本發(fā)明于幾何設(shè)計領(lǐng)域。具體涉及一種cad模型的表面網(wǎng)格生成方法。

背景技術(shù)：

1、cad模型的表面網(wǎng)格生成是模型的可視化、數(shù)值計算、仿真、渲染等不可避免的步驟。一方面，所生成的表面網(wǎng)格需要逼近cad模型表面，另一方面網(wǎng)格的質(zhì)量要滿足應(yīng)用需求。一般而言，cad表面網(wǎng)格生成分為非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成和(分塊)結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成，其中三角網(wǎng)格是一種最為常見的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，具有較好的簡單性與靈活性。

2、對于涉及復(fù)雜域的模型，通常在網(wǎng)格創(chuàng)建上花費(fèi)的時間比在數(shù)值分析上花費(fèi)的時間要長，其網(wǎng)格質(zhì)量直接影響解的收斂和分析誤差。目前，生成各向同性表面網(wǎng)格有很多算法可用，但網(wǎng)格效果未必達(dá)到預(yù)期。為了得到高質(zhì)量的網(wǎng)格輸出需要很多優(yōu)化策略，有時需要一些人工操作進(jìn)行后處理，這大大影響了網(wǎng)格生成效率。尤其在cad模型的網(wǎng)格化工作中，劃分區(qū)域由一組連續(xù)的參數(shù)曲面片定義。有些算法受模型自身條件的限制，產(chǎn)生了很多冗余的計算開銷。因此，生成復(fù)雜cad模型的高質(zhì)量表面網(wǎng)格仍然是一個挑戰(zhàn)。對于復(fù)雜的cad模型，網(wǎng)格生成有幾個方面的難點：

3、1、cad模型的“臟”幾何的處理。隨著cad產(chǎn)品復(fù)雜性的增加，錯誤、退化或模糊的幾何設(shè)計多有存在(如圖2)，現(xiàn)有的網(wǎng)格剖分算法在處理這些問題時常遇到困難，使用網(wǎng)格修復(fù)算也很難實現(xiàn)高質(zhì)量的網(wǎng)格輸出。

4、2、無法滿足cad模型的仿真要求。cae仿真工作需要網(wǎng)格滿足貼體性、高質(zhì)量兩個方面的要求，現(xiàn)有的網(wǎng)格生成方法很少直接將cad表示和cae要求結(jié)合起來考慮。

5、由于上述存在的缺陷，很多網(wǎng)格生成方法在復(fù)雜cad模型上的效果并不理想，實用性差，難以達(dá)到cae仿真的要求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種cad模型的表面網(wǎng)格生成方法，以解決由于cad模型的幾類“臟”幾何結(jié)構(gòu)引發(fā)的低質(zhì)量網(wǎng)格問題。

2、實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：

3、一種cad模型的表面網(wǎng)格生成方法，包括：

4、步驟一、生成cad每個面片參數(shù)域上的初始網(wǎng)格：

5、1.1、對cad輸入模型進(jìn)行前處理，在參數(shù)面片拼接處的共有邊界上進(jìn)行同樣數(shù)量的均勻采樣來離散參數(shù)域邊界，確保相鄰曲面間不存在拼接誤差；

6、1.2、對參數(shù)域進(jìn)行調(diào)整以消除拉伸問題，然后利用triangle庫在平面參數(shù)域生成網(wǎng)格；

7、1.3、對生成的網(wǎng)格進(jìn)行valence優(yōu)化得到初始網(wǎng)格；

8、步驟二、提高初始網(wǎng)格的三角單元質(zhì)量：

9、2.1、利用短邊收縮降低小于設(shè)定閾值的銳角的三角單元占比，利用翻轉(zhuǎn)操作來降低鈍角的三角單元占比；

10、2.2、使用拉普拉斯平滑法進(jìn)一步優(yōu)化網(wǎng)格頂點的分布，對于面片的內(nèi)部頂點和邊界點，分別采用參數(shù)域和物理域上平滑，在優(yōu)化網(wǎng)格頂點位置的同時，消除非特征邊約束，進(jìn)一步提高網(wǎng)格平均質(zhì)量；

11、2.3、最后進(jìn)行一次基于角度的邊翻轉(zhuǎn)。

12、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點：

13、(1)本發(fā)明采用的方法充分考慮了cad模型的幾何表達(dá)和cae中的仿真要求，與cad和cae的關(guān)系更為密切，可以在保證貼體性的基礎(chǔ)上獲得較高的網(wǎng)格質(zhì)量；

14、(2)充分考慮了表示cad模型的特殊性，集成了一個判斷和處理機(jī)制來處理“臟”幾何結(jié)構(gòu)，有效提高了網(wǎng)格質(zhì)量的下限。

15、下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

技術(shù)特征：

1.一種cad模型的表面網(wǎng)格生成方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的cad模型的表面網(wǎng)格生成方法，其特征在于，消除拉伸問題的調(diào)整方式包括通過調(diào)整參數(shù)方向上的拉伸因子來消除尺寸拉伸，以及重建參數(shù)域的方法抵消局部拉伸影響兩種調(diào)整方式。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的cad模型的表面網(wǎng)格生成方法，其特征在于，短邊收縮過程具體為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的cad模型的表面網(wǎng)格生成方法，其特征在于，翻轉(zhuǎn)操作具體過程為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的cad模型的表面網(wǎng)格生成方法，其特征在于，使用拉普拉斯平滑法進(jìn)一步優(yōu)化網(wǎng)格頂點的分布具體過程為:

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的cad模型的表面網(wǎng)格生成方法，其特征在于，參數(shù)域上的平滑具體過程為：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的cad模型的表面網(wǎng)格生成方法，其特征在于，最后進(jìn)行一次基于角度的邊翻轉(zhuǎn)，滿足兩個條件則翻轉(zhuǎn)：第一，翻轉(zhuǎn)邊提高了三角形曲面的法向量與曲面頂點的法向量之間的角度偏差；第二，翻轉(zhuǎn)后三角形的最小角度提高，同時翻轉(zhuǎn)前后的角度偏差改變小于設(shè)定閾值。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種針對CAD模型的表面網(wǎng)格生成方法，其中包括基于CAD模型的多面片結(jié)構(gòu)設(shè)計了一種拉普拉斯平滑(Laplacian?Smoothing)混合算法，降低了頂點在CAD曲面上的投影計算；結(jié)合多種網(wǎng)格優(yōu)化技術(shù)，解決了CAD模型中的幾類“臟幾何”結(jié)構(gòu)不利于網(wǎng)格生成的問題，在保證貼體效果的基礎(chǔ)上輸出高質(zhì)量的各向同性表面三角網(wǎng)格。本發(fā)明只需要提供CAD模型，即可生成表面三角網(wǎng)格，通過調(diào)整設(shè)置參數(shù)，得到滿足用戶要求的輸出網(wǎng)格。

技術(shù)研發(fā)人員：吳夢,張寒冰,蔣羅
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9