means, and calculating a spatial occupancy in a small area formed by the secondary grid. The orthogonal difference grid generation device according to claim 1, further comprising:
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