本发明专利技术涉及一种定节点量曲线逼近和曲面网格生成优化技术，它显著的提高了曲面网格的质量，该技术可用于生成贴体网格时边界离散优化和可视化技术中。包括以下步骤：（1.1）根据将要分析的曲面，利用计算机建立曲面模型；确定曲面边界、形状、网格数量与网格步长；（1.2）将曲面投影到平面，根据投影区域生成二维贴体网格；将该贴体网格映射到原曲面上；（1.3）根据长度最大准则优化曲面网格边界节点；（1.4）根据面积最大准则优化曲面网格内部节点；（1.5）根据限定网格步长的优化算法优化网格步长；最后生成高质量的曲面网格。本发明专利技术解决了复杂边界的贴体网格生成时边界离散优化问题和可视化技术中的网格优化问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于计算几何、计算机图形学、可视化技术、数值模拟、地质成像及医学成像领域，其目的包括两方面 第一，在生成贴体网格时提供高质量的离散边界；第二，在可视化技术中提供逼真的显示网格。具体涉及长度最大准则的空间曲线逼近、面积最大准则的曲面网格优化、最小距离修正法、限定网格步长的优化算法等内容。
技术介绍
有限元、有限体积、有限差分等数值计算要求在离散的网格节点上进行计算，这些离散网格节点在整个计算区域中的分布就叫网格。在给定的计算区域内定义合适的网格是一件严肃的事情，而并非没有意义，定义这样ー个网格的过程叫做网格生成。网格生成是数 值模拟的核心技木，网格生成工作量在整个计算过程中的比重约为60%，甚至更多，而且网格质量将直接影响数值分析结果的精度。结构网格由于储量小，结构简单、易于操作等优点使其在数值模拟中得到广泛应用。贴体网格是为适应复杂几何边界而出现的ー种结构网格，贴体网格已在飞行器设计制造、水利建设、水沙运动及河道流量分析中广泛应用，目前也在地球物理模拟中得以应用。贴体网格生成方法主要有代数法、插值法、保角变换和微分方程法，这些方法生成贴体网格时，必须首先给定离散的边界条件。人类获取的信息83%以上来自于视觉，因此可视化技术具有非常重要的意义。可视化技术在计算机辅助设计、空间科学、机械设计制造、灾害预报分析、地学空间、数值模拟后处理等领域有广泛的应用。可视化技术主要分为图像可视化技术和几何图形可视化技术。几何图形可视化技术是矿藏储量分析、地震数据分析、空间飞行器设计制造等技术的关键技木。几何图形可视化技术分为基于表面可视化技术和基于体的可视化技术，基于表面的可视化技术用到模型有非结构的三角网格、结构的四边形网格、非结构的多边形网格等，基于体的可视化技术用到模型有结构的六面体网格、四面体网格、及非结构的多面体网格坐寸ο在数值模拟和可视化技术中，曲线和曲面分别以折线和多边形去逼近。虽然很多学者对曲线逼近和曲面网格优化做了许多研究，大部分研究都是不定节点量的自由曲线曲面的造型技术，虽然理论成熟但并不适合给定几何形状和节点量的曲线逼近和曲面网格生成及优化。曲线作为平面和曲面的边界，在ニ维贴体网格生成时必须先根据节点量完成曲线离散，在离散曲线时要尽可能的逼近曲线形状。常用样条、圆弧和直线段逼近曲线。虽然贴体网格在物理域上是以曲线作为边界，但是在网格生成时并不会关心相邻节点间的曲线形状，用样条曲线段或圆弧段逼近曲线的方法在贴体网格生成中很少应用，我们在实际工作中生成网格时用直线段来逼近曲线。直线段逼近曲线的方法主要有等间距法、等步长法、等误差法。等间距法无法全自动实现复杂形状曲线的逼近，等误差法无法限定节点数量，只有等步长法适合给定节点量的曲线逼近。等步长法实施简单，效率高，但是它在实施过程中没有考虑曲线形状。曲面作为三维几何体的边界，通常以三角形和四边形面进行曲面离散。三维贴体网格边界以四边形结构网格形式离散，通常离散方法有插值算法、NURBS曲面逼近、微分方程法等。这些方法均不含对网格的优化过程，目前主要的网格优化方法有=Laplacian光顺方法、等參数修匀法。Laplacian光顺方法将内部节点移至与其相邻共线节点坐标的平均值处，等參数修匀是将网格内部节点的坐标修改为相邻共面节点坐标的平均值。这两种优化方法都没有考虑优化对曲面网格形状的影响。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是贴体网格生成时边界离散优化问题和可视化技术中网格优化问题。Laplacian光顺方法和等參数修匀法没用考虑优化对曲线曲面形状的影响，无法向描述曲线曲面形状逼真的方向靠近；曲线曲面造型技术中的优化技术不能满足定节点量的要求，无法适用于贴体网格生成时的边界离散优化。本专利技术中提出的长度最大准则、面积最大准则和限定网格步长的优化算法可以实现贴体网格生成时边界离散优化，使边界网格在满足边界步长要求的同时也能最多的描述边界；长度最大准则可以用于曲线的逼近，使用于逼近曲线的折线更加光順；面积最大准则可以用于曲面网格的优化，使网格描述的 曲面更加逼真。本专利技术的技术方案说明如下。一种定节点量曲线逼近和曲面网格生成优化技术，其特征在于包括以下步骤(I. I)利用计算机建立曲面模型；确定曲面形状、边界、生成网格的数量与网格步长;(1.2)根据曲面形状和边界，将曲面投影到ー个平面，根据曲面投影区域生成ニ维的贴体网格；将该贴体网格映射到原曲面上，形成曲面的初始网格；(I. 3)根据长度最大准则优化曲面网格边界节点；(I. 4)根据面积最大准则优化曲面网格内部节点；(I. 5)根据限定网格步长的优化算法优化网格步长。所述步骤(I. 3)中，长度最大准则是指优化曲线上节点的位置使节点组成折线长度最大，其过程为(2.1)把曲线上的节点建立成一个有顺序点的集合{Λ.Iプ却，1，·· ·#};(2. 2)从Y=I开始,寻■求节点Ph与节点Pi+l之间曲线区域内的点P,使点P离节点和节点Λ.+1的距离之和最大，用点/7的坐标代替节点Λ.的坐标，直到i=N-\结束；(2. 3)重复执行(2. 2)，直到曲线上节点组成的折线长度不在变化时结束优化，完成长度最大准则对曲线的优化。所述步骤(2. 2)中包含了寻求节点/^1与节点/^i之间曲线区域内的点八使点/7离节点/^1与节点Λ.+1的距离之和最大的算法，其算法为(3.1)初始化记忆数掘#、记忆衰减因子ガ、记忆增强因子万、设置判断修正结束因子；(3.2)把的坐标给赋值/7;(3. 3)用计算机求取随机数/ ，随机数的范围为[-んb]，ib为点Λ.离相邻节点Λ-i和节点Λ.+1距离之和的十分之一)，计算出点/7的移动长度る，其计算公式为Zi = R+E*M(I)(3. 4)根据Zi值计算出点/^的位置，正负号代表不同的方向；(3. 5)计算产的位置改变前后点/7离节点/^1和节点Λ.+1距离之和；(3.6)若点P的位置改变后的距离之和变大，则用P点的坐标更新Λ.坐标，用Zi更新#的值，设置左=0，并转到(3. 3)步；(3.7)若点/7的位置改变后的距离之和变小，则设置#=#/ガ，左++；(3. 8)若A小于3，则转到(3. 3)步。所述步骤(I. 4)中，面积最大准则是通过优化曲面网格内部节点位置使其曲面网 格面积最大，其过程为(4. I)根据曲面网格的特性将网格曲线分为两族，同一族的曲线互不相交，分别定义为I方向的曲线和ダ方向的曲线；(4.2)根据长度最大准则优化ダ方向的曲线；(4. 3)根据长度最大准则优化Z方向的曲线；(4. 4)根据最小距离修正法修正曲面网格；(4.5)重复执行(4.2)至(4. 4)步，直到满足收敛要求。所述步骤(4. 4)中包含了最小距离修正法的算法，其算法目的为使修正节点与相邻共线节点的距离之和最小，其算法步骤包括(5. I)初始化曲面网格节点下标i=l(5. 2)初始化曲面网格节点下标プ=1 ；(5. 3)计算以曲面网格上节点Qu’ β为顶点，以线段 Jj和Qu’Jj为边的角α 的值；(5. 4)计算以曲面网格上节点Qu’ β为顶点，以线段ルJjQiuパ)和Qu’ JjQiu J+l)为边的角α2的值；(5. 5)若a i小于α 2，则在曲线段‘，ハ、Q(i’ J+l)上求本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种定节点量曲线逼近和曲面网格生成优化技术，其特征在于包括以下步骤：？？？？？（1.1）利用计算机建立曲面模型；确定曲面形状、边界、生成网格的数量与网格步长；？？？？？（1.2）根据曲面形状和边界，将曲面投影到一个平面，根据曲面投影区域生成二维贴体网格；将该贴体网格映射到原曲面上，形成曲面的初始网格；？？？？？（1.3）根据长度最大准则优化曲面网格边界节点；？？？？？（1.4）根据面积最大准则优化曲面网格内部节点；？？？？？（1.5）根据限定网格步长的优化算法优化网格步长。
【技术特征摘要】
1.一种定节点量曲线逼近和曲面网格生成优化技术，其特征在于包括以下步骤(I. I)利用计算机建立曲面模型；确定曲面形状、边界、生成网格的数量与网格步长;(1.2)根据曲面形状和边界，将曲面投影到ー个平面，根据曲面投影区域生成ニ维贴体网格；将该贴体网格映射到原曲面上，形成曲面的初始网格；(I. 3)根据长度最大准则优化曲面网格边界节点；(I. 4)根据面积最大准则优化曲面网格内部节点；(I. 5)根据限定网格步长的优化算法优化网格步长。2.根据权利要求I所述的定节点量曲线逼近和曲面网格生成优化技术，其特征在干，所述步骤(I. 3)中，长度最大准则是指优化曲线上节点的位置使节点组成折线长度最大，其过程为(2. I)把曲线上的节点建立成一个有顺序点的集合れIプ却，1，· · -N]；(2. 2)从Y=I开始,寻■求节点Ph与节点Pi+l之间曲线区域内的点P,使点P离节点/^1和节点Λ.+1的距离之和最大，用点/7的坐标代替节点Λ.的坐标，直到i=N_\结束；(2. 3)重复执行(2. 2)，直到曲线上节点组成的折线长度不再变化时结束优化，完成长度最大准则对曲线的优化。3.根据权利要求2所述的定节点量曲线逼近和曲面网格生成优化技术，其特征在干，所述步骤(2. 2 )中包含了寻求节点Pb与节点Pi+l之间曲线区域内的点P,使点尸离节点Pb和节点Λ.+1的距离之和最大的算法，其算法为(3. I)初始化记忆数掘#、记忆衰减因子ガ、记忆增强因子万、设置判断修正结束因子左^O ；(3.2)把点的坐标赋值给点/7;(3. 3)用计算机求取随机数/ ，随机数的范围为[-んb]，(.b为点Λ.离相邻节点Λ-i与节点Λ.+1距离之和的十分之一)，计算出点/7的移动长度る，其计算公式为Zi = R+E*M(I)(3. 4)根据Zi值计算出点/^的位置，正负号代表不同的方向；(3. 5)计算产的位置改变前后点/7离节点/^1和节点Λ.+1的距离之和；(3.6)若点P的位置改变后的距离之和变大，则用P点的坐标更新Λ.坐标，用Zi更新#的值，设置左=0，并转到(3. 3)步；(3.7)若点/7的位置改变后的距离之和变小，则设置#=#/ガ，左++；(3. 8)若A小于3，则转到(3. 3)步。4.根据权利要求I所述的定节点量曲线逼近和曲面网格生成优化技术，其特征在干，所述步骤(I. 4)中，面积最大准则是通过优化曲面网格内部节点位置使其曲面网格面积最大，其过程为(4. I)根据曲面网格的特性将网格曲线分为两族，同一族的曲线互不相交，分别定义为I方向的曲线和ダ方向的曲线；(4.2)根据长度最大准则优化ダ方向的曲线；(4. 3)根据长度最大准则优化Z方向的曲线；(4. 4)根据最小距离修正法修正曲面网格；(4.5)重复执行(4.2)至(4. 4)步，直到满足收敛要求。5.根据权利要求4所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：贾艳艳，邢学军，陈军强，史基安，
申请(专利权)人：邢学军，
类型：发明
国别省市：
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