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摘 要： 针对手工编写MCNP输入文件中几何模块容易出错的问题，采用Spatial公司推出ACIS提供的API函数、C++类和DI函数3种开发接口，实现根据给定的CAD模型得到该模型中所有曲面的面方程，在曲面与坐标轴不平行时，以辅助坐标系的形式简化面方程，最终自动生成MCNP格式的曲面卡。通过对不同模型的验证，该方法可以正确生成曲面卡，能提高编写MCNP输入文件的效率。
关键字： MCNP 输入文件； 曲面卡； ACIS； CAD
1004?373X（2013）10?0094?04
MCNP（Monte Carlo N?Particle transport code）是由美国LosAlamos国家实验室研制开发的通用中性粒子输运计算程序，用于计算中子、光子、电子或中子?光子的耦合输运问题，也可以计算临界系统（包括次临界及超临界）的本征问题，广泛应用于多个学科领域。
尽管MCNP具有较强的几何处理能力，但是MCNP程序要求使用人员具有较强的专业水平，且缺乏有效的建模软件，必须以方程来定义曲面，再用曲面的半空间方向上的交、并、余来定义实体的方式来描述三维几何实体，且MCNP输入文件的结构复杂，格式要求严格，目前输入文件基本上都是以手工方式编写完成的[3]。实践表明，不借助任何软件而直接根据CAD模型来得到输入文件时，不仅极为抽象、不直观，而且容易出错。
针对这一问题，从20世纪90年始，国内外已经有研究人员为了简化MCNP输入文件的制作以及计算数据的抽取与显示，研究开发了专用的MCNP程序可视化运行平台，并能以图形化的方式显示MCNP的计算进程和运行时间的相关信息。特别是随着计算机软硬件技术的发展，在近几年取得了一些有价值的研究成果[4]，开发的MCNP可视化软件，如MCNP Visual Editor[5]，Sabrina[5]，Moritz[5]和中国科学院等离子体物理研究所FDS团队开发的自动建模可视化软件系统 MCAM[6?7]，能将目前商用CAD软件中绘制的计算场景的几何模型转换为MCNP的仿真模型。MCNP模型包括MCNP几何模型和MCNP物理模型两部分，两者均以文本形式表示，共同组成MCNP输入文件。其中几何模型是指计算对象的几何形体以及附加在几何形体上的其他信息，即输入文件中的几何块卡（Cell Cards）、曲面卡（Surface Cards）和坐标转换卡（TR）。目前因此由CAD模型生成MCNP几何模型中曲面卡是MCNP可视化软件中的关键问题之一[8]。
本文针对MCNP输入文件结构复杂、几何模型描述工作容易出错的特点，提出了根据模型的几何结构信息，将传统的手工编写输入卡文件中的曲面卡转化为由计算机自动生成的方法，并得到实践的检验。该方法在一定程度上提高了 MCNP输入文件的制作效率，同时也提高了曲面卡的准确性，为广大 MCNP程序的研究人员提供了一种有价值的参考。但同时也存在着不足之处，如果在导入的模型中存在双曲面、抛物面或样条面，则无法给出该面的描述，需要在MCNP精度允许下用近似的其他曲面来替换。
参考文献
BRIEEISTER J F. MCNP4C general Monte Carlo N?particle transport code， LA?13709?M [R]. USA： Los Alamos National Laboratory， 2000： 1?10.
刘晓平，王浩，吴宜灿.基于半空间理论的蒙特卡罗输运仿真模型研究[J].计算机应用，2000，20（8）：208?209.
[3] 丁爱平，李莹，卢磊.粒子输运计算模型MCNP模型的可视化实现[J].原子核物理评论，2006，23（2）：130?133.
[4] 张建生，蔡勇，陈念年.MCNP程序研究进展[J].原子核物理评论，2008，25（1）：48?51.
[5] SCHWARZ R A， CARTER L L. Current state of Monte Carlo visualization tools [C]// Proceedings of the Monte Carlo 2000 Conference on Advanced Monte Carlo for Radiation Physics， Particle Transport Simulation and Applications. Lisbon Portugal： Springer?Verlag， 2000： 815?819.
[6] 吴宜灿，李莹，卢磊.蒙特卡罗粒子输运计算自动建模程序系统的研究与发展[J].核科学与工程，2006，26（1）：20?27.
[7] 曾勤，卢磊，李莹.蒙特卡罗粒子输运计算自动建模程序MCAM在 ITER核分析建模中的应用[J].原子核物理评论，2006，23（2）：138?141.
[8] 罗月童，孙静，薛晔.基于转换特征的三维BREP模型的CSG树自动生成算法[J].现代电子技术，2007，30（20）：56?59.
[9] Spatial. 3D ACIS Modeler[EB/OL]. [2009?08?10]. http：///zh?CN/product/2157/feature.aspx.
[10] 吴敏.基于3D组件的CAE 前后处理软件开发[EB/OL].[2012?04?01].http：//.cn.
关键字： MCNP 输入文件； 曲面卡； ACIS； CAD
1004?373X（2013）10?0094?04
MCNP（Monte Carlo N?Particle transport code）是由美国LosAlamos国家实验室研制开发的通用中性粒子输运计算程序，用于计算中子、光子、电子或中子?光子的耦合输运问题，也可以计算临界系统（包括次临界及超临界）的本征问题，广泛应用于多个学科领域。
尽管MCNP具有较强的几何处理能力，但是MCNP程序要求使用人员具有较强的专业水平，且缺乏有效的建模软件，必须以方程来定义曲面，再用曲面的半空间方向上的交、并、余来定义实体的方式来描述三维几何实体，且MCNP输入文件的结构复杂，格式要求严格，目前输入文件基本上都是以手工方式编写完成的[3]。实践表明，不借助任何软件而直接根据CAD模型来得到输入文件时，不仅极为抽象、不直观，而且容易出错。
针对这一问题，从20世纪90年始，国内外已经有研究人员为了简化MCNP输入文件的制作以及计算数据的抽取与显示，研究开发了专用的MCNP程序可视化运行平台，并能以图形化的方式显示MCNP的计算进程和运行时间的相关信息。特别是随着计算机软硬件技术的发展，在近几年取得了一些有价值的研究成果[4]，开发的MCNP可视化软件，如MCNP Visual Editor[5]，Sabrina[5]，Moritz[5]和中国科学院等离子体物理研究所FDS团队开发的自动建模可视化软件系统 MCAM[6?7]，能将目前商用CAD软件中绘制的计算场景的几何模型转换为MCNP的仿真模型。MCNP模型包括MCNP几何模型和MCNP物理模型两部分，两者均以文本形式表示，共同组成MCNP输入文件。其中几何模型是指计算对象的几何形体以及附加在几何形体上的其他信息，即输入文件中的几何块卡（Cell Cards）、曲面卡（Surface Cards）和坐标转换卡（TR）。目前因此由CAD模型生成MCNP几何模型中曲面卡是MCNP可视化软件中的关键问题之一[8]。
1 ACIS介绍
2 方案设计及实现过程2.1 旋转卡
2.2 ACIS中SPAtran类
ACIS中的类SPAtran描述了一个常规的3维仿射变换，该类定义了affine_part 和translation_part两个成员变量。其中，affine_part的类型为SPAmatrix，是该仿射变换的旋转矩阵部分，translation_part的类型为SPAvector，是该仿射变换的平移部分。经过测试，矩阵affine_part中的9个值对应于旋转卡中的B1～B9，向量translation_part对应旋转卡中的O1～O3，因此可以根据类SPAtran可以很方便的描述曲面的旋转卡。2.3 具体实现过程
对于给定的几何体，枚举出该几何体所有的面后，使用ACIS中的类FACE提供的函数face→geometry（）→type_name（）可以得到该面的类型，根据面的类型使用相应的ACIS构造几何类获取该面的基本参数，经过计算得到该面的方程，从而自动生成MCNP格式的曲面描述。下面从曲面的方向与坐标轴的关系来介绍具体的实现过程。源于：论文结论www.udooo.com
4 结 语本文针对MCNP输入文件结构复杂、几何模型描述工作容易出错的特点，提出了根据模型的几何结构信息，将传统的手工编写输入卡文件中的曲面卡转化为由计算机自动生成的方法，并得到实践的检验。该方法在一定程度上提高了 MCNP输入文件的制作效率，同时也提高了曲面卡的准确性，为广大 MCNP程序的研究人员提供了一种有价值的参考。但同时也存在着不足之处，如果在导入的模型中存在双曲面、抛物面或样条面，则无法给出该面的描述，需要在MCNP精度允许下用近似的其他曲面来替换。
参考文献
BRIEEISTER J F. MCNP4C general Monte Carlo N?particle transport code， LA?13709?M [R]. USA： Los Alamos National Laboratory， 2000： 1?10.
刘晓平，王浩，吴宜灿.基于半空间理论的蒙特卡罗输运仿真模型研究[J].计算机应用，2000，20（8）：208?209.
[3] 丁爱平，李莹，卢磊.粒子输运计算模型MCNP模型的可视化实现[J].原子核物理评论，2006，23（2）：130?133.
[4] 张建生，蔡勇，陈念年.MCNP程序研究进展[J].原子核物理评论，2008，25（1）：48?51.
[5] SCHWARZ R A， CARTER L L. Current state of Monte Carlo visualization tools [C]// Proceedings of the Monte Carlo 2000 Conference on Advanced Monte Carlo for Radiation Physics， Particle Transport Simulation and Applications. Lisbon Portugal： Springer?Verlag， 2000： 815?819.
[6] 吴宜灿，李莹，卢磊.蒙特卡罗粒子输运计算自动建模程序系统的研究与发展[J].核科学与工程，2006，26（1）：20?27.
[7] 曾勤，卢磊，李莹.蒙特卡罗粒子输运计算自动建模程序MCAM在 ITER核分析建模中的应用[J].原子核物理评论，2006，23（2）：138?141.
[8] 罗月童，孙静，薛晔.基于转换特征的三维BREP模型的CSG树自动生成算法[J].现代电子技术，2007，30（20）：56?59.
[9] Spatial. 3D ACIS Modeler[EB/OL]. [2009?08?10]. http：///zh?CN/product/2157/feature.aspx.
[10] 吴敏.基于3D组件的CAE 前后处理软件开发[EB/OL].[2012?04?01].http：//.cn.