🌐 3D 建築層析風場模擬 (WebGL 2)

2. 環境風場參數指南 (UI Parameters Guide)

3. 計算域與空間設定 (Computational Domain)

• AIJ 與法規建議安全距離：入風口距建築應大於 5H (高度H)；出風口背風區須淨空 10H~15H (容納尾流發展)；頂部與側向須淨空至少 5H。
• 邊界條件切換 (Boundary Switch)：
  • 無邊界模擬：數值自動吸收外廓邊界干擾，完美消除「邊界反射」與「阻塞效應 (Blockage Ratio) 超標」問題。(強烈推薦使用)
  • 有邊界模擬：絕對剛性反射壁面。若迎風投影截面積佔比 > 8%，法規強制要求額外考量文氏管加速修正。

4. 物理引擎之演算法取捨 (Engineering Philosophy)

• 渦度約束修正 (Vorticity Confinement)：本平台之2D 工具已引入 Steinhoff (1994) 之渦度約束機制，補償約 80% 的數值擴散。然而，3D 工具因受限於 atlas 紋理架構之網格解析度 (dx ≈ 1m，為 2D 之 4 倍)，confinement 力相對於流速之比值過高，在全場域產生不可接受之棋盤格振盪 (Checkerboard Banding)。經實測驗證後，3D 工具目前暫不啟用渦度約束，保留隱式大渦模擬 (ILES) 之原生動量傳遞行為。未來若 WebGPU 架構允許更高解析度網格，將重新評估啟用。
• 混合式定性工作流：做為早期介入工具，系統犧牲了耗費數週的 RANS 邊界層迭代收斂，換取每秒 60 幀即時互動的動態流場洞察。重點在評估「設計方案 A 與 B 何者引發更強的穿廊管束效應」，而非產出可直接簽證的絕對靜態風壓值。
• 場域尺度與初步評估定位：考量 WebGL 架構於瀏覽器端即時求解之硬體極限，本系統目前設定之 3D 實體計算域 (約 256m × 128m × 128m) 空間規模相對較小。必須客觀承認，此範圍在面臨超高層建築群或大尺度地形起伏時，可能難以完全捕捉巨觀氣象的完整演化與極遠距尾流之消散現象。因此，本團隊聲明：所有線上分析與熱力圖截面積分結果，皆純粹供工程規劃初期進行「定性快篩與初步趨勢評估 (Preliminary Assessment)」之用。若專案進入細部設計、法定審議或遭遇極端微氣候挑戰，仍應委託專業單位透過風洞物理實驗或導入商業級 CFD 核心進行大尺度、高精度之嚴密定量驗證。

5. 動態解析度原則與非均勻網格拉伸技術 (Non-uniform Z-Grid Stretching)

• 幾何階梯假象 (Staircase Artifacts)：傳統直角網格 (Cartesian Grid) 高度離散化往往導致地形與建築邊界形成階梯狀輪廓。當高速氣流貼地撞擊此類離散邊界時，極易激發不合理的數值壓力尖峰與寄生迴流，干擾關鍵的地表微氣候預測。
• $\tanh$ 雙曲映射網格：為克服此瓶頸，本引擎實施「動態解析度原則」。數學上，我們將邏輯索引空間 (Index Space) 透過雙曲正切函數 ($\tanh$) 映射至物理高度空間，重新分配有限的切片數量。
• 精度效益：在不增加顯卡運算負擔之前提下，此演算法自動將系統近地表 (Z=0~10m) 區間之網格解析度壓縮放大逾 4 倍。不僅使氣流得以平順爬升跨越地形邊界，亦強化了邊界層對數風速廓線 (Logarithmic Wind Profile) 以及地表拖曳阻力 (Surface Drag) 之解析還原度。

6. 數值黏滯與有效雷諾數 (Numerical Viscosity & Effective Reynolds Number)

本工具為實現即時互動式流場視覺化，採用 Semi-Lagrangian 平流格式搭配雙線性/三線性內插進行速度場的時間積分。此數值方法雖具備無條件穩定之優勢，但其內插過程會引入顯著的數值擴散 (Numerical Diffusion)，等效數值運動黏滯度為：

ν_num = Δx² / (2·Δt) · α(1 − α)

3D 工具因 atlas 紋理架構限制，未啟用渦度約束修正（2D 工具已啟用）。數值擴散未經補償，有效黏滯度為真實空氣之數千至數萬倍。流場分析結果僅適用於有限度的定性判讀：

• 可正確辨識：風廊加速效應（質量守恆）、迎風停滯區（幾何決定）、銳角邊緣分離位置（幾何鎖定）。
• 無法正確重現：尾流結構與寬度（Re-dependent）、曲面體分離點（Re-dependent）、渦脫頻率與紊流強度（無紊流模型）。

💡 提升精度建議：在顯示卡負荷能力許可下，盡可能調高「解析度倍率」。解析度每提升一倍，數值黏滯度約降低四倍，有效雷諾數對應提升。