一种Brep三维模型的中面自动提取方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种Brep三维模型的中面自动提取方法及系统，包括：利用散列点阵射线法搜索和匹配Brep三维模型中的所有面对并构建面对相切组；对每一面对相切组重构中面体；对每一中面体，利用中面体的中面与三维模型的原始面的映射关系，根据原始面的拓扑连接关系构建中面体的邻接约束图；对具有相邻关系的中面体进行缝合之前，对每一待缝合中面体，利用自动延伸或裁剪算法结合邻接约束图对待缝合中面体的各中面进行延伸或裁剪；将所有自动延伸或裁剪后的中面体进行缝合拼接，得到中面体模型。本发明专利技术能够解决现有中面提取方法仅适合于等厚度模型、变厚度模型要区域划分、分区域提取的中面时常会错位和拼接困难、进而无法自动提取等问题。提取等问题。提取等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种Brep三维模型的中面自动提取方法及系统


[0001]本专利技术涉及三维模型的中面提取
，特别是涉及一种Brep三维模型的中面自动提取方法及系统。

技术介绍

[0002]现代工业和产品个性化的发展，对产品研发的效率和质量提出了更高的要求。往往需要在产品设计阶段就要考虑产品的性能，利用CAE工程分析迭代、优化其结构设计。
[0003]薄壁类、钣金类模型广泛应用于模具和冲压铸造件中，对于此类模型的工程分析一般需要对模型进行中面提取以简化模型。中面模型更能表达产品的结构形态、更能满足工程分析要求、是更好的分析替代模型，对其工程分析的效率、精度和准确性更高。
[0004]现有的中面提取方法可以归纳为三类：基于中轴变换(Medial Axis Transform，MAT)的模型维度缩减法、基于实体收缩的模型维度缩减法、和基于面对插值的中面几何重构法。
[0005]MAT是通过模拟一个最大内切球在三维实体内滚动进而创建中面，它与模型复杂度无关。但内切球滚动会产生大量细小分支，它生成的中面要小于实际边界，且生成的中面模型不包含任何拓扑几何特征，故单纯的MAT并不适用于Brep三维模型，仅广泛应用于网格模型。有人提出了一种改进的二维MAT法，用MAT构建每个面的中值线，连接中值线构建中值线图，再通过标记有效面对生成中面，但它在本质上与MAT没有区别。
[0006]基于实体收缩的模型维度缩减法，它利用几何建模内核的“边退化”功能，将薄壁的厚度退化为零，实现三维模型的维度缩减和得到中面模型。该方法完全依赖于几何建模内核的“边退化”功能，适用于Brep三维模型，但它需要首先简化或去除模型的各类孔洞、圆角、凸台等特征，且仅支持平面、圆柱面、圆锥面等解析曲面，不支持均匀B样条和NURBS曲面，有很大的局限性。
[0007]基于面对插值的中面几何重构法，通过从面的厚度方向发出射线去搜索和匹配“面对”，用曲面插值计算每一个“面对”的中面，再用布尔操作拼接中面，最终得到中面模型。它是一种几何重构法，适用于Brep三维模型，对于模型的特征和曲面类型没有限制。但该方法是基于相互的“面对”生成中面，对于复杂模型往往需要大量的中面延伸和裁剪才能将它们拼接在一起。
[0008]现有商业的CAE前处理软件基本都提供了中面提取功能，如Abaqus、HyperMesh、MSCApex等。这些软件的中面提取操作方式各有不同，其功能点和结果模型也有所不同。特别是对于变截面(即不等厚度)模型，功能差别更大，有些软件甚至不支持。对于变截面模型，Abaqus和HyperMesh都需先对模型按不同厚度区域进行人工切分，再在各个等厚度区域分别提取中面模型，然后再将它们拼接到一起。此外，Abaqus对变截面模型抽取的中面时常会在相连位置产生错位，无法直接拼接。由此可见，即使是商业软件，对于变厚度模型的中面提取也往往需要介入人工操作和结果模型的后处理，都无法实现全自动地中面模型提取；即便如此，这些商业软件的中面提取算法也是保密的。对此，本专利技术提供一种Brep三维
模型的中面自动提取方法及系统。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是提供一种Brep三维模型的中面自动提取方法及系统，能够解决现有中面提取方法中仅适合于等厚度模型、变厚度模型要区域划分、分区域提取的中面时常会错位和拼接困难、进而无法自动提取等问题。
[0010]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0011]一种Brep三维模型的中面自动提取方法，包括：
[0012]利用散列点阵射线法搜索和匹配Brep三维模型中的所有面对；
[0013]根据面对的厚度、面对的连通性和面对的连接相切性构建面对相切组；所述面对相切组包括多个所述面对且任意两个所述面对厚度相同且相切连通；
[0014]对每一所述面对相切组，采用插值法几何重构中面体；
[0015]对每一所述中面体，利用所述中面体的中面与所述Brep三维模型的原始面的映射关系，并根据所述原始面的拓扑连接关系构建中面体的邻接约束图；
[0016]对具有相邻关系的所述中面体进行缝合之前，对每一待缝合中面体，利用自动延伸或裁剪算法结合所述中面体的邻接约束图对所述待缝合中面体的各所述中面进行延伸或裁剪；
[0017]将所有自动延伸或裁剪后的中面体进行缝合拼接，得到中面体模型。
[0018]可选的，所述利用散列点阵射线法搜索和匹配Brep三维模型中的所有面对，具体包括：
[0019]构建所述Brep三维模型的面邻接关系矩阵M
J
×
J
；所述面邻接关系矩阵M
J
×
J
中的第i行第j列的元素M
i
×
j
为第i个面和第j个面之间的邻接关系；当所述第i个面和所述第j个面存在共享边，则所述第i个面和所述第j个面相邻，M
i
×
j
的值为1；J为所述Brep三维模型的面个数；
[0020]构建所述Brep三维模型的面距离关系矩阵D
J
×
J
；所述面距离关系矩阵D
J
×
J
中的第i行第j列的元素D
i
×
j
为第i个面和第j个面之间的距离相关关系；当所述第i个面的包围盒和所述第j个面的包围盒的最小距离小于等于预设倍数的最大厚度阈值时，则所述第i个面和所述第j个面相关，记D
i
×
j
的值为1；
[0021]构建所述Brep三维模型的面等距相容性矩阵C
J
×
J
；所述面等距相容性矩阵C
J
×
J
中的第i行第j列的元素C
i
×
j
为第i个面和第j个面之间的等距相容关系；当所述第i个面和所述第第j个面等距相容，C
i
×
j
的值为1；
[0022]对所述Brep三维模型的每一所述面，确定与所述面不相邻、相关且等距相容的所有所述面并构建候选面集；
[0023]利用所述散列点阵射线法确定所述候选面集中与对应的所述面构成面对关系的候选面，得到所述Brep三维模型的所有所述面对。
[0024]可选的，所述利用所述散列点阵射线法确定所述候选面集中与对应的所述面构成面对关系的候选面，得到所述Brep三维模型的所有所述面对，具体包括：
[0025]对所述Brep三维模型的每一所述面进行采样点采样；所述采样点包括面内采样点和边界边采样点；
[0026]对每一所述面中的每一所述采样点，并基于每一所述采样点向逆着所述面的法向方向发出射线；
[0027]若所述射线与所述候选面有交点，则记当前所述候选面为目标候选面，并记当前所述采样点为有效采样点；
[0028]计算当前所述面中的所述有效采样点与当前所述目标候选面中的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Brep三维模型的中面自动提取方法，其特征在于，包括：利用散列点阵射线法搜索和匹配Brep三维模型中的所有面对；根据面对的厚度、面对的连通性和面对的连接相切性构建面对相切组；所述面对相切组包括多个所述面对且任意两个所述面对厚度相同且相切连通；对每一所述面对相切组，采用插值法几何重构中面体；对每一所述中面体，利用所述中面体的中面与所述Brep三维模型的原始面的映射关系，并根据所述原始面的拓扑连接关系构建中面体的邻接约束图；对具有相邻关系的所述中面体进行缝合之前，对每一待缝合中面体，利用自动延伸或裁剪算法结合所述中面体的邻接约束图对所述待缝合中面体的各所述中面进行延伸或裁剪；将所有自动延伸或裁剪后的中面体进行缝合拼接，得到中面体模型。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用散列点阵射线法搜索和匹配Brep三维模型中的所有面对，具体包括：构建所述Brep三维模型的面邻接关系矩阵M
J
×
J
；所述面邻接关系矩阵M
J
×
J
中的第i行第j列的元素M
i
×
j
为第i个面和第j个面之间的邻接关系；当所述第i个面和所述第j个面存在共享边，则所述第i个面和所述第j个面相邻，M
i
×
j
的值为1；J为所述Brep三维模型的面个数；构建所述Brep三维模型的面距离关系矩阵D
J
×
J
；所述面距离关系矩阵D
J
×
J
中的第i行第j列的元素D
i
×
j
为第i个面和第j个面之间的距离关系；当所述第i个面的包围盒和所述第j个面的包围盒的最小距离小于等于预设倍数的最大厚度阈值时，则所述第i个面和所述第j个面相关，记D
i
×
j
的值为1；构建所述Brep三维模型的面等距相容性矩阵C
J
×
J
；所述面等距相容性矩阵C
J
×
J
中的第i行第j列的元素C
i
×
j
为第i个面和第j个面之间的等距相容关系；当所述第i个面和所述第第j个面等距相容，C
i
×
j
的值为1；对所述Brep三维模型的每一所述面，确定与所述面不相邻、相关且等距相容的所有所述面并构建候选面集；利用所述散列点阵射线法确定所述候选面集中与对应的所述面构成面对关系的候选面，得到所述Brep三维模型的所有所述面对。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用所述散列点阵射线法确定所述候选面集中与对应的所述面构成面对关系的候选面，得到所述Brep三维模型的所有所述面对，具体包括：对所述Brep三维模型的每一所述面进行采样点采样；所述采样点包括面内采样点和边界边采样点；对每一所述面中的每一所述采样点，并基于每一所述采样点向逆着所述面的法向方向发出射线；若所述射线与所述候选面有交点，则记当前所述候选面为目标候选面，并记当前所述采样点为有效采样点；计算当前所述面中的所述有效采样点与当前所述目标候选面中的所述交点之间的距离；当所有所述距离值均相同时，则判断所述有效采样点占比是否大于预设占比阈值且所
述距离的相对误差值是否小于第一预设误差值；若所述有效采样点占比大于预设占比阈值且所述距离的第一相对误差值小于预设误差值时，则判定当前所述面与当前所述目标候选面构成面对；当所有所述距离值不均同时，则计算当前所述面与所述目标候选面的二面角，并判断所述有效采样点占比是否大于预设占比阈值且所述二面角的相对误差值是否小于第二预设误差值；若所述有效采样点占比大于预设占比阈值且所述二面角的相对误差值小于第二预设误差值，则判定当前所述面与当前所述目标候选面构成拔模面对。当所有所述面中的所有所述采样点均遍历完成，则得到所述Brep三维模型的所有面对。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对所述Brep三维模型的每一所述面进行采样点采样；所述采样点包括面内采样点和边界边采样点，具体包括：在所述面的参数域内按照预设采样密度进行均匀采样，得到面内采样点；对所述面的外边界边采样边的起点和终点，对所述面的内边界边采样边的中点，得到边界边采样点。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第i个面和所述第j个面等距相...

【专利技术属性】
技术研发人员：方萃浩，陈志杨，
申请(专利权)人：杭州新迪数字工程系统有限公司，
类型：发明
国别省市：