本发明专利技术提供了三维实体模型的四面体网格生成方法和装置。该方法可以包括：对实体模型边界进行粗采样，以及基于采样点构造初始四面体网格，其中建立实体模型信息与初始四面体网格信息之间的对应关系；进行并行域划分；并行地对划分后的各个域，进行网格细分和根据实体模型信息的用于保持模型边界的网格优化；以及将子区域网格合并为整体网格。根据本发明专利技术实施例的四面体网格生成方法和装置，在模型边界采样阶段，进行粗采样，并且在四面体网格生成过程中带入三维模型信息，从而能够在并行过程中动态恢复模型的几何边界特征，并且模型边界采样可以高效完成，后续并行过程中进行网格细分和网格优化，从而能够在保持模型边界特征的同时高效生成四面体网格。
【技术实现步骤摘要】
三维实体模型的四面体网格生成方法和装置
本专利技术总体地涉及对三维实体的有限元分析和仿真，特别涉及三维实体模型的四 面体网格生成方法和装置。
技术介绍
现实世界中的一些三维对象和相关分析（例如建筑物的仿真和受力分析）需要利 用有限元技术来仿真。 Delaunay四面体网格是有限元技术中广泛使用的一种三维网格，其具有四个顶点 和四个三角形状的面。 为了在有限元计算仿真分析过程中进行更为精确的模拟，往往需要规模更大、质 量更高，粒度更小的Delaunay四面体网格。随着网格的规模不断增大，Delaunay四面体网 格生成所需的时间也显著增大，因此如何提高大规模三维Delaunay网格生成算法的效率 成为了近年来有图形学和有限元计算领域的研究重点之一。并行Delaunay网格生成算法 是近年来广泛研究的一个方向，它结合了计算几何和并行计算两个领域。对于计算几何领 域，并行Delaunay网格生成算法需要确保生成的网格能够保持模型几何边界特征，并且具 有较高的网格质量。对于并行计算领域，并行Delaunay网格生成算法需要能够处理超大规 模数据集，并且具有较高的并行效率和扩展性能。 传统的基于分布式并行的四面体网格生成算法的输入主要为模型的表面采样顶 点集合或面网格集合，并在此基础上进行并行体网格生成，因此最终生成体网格的几何边 界特征受限于输入的顶点集合或面网格集合，无法在并行过程中动态恢复和修正模型的几 何边界特征；传统的四面体网格生成算法由于无法在并行过程中动态恢复模型几何特征， 所以在串行预处理阶段，通常必须生成非常密集的模型表面采样，才能维持一定的网格精 度，因此初始网格生成需要耗费大量时间。随后在此基础上进行并行体网格生成，因此最终 生成体网格的几何边界特征受限于输入的顶点集合或面网格集合，无法在并行过程中动态 恢复和修正模型的几何边界特征，随着网格规模的不断增大，网格的精度无法提升。
技术实现思路
鉴于以上情况，做出了本专利技术。 根据本专利技术的一个方面，提供了一种三维实体模型的四面体网格生成方法，可以 包括：对实体模型边界进行粗采样，得到采样点，以及基于采样点构造初始四面体网格，其 中建立实体模型信息与初始四面体网格信息之间的对应关系；进行并行域划分；并行地对 划分后的各个域，进行下述操作：对于面网格进行网格细分；在细分后的面网格的顶点不 在模型边界的情况下，根据实体模型信息以及实体模型信息与初始四面体网格信息之间的 对应关系，移动顶点到模型边界上；以及将子区域网格合并为整体网格。 根据本专利技术的再一方面，提供了一种三维实体模型的四面体网格生成装置，可以 包括：粗采样和初始网格生成部件，配置为对实体模型边界进行粗糙采样，得到采样点，以 及基于采样点构造初始四面体网格，其中建立实体模型信息与初始四面体网格信息之间的 对应关系；并行域划分部件，配置为对初始四面体网络进行并行域划分；网格细分和网格 顶点移动部件，配置为并行地对划分后的各个域，进行下述操作：对于面网格进行网格细 分；在细分后的面网格的顶点不在模型边界的情况下，根据实体模型信息以及实体模型信 息与初始四面体网格信息之间的对应关系，移动顶点到模型边界上；以及子区域网格合并 部件，配置为将子区域网格合并为整体网格。 根据本专利技术实施例的四面体网格生成方法和装置，在模型边界采样阶段，进行粗 采样，并且在四面体网格生成过程中带入三维模型信息，从而能够在并行过程中动态恢复 模型的几何边界特征，并且模型边界采样可以高效完成，后续并行过程中进行网格细分和 网格优化，从而能够在保持模型边界特征的同时高效生成四面体网格。 根据本专利技术一个实施例，四面体网格生成方法和装置还可以包括在将子区域网格 合并为整体网格后进行下述操作：对于每一个四面体网格单元，判断该四面体网格单元是 否满足Delaunay性质，如果不满足，则将该四面体网格单元清除，形成空腔，随后在空腔内 部执行顶点插入算法，重建Delaunay四面体网格。利用根据该实施例的四面体网格生成方 法和装置，能够确保整体网格的Delaunay性质，高效修复非Delaunay网络。 【附图说明】 从下面结合附图对本专利技术实施例的详细描述中，本专利技术的这些和/或其它方面和 优点将变得更加清楚并更容易理解，其中： 图1示出了根据本专利技术实施例的三维实体模型的示例性四面体网格生成方法100 的流程图。 图2中的（a)、（b)、（c)分别示出了圆柱体模型、模型边界粗采样和初始网格生成 的示意图。 图3示出了关于圆柱体实体模型例子的实体模型信息与网格信息之间对应关系 的示例性建立过程。 图4(a)、（b)、（c)分别示出了作为例子的圆柱体的初始网格、划分后的对应的子 区域、以及各个子区域拥有的网格顶点数目和单元数目的示意图。 图5示意性地示出了基于局部特征的自适应网格细分的示意图，其中左图为网格 细分前的情况，右图为网格细分后的结果。 图6 (a)、（b)、（c)分别示出了实体三维模型、初始四面体网格（网格细分前的四面 体网格）和网格细分后的四面体网格的示意图。 图7示出了模型面网格优化前后的网格效果图。 图8示意性示出了模型面网格细分顶点的位置调整的示意图。 图9示出了根据本专利技术第二实施例的四面体网格生成方法200的流程图。 图10中的左图和右图分别示出了作为一个示例的最小负载迁移前的子区域网格 和最小负载迁移后的子区域网格的示意图。 图11描述根据本专利技术第三实施例的四面体网格生成方法300的流程图。 图12示出了根据本专利技术实施例的四面体网格生成装置400的配置框图。 【具体实施方式】 为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术，下面结合附图和【具体实施方式】对本发 明作进一步详细说明。 在详细描述本专利技术实施例之前，为便于本领域技术人员理解和把握本专利技术，下面 描述本专利技术的主要思想。 传统技术主要输入为表面采样顶点集合或面网格集合，这丢失了三维模型信息， 从而最终体网格的几何边界特征受限于输入的顶点集合或面网格集合，无法在并行过程中 动态恢复模型的几何边界特征。针对此，专利技术人想到在模型边界采样阶段，进行粗采样，并 且在四面体网格生成过程中带入三维模型信息，从而能够在并行过程中动态恢复模型的几 何边界特征。 在本文中，术语实体模型边界，指三维实体模型与外界交接的界面，例如对于三 维球体来说，其模型边界为球面；对于圆柱体来说，其模型边界为圆柱外表面和圆柱体的底 面；对于正方体来说，其模型边界为八个外表面。 -、第一实施例的四面体网格生成方法 图1示出了根据本专利技术实施例的三维实体模型的示例性四面体网格生成方法100 的流程图。 在步骤S110中，对实体模型边界进行粗采样，得到采样点，以及基于采样点构造 初始四面体网格，其中建立实体模型信息与初始四面体网格信息之间的对应关系。 本文中的粗采样是指相对于传统技术中的密集的模型表面采样而言，本实施例 中的粗采样无需进行密集的模型表面采样，只需进行较粗略的模型表面采样，后续再对划 分后的并行域进行网格细分。 在一个示例中，对模型边界进行粗采本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种三维实体模型的四面体网格生成方法，包括： 对实体模型边界进行粗采样，得到采样点，以及基于采样点构造初始四面体网格，其中建立实体模型信息与初始四面体网格信息之间的对应关系； 进行并行域划分； 并行地对划分后的各个域，进行下述操作： 对于面网格进行网格细分； 在细分后的面网格的顶点不在模型边界的情况下，根据实体模型信息以及实体模型信息与初始四面体网格信息之间的对应关系，移动顶点到模型边界上；以及 将子区域网格合并为整体网格。
【技术特征摘要】
1. 一种三维实体模型的四面体网格生成方法，包括： 对实体模型边界进行粗采样，得到采样点，以及基于采样点构造初始四面体网格，其中 建立实体模型信息与初始四面体网格信息之间的对应关系； 进行并行域划分； 并行地对划分后的各个域，进行下述操作： 对于面网格进行网格细分； 在细分后的面网格的顶点不在模型边界的情况下，根据实体模型信息以及实体模型信 息与初始四面体网格信息之间的对应关系，移动顶点到模型边界上；以及 将子区域网格合并为整体网格。2. 根据权利要求1的四面体网格生成方法，还包括在将子区域网格合并为整体网格后 进行下述操作： 对于每一个四面体网格单元，判断该四面体网格单元是否满足Delaunay性质，如果 不满足，则将该四面体网格单元清除，形成空腔，随后在空腔内部执行顶点插入算法，重建 Delaunay四面体网格。3. 根据权利要求2的四面体网格生成方法，所述重建Delaunay四面体网格包含如下步 骤： 1) 消除不满足Delaunay性质的四面体网格单元，形成包含顶点c的凸多面体空腔P = {Pl，P2...Pk}; 2) 构造通过顶点c和空腔每一个三角面片的外接球，形成外接球集合Q ; 3) 对空间中的每一个顶点，判断其是否在外接球集合Q中，若存在在外接球集合Q中 的点，则形成新的空腔P = {Pl，P2…Pk，v}，随后进入步骤2,若不存在在外接球集合Q中的 点，则表示空腔P已是最小重建区域； 4) 在最小重建区域，重建Delaunay四面体网格。4. 根据权利要求1到3中任一项的四面体网格生成方法，还包括： 在并行地对划分后的各个域进行了网格细分和移动顶点到模型边界之后，判断网格尺 度和质量是否满足预定标准， 如果不满足，则重复并行地对划分后的各个域进行网格细分和移动顶点到模型边界的 操作。5. 根据权利要求4的四面体网格生成方法，还包括： 在重复并行地对划分后的各个域进行了网格细分和移动顶点到模型边界的操作之前， 判断各个域的负载是否均衡， 如果负载不均衡，则进行最小负载均衡操作。6. 根...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈莉，陈翔，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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