[發明專利]一種對隨機鏤空結構產品數據格式的規則定義方法

在審

• 申請號: 201810033349.3
• 申請日: 2018-01-06
• 公開（公告）號: CN108121881A
• 公開（公告）日: 2018-06-05
• 發明（設計）人: 趙正旭;張登輝;郭陽;任利敬;趙衛華
• 申請（專利權）人: 石家莊鐵道大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06T17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出了一種對隨機鏤空結構產品數據格式的規則定義方法，其步驟如下：定義隨機鏤空結構模型的邊界條件；定義隨機鏤空結構模型的內部特征；根據步驟定義的隨機鏤空結構模型邊界對三維Voronoi圖執行布爾差操作，完成隨機鏤空結構產品數據格式的規則定義。本發明的有益效果如下：本發明所述定義方法簡單，不需要定義隨機鏤空結構模型的精確面片信息，只需存儲隨機鏤空結構的邊界及孔洞中心和縮放信息，節省了產品數據存儲空間。與其他數據格式相比，可以根據需要調節孔洞中心和縮放信息，對多孔結構進行二次編輯；通過本發明所述方法可以獲得隨機鏤空結構產品的三維模型，將其轉換為面片模型后，可通過3D打印技術直接將隨機鏤空結構制造出來。

技術領域

本發明涉及計算機輔助建模和產品結構設計技術領域，特別是指一種對隨機鏤空結構產品數據格式的規則定義方法。

背景技術

自然界許多物質都具有復雜的內部結構，如木頭、海綿、珊瑚、骨頭等就是具有復雜鏤空結構的物質。鏤空結構因其輕量化、強度高、能量吸收性好等優點受到了學術界和工業部門的廣泛關注。雖然目前鏤空結構的設計和制造方法很多，但大多建立在傳統制造方法基礎上，隨著增材制造(Additive Manufacturing，AM)技術的發展，更大設計自由度的鏤空結構可以被制造出來。

隨著計算機輔助設計(CAD)技術的發展和廣泛應用，產品數據交換格式和標準化技術也隨之發展起來。與傳統的CAD建模方法一樣，當前現有的各種3D 模型數據格式如DXF、STL、OBJ、STP等都只包含實體表面的幾何信息，尚無一種有效的產品數據格式能夠準確地描述隨機鏤空結構產品的內部信息。

產品數據格式是整個計算機輔助建模與制造技術的基礎，因此，如何定義隨機鏤空結構產品的數據格式，具有重要意義。

發明內容

本發明提出一種對隨機鏤空結構產品數據格式的規則定義方法，解決了現有技術中3D模型數據格式無法對隨機鏤空結構產品的內部信息進行準確描述的問題。

本發明的技術方案是這樣實現的：

一種對隨機鏤空結構產品數據格式的規則定義方法，其方法步驟如下：

(1)定義隨機鏤空結構模型的邊界條件

將隨機鏤空結構模型的內外空間區域用符號距離函數進行表示：

在空間中一個有限區域上確定一個點V到所述隨機鏤空結構模型內外空間區域邊界的距離d(v)，并對這個距離d(v)的符號進行定義：當點V在所述隨機鏤空結構模型內外空間區域邊界的內部時為負，當點V在所述隨機鏤空結構模型內外空間區域邊界的外部時為正，當點V位于所述隨機鏤空結構模型內外空間區域邊界上時為零，這樣符號距離函數通過如下公式定義了隨機鏤空結構模型內外空間區域邊界的內部和外部，從而確定隨機鏤空結構模型的邊界：

(2)定義隨機鏤空結構模型的內部特征

A、根據需求定義所述隨機鏤空結構模型各個孔洞中心的三維坐標；

B、以所述各個孔洞中心的三維坐標作為站點生成三維Voronoi圖；

C、對和所述隨機鏤空結構模型相交的三維Voronoi圖多邊形Vi執行布爾交操作，減去位于所述隨機鏤空結構模型外部的部分，獲得Voronoi圖單元Vti；

D、定義各個三維Voronoi圖單元Vti的縮放系數pi，根據pi對所述隨機鏤空結構模型進行縮放，獲得多孔結構Vpi；

E、以Vpi的頂點作為nurbs曲線控制點生成曲線Ci；

F、以Ci作為邊界生成曲面Si；

(3)根據步驟(1)定義的所述隨機鏤空結構模型邊界對三維Voronoi圖執行布爾差操作，完成隨機鏤空結構產品數據格式的規則定義。