【技术实现步骤摘要】
一种基于生成对抗网络的建筑自由曲面网格结构划分的设计方法
[0001]本专利技术属于土木工程与计算机深度学习应用
，特别是一种基于生成对抗网络的建筑自由曲面网格结构划分的设计方法
。
技术介绍
[0002]随着空间网格技术的逐渐成熟，人们不再满足于传统的十分规则的空间网格结构，而是期望更加具有视觉冲击力的结构形式，然而建筑自由曲面的不规则性使得其网格结构划分设计过程存在诸多难点
。
为解决建筑自由曲面的网格结构划分，不同的设计方法相继被提出
。
但当前已有网格结构划分技术或为手动划分，或仅为某特定曲面而设计算法，存在划分效率低
、
适用范围有限等缺点
。
在建筑土木智能化不断深入的当下，提出一种高效
、
通用的建筑自由曲面的网格结构划分方法，推进建筑结构设计智能化，具有必要性和急切性
。
随着计算机运算能力的不断提升
、
计算机视觉和深度学习的发展，人工智能等方法为解决土木工程领域的各种技术问题提供了新的思路和手段
。
但是当前人工智能驱动和辅助仅在工程建造
、
运维领域得到了广泛的应用，而与结构设计的结合则相对较少
。
技术实现思路
[0003]专利技术目的，本专利技术所要解决的技术问题是克服现有网格划分技术的不足而提出的一种基于生成对抗网络的建筑自由曲面网格结构划分的设计方法，该方法可对给定的建筑自由曲面进行网格结构划分，相比于手动网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.
一种基于生成对抗网络的建筑自由曲面网格结构划分的设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤
S1、
获需要进行网格划分的建筑自由曲面图；步骤
S2、
利用该建筑自由曲面图生成对应的建筑自由曲面曲率云图和建筑自由曲面高程云图，并构建训练数据集和测试数据集；步骤
S3、
将步骤
S2
中的所获的建筑自由曲面曲率云图和建筑自由曲面高程云图融合后输入生成对抗网络模型中进行训练，该生成对抗网络模型的输出即为建筑自由曲面网格结构图，训练获得根据建筑自由曲面曲率云图和建筑自由曲面高程云图作为输入，输出对应的建筑自由曲面网格结构图的生成对抗网络模型；步骤
S4、
使用测试集测试步骤
S3
的生成对抗网络模型，计算生成对抗网络模型输出的建筑自由曲面网格结构图综合指标平均值，判断综合指标平均值是否小于预设阈值，如果小于，则生成对抗神经网络模型符合要求，如果不小于，则生成对抗神经网络模型不符合要求，重新经过步骤
S1
‑
S3
重新进行训练；步骤
S5、
将预设的建筑自由曲面曲率云图和建筑自由曲面高程云图融合后输入步骤
S3
训练获得的生成对抗网络模型中得到对应的建筑自由曲面网格结构图
。2.
根据权利要求1所述的一种基于生成对抗网络的建筑自由曲面网格结构划分的设计方法，其特征在于，步骤
S2
中，建筑自由曲面的曲率云图和高程云图的获取步骤分别为：
(2.1)
曲率云图的获取步骤
(1)
按
M
行和
N
列划分建筑自由曲面的相邻边，将建筑自由曲面整体划分为
M
×
N
个自由曲面并用
S
sub
表示，见式
(1)
，矩阵中的各值表示划分得到的
M
×
N
个自由曲面，其中，
M
和
N
为正整数；
(2)
令
S
ij
为式
(1)
矩阵中
M
×
N
个建筑自由曲面的通式，表示第
i
行第
j
列的自由曲面，其中
i∈[1
，
M]
，
j∈[1
，
N]
，计算
M
×
N
个建筑自由曲面的几何中心，并使用通式
P
ij
进行表示，即
P
ij
表示第
i
行第
j
列的自由曲面的几何中心，且同样地
i∈[1
，
M]
，
j∈[1
，
N]
，按公式
(2)
计算自由曲面
S
ij
沿主方向的主曲率
k
n
，其中，
L
表示二次项系数，
M
表示混合项系数，
N
表示常数项系数，而
E、F
和
G
则为自由曲面
S
ij
的第一基本形式的系数，求解公式
(2)
获得两个结果，结果中的最大值则为曲面
S
ij
在
P
ij
处的最大主曲率
k
ij
，计算得所有
M
×
N
个建筑自由曲面在几何中心处的最大主曲率
k
max
，用式
(3)
表示；表示；
(3)
对计算得到的
M
×
N
个最大主曲率值
k
max
进行最大最小归一化处理，分别求
L1＝
max{k
00
,
…
,k
MN
}
，
L0＝
min{k
00
,
…
,k
MN
}
，以获得最大主曲率
k
max
中的最大值
L1和最小值
L0，依次代
入
M
×
N
个最大主曲率值
k
max
至公式
(4)
以获得规范化的曲率值
k
′
max
，规范化后的曲率值在0至1区间，如式
(5)
所示，其中
k
′
ij
是第
i
行，第
j
列曲面规范化的曲率值，
i∈[1
，
M]
，
j∈[1
，
N]
；；
(4)
设置规范化的曲率值
k
′
max
的颜色映射方案为渐变色，该渐变色由红
、
黄
、
绿
、
青
、
蓝五种占比相同的基本色依次排列组成，令
N
i
(r
i
,g
i
,b
i
)
为五种颜色的通式表示，其中，
i
＝
0,1,2,3,4
，
(r
i
,g
i
,b
i
)
为颜色对应的数值码，则
N0(255,0,0)
表示红色，
N1(255,255,0)
表示黄色，
N2(0,255,0)
表示绿色，
N3(0,255,255)
表示青色，
N4(0,0,255)
表示蓝色；
(5)
对于任意规范化的曲率值
k
′
ij
，使用公式
(6)
计算得到
d
n
，舍弃
d
n
小数部分并仅保留整数
d
z
，则得
k
′
ij
左侧基本色
N
i
(r
i
,g
i
,b
i
)
的下标
i
的真实值
d
z
，即
k
′
ij
左侧基本色进一步表示为
k
′
ij
右侧基本色表示为
d
n
＝
4k
′
ij
ꢀꢀꢀ
(6)(6)
令并代入公式
(7)
，可计算得
C
r
，又令，又令代入公式
(7)
可计算得
C
g
，再令代入公式
(7)
可计算得
C
b
，则
(C
r
,C
g
,C
b
)
为
(5)
中规范化的曲率值
k
′
ij
所对应颜色的数值码；
C
＝
C
left
+(d
n
‑
d
z
)(C
right
‑
C
left
)
ꢀꢀꢀ
(7)(7)
对式
(5)
中的
M
×
N
个建筑自由曲面的规范化的曲率值
k
′
ij
逐一重复步骤
(5)
和
(6)
，则实现所有已规范化的曲率值
k
′
ij
的可视化，并获得建筑自由曲面整体的曲率云图
C
sub
，如式
(8)
，其中，
c
ij
为通式，代表第
i
行第
j
列的自由曲面被赋予的颜色，
i∈[1
，
M]
，
j∈[1
，
N]
；
(2.2)
高程云图的获取步骤：
(1)
按
M
行和
N
列划分建筑自由曲面的相邻边，将建筑自由曲面整体划分为
M
×
N
个自由曲面并用
S
′
sub
表示，见式
(9)
，矩阵中的各值表示划分得到的
M
×
N
个自由曲面，其中，
M
和
N
为正整数；
(2)
令
S
′
ij
为式
(9)
矩阵中
M
×
N
个建筑自由曲面的通式，表示第
i
行第
j
列的自由曲面，其中
i∈[1
，
M]
，
j∈[1
，
N]
，计算
M
×
N
个建筑自由曲面的几何中心，并使用通式
P
′
ij
(x
ij
,y
ij
,z
ij
)
进行表示，
P
′
ij
表示第
i
行第
j
列的自由曲面的几何中心，
(x
ij
,y
ij
,z
ij
)
表示几何中心的三维笛卡尔坐标，且同样地
i∈[1
，
M]
，
j∈[1
，
N]
，提取分离出
P
′
ij
的
z
ij
坐标，则所有
M
×
N
个建筑自由曲面几何中心处的第三主轴分量
Z
sub
用式
(10)
表示；
(3)
对计算得到的
M
×
N
个第三主轴分量
Z
sub
进行最大最小归一化处理，分别求
L
′1＝
max{z
00
,
…
,z
MN
}
...
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