[發明專利]一種基于Voronoi圖的高含石率土石混合體模型構建方法

有效

• 申請號: 202011232514.1
• 申請日: 2020-11-06
• 公開（公告）號: CN112347647B
• 公開（公告）日: 2023-10-20
• 發明（設計）人: 丁洋;盧強;王占江;劉赟哲
• 申請（專利權）人: 西北核技術研究所
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06T11/00;G06T3/00;G06F111/10
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 鄭麗紅

1.一種基于Voronoi圖的高含石率土石混合體模型構建方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、設定目標區域為長length、高height的長方形，總顆粒數為s，在目標區域內隨機生成s個種子點，并存儲種子點坐標；

步驟二、基于步驟一獲取的種子點坐標，將目標區域進行Voronoi構型離散，所得各多邊形即為初始石塊顆粒模型，將各種子點坐標及其所對應顆粒的頂點坐標存儲為顆粒數據文件；

步驟三、若無需調整含石率，則直接執行步驟四；若需調整含石率，則隨機選取步驟二顆粒數據文件中的部分顆粒向其對應種子點進行收縮，并更新顆粒數據文件；

步驟四、遍歷顆粒數據文件中的每個顆粒，在顆粒各邊分別隨機選取一個參考點，并存儲參考點坐標；

步驟五、生成顆粒模型；

若生成棱角顆粒，則順序連接步驟四中各參考點，形成的多邊形即為棱角顆粒模型；

若生成磨圓顆粒，對于步驟四中各參考點，過相鄰兩個參考點作與對應邊相切的橢圓，以兩參考點之間的橢圓弧代替兩參考點之間的多邊形尖角，各橢圓弧首尾相連構成的圖形即為磨圓顆粒模型。

2.根據權利要求1所述的基于Voronoi圖的高含石率土石混合體模型構建方法，其特征在于，步驟三中，隨機選取顆粒數據文件中m％個顆粒向其對應種子點進行收縮的過程為：遍歷顆粒數據文件，對每個顆粒生成一個滿足(0，100)內均勻分布的隨機數q；若qm，則對該顆粒進行收縮。

3.根據權利要求1或2所述的基于Voronoi圖的高含石率土石混合體模型構建方法，其特征在于，步驟五中，過相鄰兩個參考點作與對應邊相切橢圓弧的過程為：

a)遍歷顆粒每一個頂點，將頂點標記為A，將頂點A與其相鄰兩個參考點M、N構成的線段分別延長一倍至點B、C，構建參考三角形ABC，作底邊BC上的高AD及中線AE；

b)求出向量與x軸正方向夾角λ為：

式中，為x軸正方向單位向量，x軸方向為目標區域的長度方向；

c)構建坐標旋轉變換矩陣及坐標平移變換矩陣T＝[x_B y_B]，(x_B、y_B)為B點坐標；

d)記底邊BC長為構建正△A₁B₁C₁，其中，B₁坐標為(0，0)，C₁坐標為作△A₁B₁C₁的內切圓O₁，則參考△ABC可由正△A₁B₁C₁經一次伸縮變換、一次錯切變換和一次旋轉平移變換得到，△A₁B₁C₁的內切圓O₁隨之變換成與△ABC相切于三邊中點的橢圓，其中伸縮變換系數錯切變換角度γ為AD繞A點旋轉至AE的角度，逆時針為正，則待求橢圓弧的參數方程(x，y)為：

式中，r為△A₁B₁C₁的內切圓O₁的半徑，θ為極坐標系下的角度參數，(α,β)為△A₁B₁C₁內切圓O₁經伸縮變換和錯切變換后的參數方程。

4.根據權利要求3所述的基于Voronoi圖的高含石率土石混合體模型構建方法，其特征在于，步驟三中，收縮算法為：

式中，(x₀,y₀)為種子點坐標，(x_i,y_i)為收縮前顆粒各頂點坐標，(x_i',y_i')為收縮后顆粒各頂點坐標，k為收縮系數。