[發明專利]一種從復雜CAD三維模型到蒙卡幾何的自動轉換方法

有效

• 申請號: 201611112711.3
• 申請日: 2016-12-06
• 公開（公告）號: CN106709163B
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發明（設計）人: 李君利;王鑫;武禎;曾志;張輝
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 11201 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 張潤

本發明公開了一種從復雜CAD三維模型到蒙卡幾何的自動轉換方法，包括：提取STEP文件中BRep數據模型信息；提取所述BRep數據模型信息中重復結構信息，將非重復結構作為待轉換實體；將所述待轉換實體分解為多個可轉換實體；利用提取的重復結構信息進行模型重建，恢復重復結構；根據所述多個可轉換實體和所述重復結構得到所有實體的半空間CSG表達式。本發明具有如下優點：提高了分解轉換的效率和準確性。

技術領域

本發明涉及計算機輔助建模領域，具體設計一種從復雜CAD三維模型到蒙卡幾何的自動轉換方法。

背景技術

蒙特卡羅方法(Monte Carlo Method，簡稱“蒙卡方法”)是一種基于隨機抽樣和概率統計來描述粒子輸運物理過程的模擬方法。蒙卡方法可以精確的描述每個粒子的輸運行為，構建出復雜的幾何結構，并用概率統計方法計算得到問題的解。因此在求解復雜粒子輸運問題、輻射屏蔽計算精確求解中具有很大的優越性。

然而目前通用的蒙特卡羅模擬方法和程序在復雜幾何的蒙卡建模中仍然存在效率問題。目前絕大多數蒙卡程序的幾何模塊都采用CSG(Constructive Solid Geometry)表示，CSG表示方法建模效率低下，已經成為限制精細化蒙特卡羅模擬發展的瓶頸。CSG表示建模過程非常繁瑣，極易出錯，且缺乏可視化環境的支持。精細化輻射屏蔽蒙卡模擬必須保證幾何描述的準確性，面對一些比較復雜的大型核設施和輻射裝置，如反應堆和粒子加速器，文本輸入或者代碼編寫形式的CSG幾何建模工作的時間和人力成本消耗以人·月甚至人·年為單位，遠遠超過了蒙卡計算的成本，因此必須研究高效的蒙卡幾何自動輸入方法。

工業界普遍應用的三維實體建模和分析軟件是CAD。CAD系統從實體描述能力的角度出發，普遍采用BRep(Boundary Representation)表示，這種表示方法構建的實體模型難以直接用于蒙卡計算。

為提升蒙卡幾何的自動輸入能力，近年來國內外專家應用CAD系統輔助蒙卡幾何建模，從CAD模型直接轉換為基于CSG的蒙卡幾何的角度出發，展開了大量的研究并取得了一定的研究成果。將CAD模型直接轉換為基于CSG的蒙卡幾何，可以省去重復建模的工作，而且保留了CSG表示幾何運算高效的優勢，可以說，在不考慮方法難度和成本的情況下，是非常高效的蒙卡幾何自動輸入方法。德國的卡爾斯魯厄理工學院(Karlsruhe Institute forTechnology，KIT)系統的研究了CAD模型到蒙卡幾何的轉換算法，基于OCCT的CAD內核開發了McCad程序，可以實現CAD系統到MCNP幾何的自動轉換，McCad的分解面自動判斷過程需要首先對三維實體表面進行網格化，然后基于碰撞檢測技術進行處理，沒有應用BRep表示中固有的一些幾何和拓撲信息；日本MHI核工程公司(MHI Nuclear Engineering Co.Ltd.)研發的CAD到MCNP幾何轉換程序GEOMIT實現了基于邊凸凹性的分解，但是對于不含凹邊的分解面沒有進行實體分解，也沒有考慮輔助面分解的情況；中科院核能安全技術研究所FDS團隊研究了基于特征識別技術的BRep到CSG模型轉換方法，基于商業三維幾何造型引擎ACIS開發了自動建模軟件MCAM，支持CAD模型向MCNP、Geant4等多種蒙卡程序幾何的轉換，雖然特征識別技術的應用使得轉換結果更加簡單直觀，但特征的識別和提取過程相對比較復雜，且基于特征識別的轉換結果對蒙卡粒子輸運效率的提升往往沒有幫助。

發明內容

本發明旨在至少解決上述技術問題之一。

為此，本發明的目的在于提出一種從復雜CAD三維模型到蒙卡幾何的自動轉換方法，以提高模型轉換效率，降低轉換后蒙卡幾何的粒子輸運復雜度，。