一种使用圆柱面嵌板对双曲面嵌板的批量拟合方法技术

本发明专利技术提供了一种使用圆柱面嵌板对双曲面嵌板的批量拟合方法，属于建筑设计技术领域，该使用圆柱面嵌板对双曲面嵌板的批量拟合方法包括以下步骤：一、建立曲面结构的三维模型；二、将所述曲面结构的三维模型划分为多个双曲面，作为双曲面嵌板；三、将所述双曲面输入至Grasshopper工具中；四、使用圆柱面对所述双曲面进行批量拟合，形成圆柱面嵌板；五、计算所述圆柱面嵌板和所述双曲面嵌板之间的最大偏差，并判断是否符合偏差阈值；其中所述偏差阈值根据设计效果，制造成本和施工要求综合考虑得到；本发明专利技术可以解决使用圆柱面嵌板对双曲面嵌板的拟合过程中拟合效率较低、操作难度大的问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种使用圆柱面嵌板对双曲面嵌板的批量拟合方法


[0001]本专利技术属于建筑设计
，具体而言，涉及一种使用圆柱面嵌板对双曲面嵌板的批量拟合方法。

技术介绍

[0002]曲面幕墙是一种特殊形式的建筑装饰幕墙，其外表面由曲线或复杂的曲面构成。相比于传统的平面幕墙，曲面幕墙具有以下几个意义：一、曲面幕墙能够赋予建筑独特的形态和造型，强调建筑形态和美感；二、能够在不同时间和光照条件下产生丰富多样的光影效果，呈现出不同的视觉效果和空间感；三、提供功能性和性能方面的提升，如曲线的形状可以提高风阻性能、曲面可以分散热量，提高隔热效果、改善建筑的声学性能等。
[0003]其中双曲面嵌板是常用于曲面幕墙的材料，具有更加优美的形状和立体感，但制造难度较高，安装复杂，造价较高。而圆柱面嵌板适用范围广泛，生产周期相对更短，成本相对较低。所以，在允许的误差范围内，可以把双曲面嵌板优化成圆柱面嵌板以降低施工难度。但是目前比较普遍的优化方法是采用遗传算法来穷举每一种可能性，直至找到误差最小的圆柱面来拟合。这种算法虽然比手工优化效率有所提升，但仍只能几分钟处理一块嵌板，并需消耗大量的计算机资源，对运行的硬件要求较高，因此，现有的使用圆柱面嵌板对双曲面嵌板的拟合过程仍存在拟合效率较低、操作难度大的问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提出一种使用圆柱面嵌板对双曲面嵌板的批量拟合方法，可以解决使用圆柱面嵌板对双曲面嵌板的拟合过程中拟合效率较低、操作难度大的问题。
[0005]本专利技术是这样实现的：
[0006]本专利技术提供一种使用圆柱面嵌板对双曲面嵌板的批量拟合方法，其中，包括以下步骤：
[0007]S10：建立曲面结构的三维模型；
[0008]S20：将所述曲面结构的三维模型划分为多个双曲面，作为双曲面嵌板；
[0009]S30：将所述双曲面输入至Grasshopper工具中；
[0010]S40：使用圆柱面对所述双曲面进行批量拟合，形成圆柱面嵌板；
[0011]S50：计算所述圆柱面嵌板和所述双曲面嵌板之间的最大偏差。
[0012]本专利技术提供的一种使用圆柱面嵌板对双曲面嵌板的批量拟合方法的技术效果如下：通过将建筑过程中使用圆柱面嵌板对双曲面嵌板进行拟合，具有以下优势：一、具有施工便利性，圆柱面在施工过程中更易于测量、定位和搭建；二、可以节约材料和时间，由于圆柱面的形状更加规则，可以简化制造和加工过程，从而缩短施工时间，更好地利用材料，减少浪费；三、结构稳定性，圆柱面作为一种常见的基本几何形状，具有较好的结构稳定性和强度，可以更容易地实现结构的稳定性和均衡负荷分配；四、圆柱面的施工技术和工艺适用范围更广，可以利用现有的工具、设备和技术，以及相对成熟的施工方法，提高项目的可行
性和成功的概率；本专利技术结合Grasshopper工具，使用圆柱面嵌板对双曲面嵌板进行批量拟合，并引入最大偏差，在保证精度的前提下，可以批量的对大量双曲面嵌板(如几百块，几千块)进行优化，并同时输出优化后的圆柱面，相对于普遍的通过穷举法或者手工只能同时优化一块嵌板的方法，效率上有着显著的提升；此外，本专利技术根据设计效果，制造成本和施工要求，确定最大偏差，以此衡量优化是否满足要求，把其中满足最大偏差要求的双曲面嵌板优化成圆柱面嵌板，另一部分超过最大偏差要求的双曲面嵌板保持原造型生产，兼顾成本和外观，从而保证了施工效率和质量。
[0013]在上述技术方案的基础上，本专利技术的一种使用圆柱面嵌板对双曲面嵌板的批量拟合方法还可以做如下改进:
[0014]其中，所述步骤S40具体包括以下步骤：
[0015]第一步、在每个所述双曲面上均匀取若干点，分析所述双曲面在每个所述点处的主曲率，获得最小曲率圆对应的主曲率方向向量；
[0016]第二步、求出所述双曲面的平均主曲率方向向量；
[0017]第三步、获取所述双曲面的中心点，并在所述中心点处生成垂直于所述平均主曲率方向向量的工作平面；
[0018]第四步、获得所述工作平面与所述双曲面的交线；
[0019]第五步、使用所述交线的起点，中点和终点，三点生成圆弧，并将所述圆弧两端同时延长；
[0020]第六步、将所述圆弧朝其平面Z轴方向两端向外挤出，生成圆柱面，并使得所述圆柱面超出所述双曲面；
[0021]第七步、获取所述双曲面的边线并合并形成闭合多段线，将所述闭合多段线投影到所述圆柱面上，得到投影线，使用所述投影线修剪所述圆柱面，得到拟合后的圆柱面。
[0022]采用上述改进方案的有益效果为：通过利用主曲率方向向量确定工作平面，并结合工作平面与双曲面的交线获取圆柱面的拉伸轨迹，向两侧拉伸形成圆柱面，此种拟合方式可以摒弃传统的分割后分段优化成圆弧的方式产生的明显的不连续或间隙问题，可以保证拟合形成的圆柱面平滑，使得圆柱面与原始双曲面的形状误差最小化。
[0023]进一步的，所述步骤S50具体包括以下步骤：
[0024]第一步、将所述双曲面划分为多个三角区域，其中所述三角区域为三维空间的平面三角形，其三个顶点位于所述圆柱面上；
[0025]第二步、将所述三角区域的中心点作为测量点，并测量每个所述测量点与所述圆柱面之间的距离；
[0026]第三步、选取最大距离作为所述最大偏差，判断所述最大偏差是否在偏差阈值内，若是，则此处使用拟合后的所述圆柱面嵌板替换所述双曲面嵌板；若否，则此处保留所述双曲面嵌板。
[0027]采用上述改进方案的有益效果为：通过将圆柱面划分为多个三角区域，并在各个三角区域的中心点处测量与双曲面之间的距离，可以使得测量的部位均匀分布在圆柱面的各个部位，
[0028]进一步的，所述将双曲面划分为多个三角区域具体包括以下步骤：
[0029]第一步、初始三角剖分，将所述双曲面划分为多个初始的三角区域；
[0030]第二步、细剖分，将特征距离大于预定阀值的所述三角区域再划分为多个子三角区域，直至所有的所述三角区域的特征距离都小于或者等于所述预定阀值。
[0031]进一步的，所述初始三角剖分的步骤具体为：
[0032]在所述双曲面的边界上选取多个边界点，在所述双曲面上选取一个或多个内部点，按照所选取的所述边界点和所述内部点将所述双曲面划分为多个三角区域。
[0033]进一步的，所述按照所选取的边界点和内部点将双曲面划分为多个三角区域的步骤具体为：
[0034]采用Delaunay三角剖分的方法，将所述双曲面划分为多个所述三角区域。
[0035]采用上述改进方案的有益效果为：通过采用Delaunay三角剖分的方法进行三角区域的划分，具有以下特点：无偏性，该算法可以生成不受输入点顺序的影响的三角剖分，保证了结果的一致性；最大化最小角，Delaunay三角剖分使得所有三角形的最小角尽可能大，有利于提高数值计算的稳定性；最小化内接圆，剖分中三角形的外接圆(内接圆)尽可能小，有利于提供更紧密的拟合曲面。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种使用圆柱面嵌板对双曲面嵌板的批量拟合方法，其特征在于，包括以下步骤：S10：建立曲面结构的三维模型；S20：将所述曲面结构的三维模型划分为多个双曲面，作为双曲面嵌板；S30：将所述双曲面输入至Grasshopper工具中；S40：使用圆柱面对所述双曲面进行批量拟合，形成圆柱面嵌板；S50：计算所述圆柱面嵌板和所述双曲面嵌板之间的最大偏差。2.根据权利要求1所述的一种使用圆柱面嵌板对双曲面嵌板的批量拟合方法，其特征在于，所述步骤S40具体包括以下步骤：第一步、在每个所述双曲面上均匀取若干点，分析所述双曲面在每个所述点处的主曲率，获得最小曲率圆对应的主曲率方向向量；第二步、求出所述双曲面的平均主曲率方向向量；第三步、获取所述双曲面的中心点，并在所述中心点处生成垂直于所述平均主曲率方向向量的工作平面；第四步、获得所述工作平面与所述双曲面的交线；第五步、使用所述交线的起点，中点和终点，三点生成圆弧，并将所述圆弧两端同时延长；第六步、将所述圆弧朝其平面Z轴方向两端向外挤出，生成圆柱面，并使得所述圆柱面超出所述双曲面；第七步、获取所述双曲面的边线并合并形成闭合多段线，将所述闭合多段线投影到所述圆柱面上，得到投影线，使用所述投影线修剪所述圆柱面，得到拟合后的圆柱面。3.根据权利要求2所述的一种使用圆柱面嵌板对双曲面嵌板的批量拟合方法，其特征在于，所述步骤S50具体包括以下步骤：第一步、将所述双曲面划分为多个三角区域，其中所述三角区域为三维空间的平面三角形，其三个顶点位于所述圆柱面上；第二步、将所述三角区域的中心点作为测量点，并测量每个所述测量点与所述圆柱面之间的距离；第三步、选取最大距离作为所述最大偏差，判断所述最大偏差是否在偏差阈值内，若是，则此处使用拟合后的所述圆柱面嵌板替换所述双曲面嵌板；若否，则此处保留所述双曲面嵌板...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳洋，王剑涛，韩玉辉，杨韬，张程成，李佳璐，
申请(专利权)人：中建八局发展建设有限公司，
类型：发明
国别省市：