[發明專利]一種對復雜三維曲面進行識別和分區劃分網格的方法

在審

• 申請號: 201710448529.3
• 申請日: 2017-06-14
• 公開（公告）號: CN107358651A
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 張祥;劉勇;趙璐;岳孟赫
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06T17/20
• 分類號: G06T17/20
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所32237
• 代理人: 賀翔,劉輝

技術領域

本發明涉及面向CFD的三維復雜曲面的網格劃分技術領域，具體是一種對復雜三維曲面進行識別和分區劃分網格的方法。

背景技術

網格生成是數值模擬中對計算域的離散過程。曲面的網格生成起著連接幾何定義與數值計算的橋梁作用，因此成為有限元分析，計算流體力學，CAD/CAM 以及計算機圖形學的基礎。特別是在數值模擬過程中，生成的曲面網格質量對計算精度和計算式長有著至關重要的影響。結構化網格由于其數據結構簡單、計算過程收斂性好等優點而被廣泛應用于計算流體力學中，附面層網格就是典型的應用。

在對復雜三維曲面劃分網格時，往往需要工程技術人員的大量手工操作。特別是采用映射法劃分網格時，若曲面分區不合理，平面網格映射到三維曲面將不是一一映射，這時，就會產生錯誤網格。進而需要進一步的手工處理，這一過往往程耗時長，效率低。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種對復雜三維曲面進行識別和分區劃分網格的方法，該方法能夠對復雜三維曲面進行識別和分區，進而分別劃分結構化網格，避免針對復雜三維曲面進行網格劃分時耗時較長且網格質量較差甚至得到錯誤網格進而導致CFD后續步驟無法進行或得到錯誤結果等一系列問題。

為實現上述發明目的，本發明采用以下技術方案：

一種對復雜三維曲面進行識別和分區劃分網格的方法，針對構成三維曲面的三角形集合進行處理，包括識別可分區的曲面邊界并得到分割點，再由邊界上的分割點得到分割線，進而產生分割曲面的平面，最后分割曲面并劃分網格。

進一步的，上述方法具體包括以下步驟：

步驟1)輸入構成復雜空間曲面的三角形集合；

步驟2)找到包含邊界的三角形的集合；

步驟3)判斷曲面是否需要分區；若需要分區進行步驟四否則直接劃分網格；

步驟4)生成曲面的分割平面并得到曲面上的分割線；

步驟5)分割曲面，進行步驟六；

步驟6)分別劃分曲面網格。

更進一步，所述步驟2)中的找到包含邊界的三角形集合是指在構成曲面的三角形集合中找到包含四條邊界的三角形集合，其中曲面的四條邊界分別命名為” n”，”s”，”w”，”e”且”n”與”s”為對邊，”w”與”e”為對邊，當邊界上的相鄰兩點包含于三角形時，認為該三角形為邊界上的三角形。

另一種改進，所述步驟3)中的判斷曲面是否需要分區是指計算包含邊界的三角形集合的法向量，采用法向量的xOy平面的分量為判斷標準：若邊界上相鄰的三個三角形的法向量連續的從一個象限變化到另一個象限(x坐標或y坐標的改變)，則該邊界存在分割點，取這三個三角形中沿邊界方向上第1個與第2 個三角形的公共頂點作為分割點，若該邊界的對邊同樣包含分割點，則該曲面存在分割線且需要分割；若四條邊界上均存在分割點，則任取一對分割點連線作為分割線。

另一種改進，所述步驟4)中的生成曲面的分割平面并得到曲面上的分割線同時分割與該平面相交的三角形是指根據步驟3)中得到的一對分割點連接成曲面的分割線(該直線不在曲面上)，并取包含該分割線端點的三角形的法向量生成曲面的分割平面，然后計算組成曲面的三角形與該平面的交點，連接這些交點組成去曲面上的分割線，然后分割這些三角形。

另一種改進，所述步驟5)中所述的分割曲面是指取組成曲面的三角形(包括分割后的三角形)的中心點(三角形頂點坐標的平均值)，計算這些中點到步驟4)中所得到的分割平面的有符號距離，將曲面根據距離的正負分割成兩部分。

另一種改進，所述步驟6)中所述的分別劃分曲面網格是指對根據步驟5) 得到的兩個分割后的曲面分別劃分網格。

本發明的一種對復雜三維曲面進行識別和分區劃分網格的方法，能夠有效的處理復雜三維曲面的結構化網格生成問題，得到較高質量的網格，提高了效率，節省了時間。在采用軟件實現上述方法時，解決了復雜三維曲面的網格生成問題，減少了工程技術人員的工作量，降低了對編程人員的專業網格劃分知識和經驗的要求。同時提高了復雜三維曲面的網格劃分成功率，在一定程度上提高了生成網格的質量。

附圖說明

圖1為本發明的方法針對的三維曲面示意圖；

圖2為本發明對復雜三維曲面進行識別和分區劃分網格方法的流程圖；

圖3為本發明三角形法向量及法向量變化示意圖；

圖4為本發明曲面分割線示意圖；