[發明專利]基于數字圖形介質的三維空間結構圖形切割及切片方法

無效

• 申請號: 201210047748.8
• 申請日: 2012-02-28
• 公開（公告）號: CN102629391A
• 公開（公告）日: 2012-08-08
• 發明（設計）人: 魏群;張國新;王宗敏;王穎;魏魯雙;劉尚蔚;葉曉楓;孫凱;惠延波;張俊紅
• 申請（專利權）人: 華北水利水電學院
• 主分類號: G06T17/20
• 分類號: G06T17/20
• 代理公司: 鄭州大通專利商標代理有限公司 41111
• 代理人: 陳大通

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（一）、技術領域：本發明涉及一種三維空間結構圖形切割及切片方法，特別是涉及一種基于數字圖形介質的三維空間結構圖形切割及切片方法。

（二）、背景技術:?目前，三維空間結構的數值模擬主要采用連續介質計算方法（FEM）或非連續介質的數值計算方法（如DDA、EDM、NMM），由于計算方法解題過程精度控制的不同，對網格的要求也有所不同。傳統的數值模擬網格構建一般采用直接建模方式，按照控制點－－控制線－－控制區域－－單元網格的過程來構建。但是，這種建模方式需要較高水平的人員，按照從單元到局部再到整體的方式，在網格剖分前需進行頻繁的交互，尋求封閉區域和獨立封閉空間等等。傳統的從單元到局部再到整體的網格構建方式，使整個過程實現復雜化，同時容易生成畸形網格，存在整體建模效率不高、自動化程度低等問題。

現實世界的物體常常是三維的，即立體的，如工程設計中產品幾何模型、實際景物的幾何外觀等等，用立體的圖形去描述它們當然是最合適的了，三維建模技術的發展已經能夠創建出滿足要求的模型。但有時我們在描述和觀察圖形時卻常常只能在二維介質中（即平面物體上）來進行，比如：工程圖紙的剖面圖等等。有時，我們也需要先將三維零件的一層層的二維截面輪廓信息獲得，然后采用特定的工藝方法將原材料制成多個與截面形狀相同的薄片，再逐層累加，直至生成三維零件的實體模型。在以上兩種情況下，都需要進行三維模型的切片處理，即：情況1：在工程詳圖生成技術中進行切片處理，情況2：在快速成型技術中進行切片處理。

情況1中的切片處理主要是基于三維實體模型的投影變換處理或基于模板的處理，該方法對于處理剖切面問題以及自動標注問題很難解決。

情況2中的切片處理主要由兩類方法：一類是基于STL數據模型的切片，STL數據格式因其格式簡單，實現方便，已成為快速成型領域的工業標準。但它還存在許多缺點，如數據高度冗余、文件尺寸大、模型誤差大等。另一類是基于CAD精確模型的直接切片，處理對象是來自CAD系統的三維精確模型，它不僅避免了STL文件的種種缺點，而且可提高表面精度和質量，但是，此類方法正處在研究設想之中，還沒有形成成熟的技術。

因此，針對目前三維空間切片的應用，無疑需要一種更為簡單、有效的三維空間結構的切片方法，以滿足三維空間結構對于切片的應用需求。

（三）、發明內容：

本發明要解決的技術問題是：克服現有技術的缺陷，提供基于數字圖形介質的三維空間結構圖形切割及切片方法；其中的圖形切割方法是一種三維空間結構網格生成的方法，該方法可解決現有三維空間網格構建方法實現過程復雜化、整體效率不高、自動化程度低的問題；其中的圖形切片方法簡單有效、精度高。

本發明的技術方案：

為了實現本發明目的，完成三維空間結構圖形的切割和切片，首先要了解三維空間結構的數字圖形介質模擬方法，該方法具體為（參見圖1～圖11）：在計算機虛擬空間里，用圖形這一載體介質模擬自然界的物理實體的真實自然狀態，根據計算機圖形學方法，用圖形表達自然界的物理實體的外觀，該圖形具有可視的外形、相應的角點、邊、面和體的構造和拓撲關系，用數字化、參數化方式對圖形進行語言描述，形成數字化圖形，自然界的物理實體的幾何屬性和物理屬性也一并存入數字化圖形的圖形元素之間，將數字化圖形作為一種具有幾何屬性和物理屬性的載體，數據附著于數字化圖形，而數字化圖形中又隱含有數據，同時以自然界的物理方程來控制數字化圖形的動作和相應的變化，各數字化圖形之間的相互作用基于物理定律，反映真實自然界的運動規律和結果，數字化圖形具備完善的定義、構造和表達方式、數據存儲方法，因而是行之有效的模擬真實自然狀態的全新方法手段。

利用計算機圖形學方法產生數字圖形介質模型文件，將數字圖形介質模型文件均存儲成統一的Model-XML數據格式；

采用復雜結構圖形的截面關鍵點模型、關鍵點連線的骨骼網架模型建模方法，這樣易于獲得實體輪廓，克服了由于實體模型數據過于臃腫帶來的數據存儲問題，還可方便地判斷多段線與指定的空間平面的交點，為判斷實體的幾何位置提供了方便，將復雜圖形結構的拓撲計算簡單化；

通過計算機網絡傳遞數字圖形介質模型文件，數字圖形介質模型文件含有圖形數據信息和基于OOP技術的圖形數據模板庫；