[發明專利]基于非均勻有理B樣條曲面插值的船體曲面重構方法

有效

• 申請號: 201410572379.3
• 申請日: 2014-10-23
• 公開（公告）號: CN104318621B
• 公開（公告）日: 2017-12-19
• 發明（設計）人: 錢宏;榮煥宗;賀慶;劉朕明;齊鳴
• 申請（專利權）人: 中國船舶工業集團公司第七〇八研究所;上海中船船舶設計技術國家工程研究中心有限公司
• 主分類號: G06T17/30
• 分類號: G06T17/30
• 代理公司: 上海申新律師事務所31272
• 代理人: 朱俊躍

技術領域

本發明涉及船體設計技術領域，尤其涉及一種基于非均勻有理B樣條曲面插值的船體曲面重構方法。

背景技術

目前，重構船體曲面的方法主要有孔斯(Coons)曲面、蒙皮曲面和插值曲面方法。

孔斯曲面方法采用超限插值法構造滿足給定邊界和跨界切矢條件的曲面，使構造出來的曲面片光滑拼合。方法簡潔、易于實現，且適應各種船型。但是，要得到比較光順的船體曲面，必須對線框模型進行仔細處理和光順，而且生成的曲面片太多(幾十至幾百塊)，曲面片之間也會有縫隙，這給進一步交互修改船體、生成光順船體曲面帶來困難。

采用蒙皮曲面方法時需先在關鍵位置處布置若干條描述曲面形狀的截面曲線，然后生成一張通過這些曲線的曲面。這種方法直觀、易于實現，生成的曲面片少(幾塊)，但是對于復雜船型很難實現。

插值曲面方法采用插值法構造，通過給定型值點或點云數據的曲面，常用非均勻有理B樣條(NURBS)曲面片插值或三角曲面片插值等。這種方法需對型值點進行分塊，對各分塊的型值點分別進行插值，得到分片插值曲面，然后采用曲面拼接技術構造復雜曲面。但是，該方法生成的曲面片太多(幾十至幾百塊)，而且曲面片之間會有縫隙。對于船型設計來說，常常需對船體曲面進行修改以滿足設計要求，顯然，太多的曲面片使得交互修改很困難，而且工作量大。

發明內容

針對現有的重構船體曲面方法存在的上述問題，現提供一種旨在實現了用較少的曲面片(幾塊至十幾塊)重構復雜無縫隙船體曲面的基于非均勻有理B樣條曲面插值的船體曲面重構方法。

具體技術方案如下：

基于非均勻有理B樣條曲面插值的船體曲面重構方法，用于對船體線框模型進行重構，包括下述步驟：

A1.采用特征線將所述船體線框模型劃分為曲面片網格；

A2.將所述曲面片網格進行均勻化處理，獲得型值點位置坐標，并給所述型值點加上切矢特征，生成非均勻有理B樣條網格；

A3.采用帶重節點的B樣條曲面插值所述非均勻有理B樣條網格，獲得多塊非均勻有理B樣條曲面片，并沿著多塊所述非均勻有理B樣條曲面片之間的所述特征線將多塊所述非均勻有理B樣條曲面片拼接起來，以獲得無縫隙的非均勻有理B樣條曲面。

優選的，在所述步驟A1中所述特征線包括：平邊線、平底線、尾封板線和折角線。

優選的，所述船體線框模型由橫剖線和水線組成。

優選的，在所述步驟A1中對所述船體線框模型劃分的條件為：

S1.所述特征線延伸到相對邊界；

S2.異向的所述特征線相交；

S3.所述船體線框模型的所述水線與異向的所述特征線相交。

優選的，在所述步驟A2中生成所述非均勻有理B樣條網格的具體過程為：

所述曲面片網格包括所述水線，分別將所述曲面片網格內的每條所述水線進行采樣和網格均勻化處理，使得每條所述水線上的采樣點的數相等，且相鄰兩個所述采樣點之間的距離相等，所述采樣點即為所述型值點，獲取所述型值點的位置，并給所述型值點加上切矢特征，生成所述非均勻有理B樣條網格。

優選的，加有切矢特征的所述型值點表示為Q(x,y,z,ida_u,idf_u,ida_v,idf_v)；

其中(x，y，z)表示所述型值點在笛卡爾直角坐標系的位置坐標；ida_u表示所述型值點沿著u方向的左導數條件；idf_u表示所述型值點沿著u方向的右導數條件；ida_v表示所述型值點沿著v方向的左導數條件；idf_v表示所述型值點沿著v方向的右導數條件，所述參數u、v與所述位置坐標參數x，y及z的關系為：

優選的，所述型值點的切矢特征的切矢值為所述型值點所在所述曲面片網格中一子網格內的對應等參數線的弦長，所述切矢值類型包括：

ORDINARY：未設定左右切矢，即普通點；

DIRLINE：以兩個所述型值點所在直線方向為切方向，若切方向為0，切矢條件退化為重頂點條件；

DIRCURVE：以所述型值點出發的連續三個所述型值點插值出的拋物線在所述型值點處的切方向為切方向，若不夠三個型值點，退化成DIRLINE；若切方向為0，切矢條件退化為重頂點條件。作為端點切矢的默認值；

DIRMIDCURVE：以所述型值點和左右兩個所述型值點插值出的拋物線在所述型值點處的切方向為切方向，用于光滑拼接。若三個所述型值點中有且僅有兩個，則退化成DIRLINE；若切方向為0，切矢條件退化為重頂點條件；