一种应用于岩土工程建模的三角网格构建方法技术

本发明专利技术提供一种三角网格构建方法及其在岩土工程建模的应用，本发明专利技术的优点是能简单，快速的构造符合Ｄｅｌａｕｎａｙ三角网格规则的三角网格，并能同步进行网格优化，适用于根据二维或三维空间离散点集来构造符合Ｄｅｌａｕｎａｙ三角规则的三角网格，能很好的应用到不规整三维模型的构造，如三维地层层面模型的构造。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于计算机二维、三维模型建模领域，特别是涉及岩土工程三维地 层模型构建，及其在三维地层层面模型构造的应用。
技术介绍
目前已经存在一些根据离散点构建三角网格的方法，但是这些方法算法复 杂，而且网格构建完成后需要再寻找网格边界，不能实现网格的构造和优化的 同步进行。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种快速、简单、具有同步优化功能的根据离散点 构建三角网格方法，以弥补现有算法在速度、简便性以及优化功能方面的不足。 本专利技术的另一 目的在于提供该三角网格构建方法在岩土工程建模中的应用。为了实现第一个专利技术目的，采用的技术方案如下 一种三角网格构建方法，通过如下步骤实现(1) 根据所有离散构造点计算形心点Pe，计算所有构造点到形心点的距 离，并根据距离对构造点进行排序；(2) 使用离形心点Pc最近的三个构造点构造中心三角形tp把中心三角 形h设为初始网格M，并根据三角形边界的逆时针方向构造初始边界环R;(3) 按照距离由小到大插入构造点P，建立构造点P到中心点Pc的线段L， 遍历边界环R，寻找线段L和边界有交点的边界线Lb;(4) 使用构造点P和边界线U构造新的三角形Tn，并使用Delaunay三角 优化规则来优化三角形Tn和Tn的邻接三角形Tnl;(5) 通过判断三角形Tn的新边和邻接边的夹角e是否小于一个预设值来 构造新的边界三角形tn，并使用Delaimay三角优化规则来优化三角形tn和tn的 邻接三角形；(6) 重复步骤(3) (5)，直到插入所有构造点。 上述技术方案中，所述步骤(4)构造新的三角形Tn具体过程为将构造点P和边界线Lb的起始点和结束点按逆时针形成三角形Tn。 步骤(4)的Delaunay三角优化规则具体如下输入两个共边的三角形Tn和Tm，它们的共边为e，判断T^里不在e上的 顶点v是否在T。的外接圆里面，如果在里面，则删除e， Tn和Tm，并把Tn和 Tm不在e上的点连成新边en，将e的原起始点和结束点与en形成新的三角形 1 和tnl，如果顶点v在Tn的外接圆外面则不做任何操作。步骤(4)还包括扩充边界环R的步骤，具体操作过程为将三角形Tn除边 界线Lb外的另外两条边作为边界边，并添加到边界环中，形成新的边界环。所述步骤(1)具体包括建立构造点集合V，计算V的几何中心ve，再计 算集合V里每个点到Ve的距离，形成点到中心距离集(V， D)，并根据从小到大 排序后得出点距离集合(V， D,)。本专利技术所述三角网格构建完毕后，还包括三角网格优化步骤，具体操作如 下步骤(71) 设定一个边长值h;(72) 遍历三角网格的每一个三角形T，如果T的外接圆半径大于h，则删除与该圆有交点的所有三角形，并插入外接圆心点Pd到构造点集合V中；(73)使用被删除的三角形的顶点和插入的圆心点Pd构建新的局部三角 形网格；(4)重复步骤(72)， (73)，直到三角网格中不存在外接圆半径大于h的 三角网格。为了实现第二个专利技术目的，采用的技术方案如下一种三角网格构建在岩土工程建模的应用，根据工程单位提供的钻孔数 据，建立钻孔信息数据库；提取工程所在区域的钻孔坐标数据，获取地层钻孔 的层对应点，确定节点的x、 y、 z坐标，形成初始点集合，运用三角网格构建 方法构建地层层面的模型。上述应用过程还包括采用三角网格优化步骤对地层层面模型进行优化的 过程。本专利技术的优点是能简单，快速的构造符合Delaunay三角网格规则的三角网 格，并能同步进行网格优化，适用于根据二维或三维空间离散点集来构造符合 Delamiay三角规则的三角网格，能很好的应用到不规整三维模型的构造，如三 维地层层面模型的构造。附图说明 图1为本专利技术的前处理示例图； 图2为本专利技术的寻找边过程示例图； 图3为本专利技术的建三角形过程示例图； 图4为本专利技术的扩充环过程示例图； 图5为本专利技术的边建三角形过程示例图； 图6为本专利技术的局部优化过程示例图； 图7为本专利技术的网格优化过程示例图；图8为本专利技术的具体处理示例图； 图9为本专利技术的处理流程图。具体实施方式 下面结合附图对本专利技术做进一步的说明。本专利技术的三角网格构建方法主要通过计算机软件实现，通过如下步骤实现输入在一平面上不全共线的点集V，以及边长预设值/ ;输出符合Delaunay三角网格条件的线集合￡和三角形集合r;前处理如附图1所示，计算点集V的几何中心Vc，如图l-(l)所示，再计 算点集里每个点到Vc的距离，形成点到中心距离集(K D)，把点距离集进行排序后得出己排序点距离集合(K A)，把点距离集中前三个点(Vh V2， V3)构造初时 三角形tp如图l-(2)所示。如果中心点Ve不在t!内，设置^的形心为中心点 Vc。把的三条边按逆时针形成边界闭环W， (/ 由边界边按逆时针组成)，如图l-(3)所示。实现本专利技术所需要使用的子过程如下寻找边输入一个点V，把该点与中心点Ve形成直线U，遍历边界环，找出与W相交的边界线e，如图2所示。在计算机软件中通过函数表示 SearchEdge(v, / )->e。建三角形输入一个点v与一条边界边e，把v与e的起始点和结束点按 逆时针形成三角形t，如图3所示。通过函数表示BuildTriangle(v， e)->t。扩充环输入一条边界边，把边界边添加到边界环中，形成新的边界环。 如图4所示，分别把^和e2添加到环R中。函数表示ExtendRing(e,边建三角输入两个连续的边界边ei、 e2，当它们的夹角^满足要求时(一般夹角^要求小于2W3)，把e卜e2不相连的两个顶点连接成新的边en，形成新 的三角形tn，如图5所示。函数表示EdgeBuildTriangle(eh e2)->t。局部优化输入两个共边三角形h， t2，他们的共边为e，判断t2里不在e 上的顶点v是否在h的外接圆里面，如果在里面，则删除e， ti， t2，把^和t2 不在e上的点连成新边en，形成新的三角形tm， t2n。如果在外面则不做任何操 作，如图6所示。函数表示LocalOptimize(tht2)。网格优化:输入一个外接圆半径r大于预设值h的三角形t，删除该三角形、 以及与该外接圆有交点的所有三角形，添加该外接圆心v到点集合中，按步骤 继续构建网格。如图7所示，函数表示MeshOptimize(t)。本专利技术的处理过程如附图9所示(1) 、前处理步骤；(2) 、在已排序点距离集合(K化)中按顺序获取点p，调用子过程 SearchEdge(p， 7 )->lr。如图8-(1)~(3)所示；(3) 、找到相交边界边L后，调用子过程BuildTriangle(pA)》、，建立新的 三角形1 。如图8-(4)所示；(4) 、把^和tn的邻接的三角形W进行局部优化，调用LocalOptimize(tn,U)。如图8-(5)所示，如果点V皿在tn的外接圆之内，就形成新的两个三角形，否则继续算法；(5) 、把新建的三角形tn的边界边h、 12加入到边界环中，调用子过程ExtendRing(h，ExtendRing(l2,如图8-(6)所示；(6) 、判断新建的三角形tn的边界边li、 12分别和它们的邻接边界边lm、 l2n的夹角是否小于一个预定的夹角e，如果本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三角网格构建方法，其特征在于通过如下步骤实现：（１）根据所有离散构造点计算形心点Ｐ↓［ｃ］，计算所有构造点到形心点的距离，并根据距离对构造点进行排序；（２）使用离形心点Ｐ↓［ｃ］最近的三个构造点构造中心三角形ｔ↓［１］，把中心三角形ｔ↓［１］设为初始网格Ｍ，并根据三角形边界的逆时针方向构造初始边界环Ｒ；（３）按照距离由小到大插入构造点Ｐ，建立构造点Ｐ到中心点Ｐ↓［ｃ］的线段Ｌ，遍历边界环Ｒ，寻找线段Ｌ和边界有交点的边界线Ｌ↓［ｂ］；（４）使用构造点Ｐ和边界线Ｌ↓［ｂ］构造新的三角形Ｔ↓［ｎ］，并使用Ｄｅｌａｕｎａｙ三角优化规则来优化三角形Ｔ↓［ｎ］和Ｔ↓［ｎ］的邻接三角形Ｔ↓［ｎ１］；（５）通过判断三角形Ｔ↓［ｎ］的新边和邻接边的夹角θ是否小于一个预设值来构造新的边界三角形ｔ↓［ｎ］，并使用Ｄｅｌａｕｎａｙ三角优化规则来优化三角形ｔ↓［ｎ］和ｔ↓［ｎ］的邻接三角形；（６）重复步骤（３）～（５），直到插入所有构造点。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周翠英，赵宏坚，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]