[發明專利]一種基于曲面展開的引導線法自由曲面網格劃分方法

在審

• 申請號: 201710321821.9
• 申請日: 2017-05-09
• 公開（公告）號: CN107274489A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 高博青;郝傳忠
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06T17/30
• 分類號: G06T17/30
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 張法高,傅朝棟

技術領域

本發明屬于建筑網格劃分領域，具體涉及一種基于曲面展開的引導線法自由曲面網格劃分方法。

背景技術

近年來，以平面、柱面、球面和拋物面為主的空間結構造型已經不能滿足人們對建筑外形的審美需求，同時，隨著建筑業的發展，計算機輔助幾何技術的進步，各種有著豐富表現力的自由曲面空間結構越來越受到建筑師的青睞。所謂自由曲面，是指無法用單個或幾個解析函數精確表達，而以復雜方式自由變化的曲面。

自由曲面雖帶給我們良好的視覺效果，但傳統的網格布置方法卻很難適用于此類曲面。因此，如何布置該類曲面的拓撲構型，劃分出流暢美觀的網格，是大跨度自由曲面空間結構實現的關鍵。網格劃分最早應用于有限元領域，發展至今，主流方法有以下幾種：波前法，映射法，Delaunay三角化法等。近年來，國內外多位學者在自由曲面網格劃分領域進行了較深入地研究。馬騰對有限元波前法進行了改進，提出了改進的自由曲面波前法，但有時曲面內部網格質量不佳；江存提出了自定義單元法進行網格劃分，并采用黎曼度量降低映射造成的畸變；蘇亮等結合結構力學性能要求，提出了基于曲面應力軌跡線的網格生成方法，但應力軌跡線的繪制方法還有局限性；危大結利用曲面展開和Delaunay三角劃分的方法生成曲面網格，但需要反復迭代并選取合適的迭代次數。

發明內容

本發明的目的在于解決現有技術中存在的問題，并提供一種基于曲面展開的引導線法自由曲面網格劃分方法。本發明具體采用的技術方案如下：

基于曲面展開的引導線法自由曲面網格劃分方法，步驟如下：

1)在自由曲面對應的參數域上進行u、v向等分，并將參數域上的等分點映射回曲面，得到離散后的自由曲面；

2)將曲面上的等分點，按照展開前后面積近似不變的原則，進行自由曲面的幾何展開；

3)將展開后的平面點陣擬合成二維平面，然后在展開平面上設置引導線，以預設的間隔推進引導線使其布滿整個展開平面，再等分引導線并連接等分點，形成網格；

4)將展開平面上的網格映射回空間自由曲面，完成曲面的網格劃分。

進一步的，步驟1)中，可以將曲面等分為N×N或N×M的網格，u、v向的等分點形成矩形點陣。引導線可以預先勾勒于自由曲面上，然后再將其投影到展開平面上。上述劃分的網格可以為三角形或四邊形，引導線也可以有1條或多條。

本發明所提供的網格劃分方法，不僅保證了網格大小規則，桿件流暢的要求，而且體現出網格的走向趨勢和建筑意蘊，該方法生成的網格質量較佳，具有較好的適用性。

附圖說明

圖1為實施例1中NURBS曲面模型圖；

圖2為實施例1中曲面離散后的示意圖；

圖3為實施例1中曲面展開結果示意圖；

圖4為實施例1中曲面上的引導線示意圖；

圖5為實施例1中展開平面上的引導線示意圖；

圖6為實施例1中展開平面上布滿引導線的狀態示意圖；

圖7為實施例1中展開平面上的網格示意圖；

圖8為實施例1中曲面網格俯視圖；

圖9為實施例1中曲面網格透視圖；

圖10為實施例2中曲面上的其引導線示意圖；

圖11為實施例2中展開平面上的網格示意圖；

圖12為實施例2中曲面四邊形網格俯視圖；

圖13為實施例2中曲面四邊形網格透視圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步闡述和說明。本發明中各個實施方式的技術特征在沒有相互沖突的前提下，均可進行相應組合。

本發明將曲面展開和引導線法相結合，提出了基于曲面展開的引導線自由曲面網格劃分方法。首先，在自由曲面相應的參數域上進行u、v向等分，并將參數域上的等分點映射回曲面，可得到離散后的自由曲面。其次，將曲面上的等分點，按照展開前后面積近似不變的基本準則，進行自由曲面的幾何展開。接著，將展開后的點陣擬合成二維平面，并采用引導線法對平面進行網格劃分。最后，將平面上劃分好的網格映射回空間曲面，完成曲面的網格劃分。曲面展開成平面解決了直接在曲面上劃分網格比較困難的問題，平面上采用引導線法劃分網格，不僅展現了建筑師賦予建筑的意蘊，而且體現出曲面網格的走向趨勢。下面結合具體實例對本發明的步驟做進一步解釋。

實施例1

本實施例中，針對如圖1所示的曲面模型，采用曲面展開和引導線法劃分曲面網格：