本技術(shù)涉及聲學(xué)超材料數(shù)據(jù)表征，特別是涉及一種聲學(xué)超材料通用數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建方法、裝置和設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、聲學(xué)超材料是一類(lèi)通過(guò)人工設(shè)計(jì)的具有特殊聲學(xué)特性的材料，其聲波操控能力遠(yuǎn)超常規(guī)材料。聲學(xué)超材料的獨(dú)特之處在于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的精密設(shè)計(jì)，可以使其展現(xiàn)出非常規(guī)的聲學(xué)響應(yīng)，例如負(fù)折射、超透鏡和隱形斗篷效應(yīng)等。這些特性使得聲學(xué)超材料在噪聲控制、聲波成像、聲隱身以及其他聲學(xué)工程領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

2、聲學(xué)超材料具有多構(gòu)型、多相態(tài)的特點(diǎn)，通常包含兩種或兩種以上的材料類(lèi)型，這些材料的聲學(xué)特性不僅依賴(lài)于其組成材料的本征屬性，還與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的幾何形態(tài)、排列方式密切相關(guān)。因此，準(zhǔn)確表征聲學(xué)超材料的結(jié)構(gòu)，對(duì)于其設(shè)計(jì)與優(yōu)化至關(guān)重要。目前，在構(gòu)建機(jī)器學(xué)習(xí)算法輸入數(shù)據(jù)時(shí)，研究人員大多采取參數(shù)、圖像等方式來(lái)表征聲學(xué)超材料拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這類(lèi)傳統(tǒng)表征方式在一定程度上能夠反映聲學(xué)超材料的宏觀特性，但是無(wú)法表征聲學(xué)超材料的多相態(tài)和多構(gòu)型特征信息，還會(huì)導(dǎo)致輸入過(guò)度簡(jiǎn)化帶來(lái)的信息丟失問(wèn)題，并且數(shù)據(jù)集涵蓋構(gòu)型范圍受限，阻礙了通用表征方法的建立。

3、除此之外，在進(jìn)行聲學(xué)超材料性能評(píng)估和設(shè)計(jì)時(shí)，受制于通用數(shù)據(jù)庫(kù)缺失，現(xiàn)有算法往往在特定構(gòu)型的材料數(shù)據(jù)集上進(jìn)行學(xué)習(xí)和生成，難以實(shí)現(xiàn)顛覆性創(chuàng)新的跨構(gòu)型逆向設(shè)計(jì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于此，有必要針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種聲學(xué)超材料通用數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建方法、裝置和設(shè)備。

2、一種聲學(xué)超材料通用數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建方法，所述方法包括：

3、通過(guò)建模軟件批量化生成聲學(xué)超材料模型，并以三角網(wǎng)格模型文件的形式，導(dǎo)出所有聲學(xué)超材料模型進(jìn)行保存；

4、針對(duì)每個(gè)聲學(xué)超材料模型，首先進(jìn)行內(nèi)部實(shí)體對(duì)象識(shí)別與文件重寫(xiě)，將聲學(xué)超材料模型中的每個(gè)實(shí)體對(duì)象導(dǎo)出為單獨(dú)的網(wǎng)格模型文件進(jìn)行存儲(chǔ)；其中，每個(gè)網(wǎng)格模型文件記錄存儲(chǔ)一個(gè)實(shí)體對(duì)象的幾何信息；

5、然后對(duì)聲學(xué)超材料模型中每個(gè)實(shí)體對(duì)象的網(wǎng)格模型文件，依次進(jìn)行離散化處理、體素表面重建以及材料物理參數(shù)信息附加，構(gòu)建得到每個(gè)聲學(xué)超材料模型的點(diǎn)云文件；其中，一個(gè)點(diǎn)云文件記錄存儲(chǔ)有一個(gè)聲學(xué)超材料模型中每個(gè)實(shí)體對(duì)象的幾何信息與材料物理參數(shù)信息；

6、基于每個(gè)聲學(xué)超材料模型對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格模型文件、點(diǎn)云文件以及通過(guò)仿真建模軟件計(jì)算得到的聲學(xué)超材料模型的吸聲系數(shù)表格，構(gòu)建得到聲學(xué)超材料通用數(shù)據(jù)庫(kù)。

7、在其中一個(gè)實(shí)施例中，聲學(xué)超材料通用數(shù)據(jù)庫(kù)的文件組織形式由父文件夾、目錄以及子目錄組成；父文件夾下創(chuàng)建有多個(gè)目錄，每個(gè)目錄對(duì)應(yīng)一種聲學(xué)超材料，在每個(gè)目錄下創(chuàng)建有三個(gè)子目錄，分別對(duì)應(yīng)記錄聲學(xué)超材料模型的網(wǎng)格模型文件、點(diǎn)云文件以及吸聲系數(shù)表格。

8、在其中一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)建模軟件批量化生成聲學(xué)超材料模型，并以三角網(wǎng)格模型文件的形式，導(dǎo)出所有聲學(xué)超材料模型進(jìn)行保存，包括：

9、通過(guò)blender軟件的參數(shù)化控制方式批量化生成聲學(xué)超材料模型，并以obj格式的三角網(wǎng)格模型文件的形式，導(dǎo)出所有聲學(xué)超材料模型進(jìn)行保存；其中，三角網(wǎng)格模型文件支持通過(guò)3d查看器查看顯示模型結(jié)構(gòu)，同時(shí)支持以文本形式打開(kāi)并通過(guò)編程語(yǔ)言讀取模型結(jié)構(gòu)。

10、在其中一個(gè)實(shí)施例中，針對(duì)每個(gè)聲學(xué)超材料模型，首先進(jìn)行內(nèi)部實(shí)體對(duì)象識(shí)別與文件重寫(xiě)，將聲學(xué)超材料模型中的每個(gè)實(shí)體對(duì)象導(dǎo)出為單獨(dú)的網(wǎng)格模型文件進(jìn)行存儲(chǔ)，包括：

11、針對(duì)每個(gè)聲學(xué)超材料模型，首先以列表形式讀取識(shí)別該聲學(xué)超材料模型的三角網(wǎng)格模型文件中的每行內(nèi)容，得到該聲學(xué)超材料模型中所有實(shí)體對(duì)象的起始行索引；其中，三角網(wǎng)格模型文件在記錄聲學(xué)超材料模型的信息時(shí)，聲學(xué)超材料模型內(nèi)部的每個(gè)實(shí)體對(duì)象標(biāo)識(shí)有一個(gè)起始行索引，每個(gè)實(shí)體對(duì)象的幾何信息從其起始行索引開(kāi)始記錄，直到下一個(gè)實(shí)體對(duì)象的起始行索引為止；

12、其次，根據(jù)每個(gè)實(shí)體對(duì)象的起始行索引將原始列表劃分為多個(gè)子列表，基于子列表記錄存儲(chǔ)每個(gè)實(shí)體對(duì)象的幾何信息；其中，子列表數(shù)量與實(shí)體對(duì)象數(shù)量一致，實(shí)體對(duì)象的幾何信息包括頂點(diǎn)坐標(biāo)、法線(xiàn)向量和紋理坐標(biāo)這三類(lèi)幾何特征以及面元信息；

13、最后，按序?qū)γ總€(gè)子列表中記錄存儲(chǔ)的實(shí)體對(duì)象的幾何特征編制索引，并針對(duì)每個(gè)實(shí)體對(duì)象，基于該實(shí)體對(duì)象之前的所有實(shí)體對(duì)象的幾何特征總數(shù)，對(duì)該實(shí)體對(duì)象編制得到的幾何特征索引進(jìn)行修正，得到幾何特征修正索引，并基于幾何特征修正索引將該聲學(xué)超材料模型中的每個(gè)實(shí)體對(duì)象導(dǎo)出為單獨(dú)的網(wǎng)格模型文件進(jìn)行存儲(chǔ)。

14、在其中一個(gè)實(shí)施例中，按序?qū)γ總€(gè)子列表中記錄存儲(chǔ)的實(shí)體對(duì)象的幾何特征編制索引，并針對(duì)每個(gè)實(shí)體對(duì)象，基于該實(shí)體對(duì)象之前的所有實(shí)體對(duì)象的幾何特征總數(shù)，對(duì)該實(shí)體對(duì)象編制得到的幾何特征索引進(jìn)行修正，得到幾何特征修正索引，并基于幾何特征修正索引將該聲學(xué)超材料模型中的每個(gè)實(shí)體對(duì)象導(dǎo)出為單獨(dú)的網(wǎng)格模型文件進(jìn)行存儲(chǔ)，包括：

15、按照實(shí)體對(duì)象的起始行索引所在的行數(shù)順序，對(duì)每個(gè)子列表中記錄存儲(chǔ)的實(shí)體對(duì)象的頂點(diǎn)坐標(biāo)、法線(xiàn)向量和紋理坐標(biāo)這三類(lèi)幾何特征編制索引，得到每個(gè)實(shí)體對(duì)象的三類(lèi)幾何特征索引，且每個(gè)實(shí)體對(duì)象的面元通過(guò)三類(lèi)幾何特征索引訪(fǎng)問(wèn)幾何特征數(shù)據(jù)；

16、針對(duì)每個(gè)實(shí)體對(duì)象，通過(guò)累加和計(jì)算得到該實(shí)體對(duì)象的起始行索引所在行數(shù)之前的所有實(shí)體對(duì)象的三類(lèi)幾何特征的總數(shù)，并分別將該實(shí)體對(duì)象編制得到的三類(lèi)幾何特征索引減去對(duì)應(yīng)類(lèi)別的幾何特征總數(shù)，得到該實(shí)體對(duì)象的三類(lèi)幾何特征修正索引；

17、針對(duì)每個(gè)修正了三類(lèi)幾何特征索引后的實(shí)體對(duì)象，創(chuàng)建obj格式的網(wǎng)格模型文件，并將該實(shí)體對(duì)象的三類(lèi)幾何特征與面元信息逐行寫(xiě)入網(wǎng)格模型文件中，實(shí)現(xiàn)聲學(xué)超材料模型中每個(gè)實(shí)體對(duì)象的獨(dú)立導(dǎo)出存儲(chǔ)，且每個(gè)網(wǎng)格模型文件支持通過(guò)3d查看器查看顯示模型結(jié)構(gòu)，同時(shí)支持以文本形式打開(kāi)并通過(guò)編程語(yǔ)言讀取模型結(jié)構(gòu)。

18、在其中一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)聲學(xué)超材料模型中每個(gè)實(shí)體對(duì)象的網(wǎng)格模型文件，依次進(jìn)行離散化處理、體素表面重建以及材料物理參數(shù)信息附加，構(gòu)建得到每個(gè)聲學(xué)超材料模型的點(diǎn)云文件，包括：

19、針對(duì)每個(gè)聲學(xué)超材料模型，通過(guò)第三方庫(kù)讀取該聲學(xué)超材料模型中每個(gè)實(shí)體對(duì)象的網(wǎng)格模型文件，并選擇每個(gè)網(wǎng)格模型文件中記錄存儲(chǔ)的實(shí)體對(duì)象在三維空間中某一方向的最大邊長(zhǎng)作為其尺寸，基于尺寸比例將每個(gè)網(wǎng)格模型文件離散到固定尺寸的三維體素空間中，得到每個(gè)網(wǎng)格模型文件中記錄存儲(chǔ)的實(shí)體對(duì)象的縮放因子；

20、根據(jù)縮放因子計(jì)算每個(gè)實(shí)體對(duì)象離散變換后的面元的頂點(diǎn)坐標(biāo)，并基于離散變換后的面元的頂點(diǎn)坐標(biāo)，得到每個(gè)實(shí)體對(duì)象在離散后的三維體素空間中的三角網(wǎng)格單元表示，應(yīng)用開(kāi)源算法對(duì)每個(gè)三角網(wǎng)格單元表示進(jìn)行體素表面重建，得到完整的聲學(xué)超材料模型表面；

21、在得到完整的聲學(xué)超材料模型表面的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步添加每個(gè)實(shí)體對(duì)象的材料物理參數(shù)信息，構(gòu)建得到融合了聲學(xué)超材料模型中每個(gè)實(shí)體對(duì)象的幾何信息與材料物理參數(shù)信息的點(diǎn)云文件，并基于點(diǎn)云文件進(jìn)行聲學(xué)超材料模型的三維空間特征聚合表征。

22、在其中一個(gè)實(shí)施例中，方法還包括：

23、在進(jìn)行內(nèi)部實(shí)體對(duì)象識(shí)別與文件重寫(xiě)時(shí)，根據(jù)建模軟件生成聲學(xué)超材料模型時(shí)的內(nèi)部實(shí)體對(duì)象的建模順序，為每個(gè)實(shí)體對(duì)象添加一個(gè)數(shù)字標(biāo)識(shí)；

24、在得到完整的聲學(xué)超材料模型表面的基礎(chǔ)上，基于聲學(xué)超材料模型中每個(gè)實(shí)體對(duì)象的數(shù)字標(biāo)識(shí)與建模順序，按序?qū)⒚總€(gè)實(shí)體對(duì)象的材料物理參數(shù)信息添加融入至離散后的三維體素空間坐標(biāo)點(diǎn)上，構(gòu)建得到融合了聲學(xué)超材料模型中每個(gè)實(shí)體對(duì)象的幾何信息與材料物理參數(shù)信息的點(diǎn)云文件，并基于點(diǎn)云文件進(jìn)行聲學(xué)超材料模型的三維空間特征聚合表征。

25、在其中一個(gè)實(shí)施例中，聲學(xué)超材料通用數(shù)據(jù)庫(kù)基于字典文件進(jìn)行文件管理交互，字典文件由鍵值對(duì)構(gòu)成，并通過(guò)鍵值對(duì)查詢(xún)、訪(fǎng)問(wèn)聲學(xué)超材料通用數(shù)據(jù)庫(kù)中的所有文件進(jìn)行管理交互；其中，鍵包括聲學(xué)超材料的所屬構(gòu)型、材料種類(lèi)、材料相態(tài)數(shù)、點(diǎn)云文件路徑以及吸聲系數(shù)表格路徑，值為各類(lèi)鍵對(duì)應(yīng)的具體數(shù)據(jù)信息。

26、一種聲學(xué)超材料通用數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建裝置，所述裝置包括：

27、模型生成導(dǎo)出模塊，用于通過(guò)建模軟件批量化生成聲學(xué)超材料模型，并以三角網(wǎng)格模型文件的形式，導(dǎo)出所有聲學(xué)超材料模型進(jìn)行保存；

28、實(shí)體對(duì)象識(shí)別模塊，用于針對(duì)每個(gè)聲學(xué)超材料模型，首先進(jìn)行內(nèi)部實(shí)體對(duì)象識(shí)別與文件重寫(xiě)，將聲學(xué)超材料模型中的每個(gè)實(shí)體對(duì)象導(dǎo)出為單獨(dú)的網(wǎng)格模型文件進(jìn)行存儲(chǔ)；其中，每個(gè)網(wǎng)格模型文件記錄存儲(chǔ)一個(gè)實(shí)體對(duì)象的幾何信息；

29、點(diǎn)云文件生成模塊，用于對(duì)聲學(xué)超材料模型中每個(gè)實(shí)體對(duì)象的網(wǎng)格模型文件，依次進(jìn)行離散化處理、體素表面重建以及材料物理參數(shù)信息附加，構(gòu)建得到每個(gè)聲學(xué)超材料模型的點(diǎn)云文件；其中，一個(gè)點(diǎn)云文件記錄存儲(chǔ)有一個(gè)聲學(xué)超材料模型中每個(gè)實(shí)體對(duì)象的幾何信息與材料物理參數(shù)信息；

30、數(shù)據(jù)庫(kù)文件組織模塊，用于基于每個(gè)聲學(xué)超材料模型對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格模型文件、點(diǎn)云文件以及通過(guò)仿真建模軟件計(jì)算得到的聲學(xué)超材料模型的吸聲系數(shù)表格，構(gòu)建得到聲學(xué)超材料通用數(shù)據(jù)庫(kù)。

31、一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)以下步驟：

32、通過(guò)建模軟件批量化生成聲學(xué)超材料模型，并以三角網(wǎng)格模型文件的形式，導(dǎo)出所有聲學(xué)超材料模型進(jìn)行保存；

33、針對(duì)每個(gè)聲學(xué)超材料模型，首先進(jìn)行內(nèi)部實(shí)體對(duì)象識(shí)別與文件重寫(xiě)，將聲學(xué)超材料模型中的每個(gè)實(shí)體對(duì)象導(dǎo)出為單獨(dú)的網(wǎng)格模型文件進(jìn)行存儲(chǔ)；其中，每個(gè)網(wǎng)格模型文件記錄存儲(chǔ)一個(gè)實(shí)體對(duì)象的幾何信息；

34、然后對(duì)聲學(xué)超材料模型中每個(gè)實(shí)體對(duì)象的網(wǎng)格模型文件，依次進(jìn)行離散化處理、體素表面重建以及材料物理參數(shù)信息附加，構(gòu)建得到每個(gè)聲學(xué)超材料模型的點(diǎn)云文件；其中，一個(gè)點(diǎn)云文件記錄存儲(chǔ)有一個(gè)聲學(xué)超材料模型中每個(gè)實(shí)體對(duì)象的幾何信息與材料物理參數(shù)信息；

35、基于每個(gè)聲學(xué)超材料模型對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格模型文件、點(diǎn)云文件以及通過(guò)仿真建模軟件計(jì)算得到的聲學(xué)超材料模型的吸聲系數(shù)表格，構(gòu)建得到聲學(xué)超材料通用數(shù)據(jù)庫(kù)。

36、上述聲學(xué)超材料通用數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建方法、裝置和設(shè)備，首先，通過(guò)對(duì)建模軟件批量化生成的每個(gè)聲學(xué)超材料模型進(jìn)行內(nèi)部實(shí)體對(duì)象識(shí)別與文件重寫(xiě)，能夠準(zhǔn)確區(qū)分不同結(jié)構(gòu)的實(shí)體對(duì)象并記錄表征對(duì)應(yīng)的幾何信息，為后續(xù)分析提供了更精確的數(shù)據(jù)支持。進(jìn)一步地，對(duì)記錄了實(shí)體對(duì)象的幾何信息的網(wǎng)格模型文件依次進(jìn)行離散化處理、體素表面重建以及材料物理參數(shù)信息附加，最終構(gòu)建得到融合了實(shí)體對(duì)象的幾何信息與材料物理參數(shù)信息的點(diǎn)云文件，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)聲學(xué)超材料模型的三維空間特征聚合表征，還能夠融合實(shí)體對(duì)象的幾何信息與材料物理參數(shù)信息，形成對(duì)超材料結(jié)構(gòu)和性能更全面、更細(xì)致的描述，避免了信息丟失問(wèn)題，確保了數(shù)據(jù)庫(kù)輸入數(shù)據(jù)的完整性和多樣性，擴(kuò)展了數(shù)據(jù)集涵蓋的構(gòu)型范圍。最后，通過(guò)聚合整理每個(gè)聲學(xué)超材料模型的網(wǎng)格模型文件、點(diǎn)云文件以及吸聲系數(shù)表格，形成的聲學(xué)超材料通用數(shù)據(jù)庫(kù)為一個(gè)涵蓋了聲學(xué)超材料的多構(gòu)型與多相態(tài)特征信息的綜合性的數(shù)據(jù)集，解決了跨構(gòu)型數(shù)據(jù)丟失的問(wèn)題，為聲學(xué)超材料的性能評(píng)估和設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)有力的支持。