[發(fā)明專利]一種三維編織結(jié)構(gòu)的計算機仿真方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011331862.4
• 申請日: 2020-11-24
• 公開（公告）號: CN112464467B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 伯彭波;王琳欽;張濤;袁林;郭斌
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F113/12;G06F119/14
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 李智慧

1.一種三維編織結(jié)構(gòu)的計算機仿真方法，其特征在于所述方法包括如下步驟：

步驟一、初始軌跡生成

攜紗器A_i的運動軌跡為(X_i(t),Y_i(t))，其中t是時間參數(shù)；紗線上升的高度用Z(t)表示，則攜紗器A_i生成的紗線的空間軌跡參數(shù)方程如下：

C^*(t)＝(X_i(t),Y_i(t),Z(t))；

步驟二、增加內(nèi)芯邊界約束

為了使紗線拉緊貼近芯模，在內(nèi)芯的表面附近增加若干隱藏紡線軌跡，假設(shè)柱芯是一個旋轉(zhuǎn)體，它的半徑表示為R(z)，其中z是沿柱芯軸線的高度，一根紗線的頂點數(shù)目是H+1，隱藏紡線軌跡中第i條軌跡上頂點的集合定義如下：

式中，是表示隱藏紡線軌跡排列疏密程度的參數(shù)；φ表示某一條隱藏紡線軌跡中點分布的疏密程度；n表示頂點的序號；

步驟三、紗線軌跡壓縮

假設(shè)初始紡線C^*上的一點的空間坐標(biāo)為(x,y,z)，則壓縮后的點的坐標(biāo)為：

((x R(z))*θ+R(z),(R(z))*θ+R(z),z)；

其中，θ表示壓縮程度的參數(shù)；

步驟四、紗線拉緊

迭代執(zhí)行兩個基本操作：關(guān)于一條紡線軌跡上一個頂點的刪點操作和割角操作，具體操作步驟如下：

(1)關(guān)于一個頂點的刪點操作

a、假設(shè)有N+1條紗線軌跡，每一條軌跡表示為一個空間中點的序列，假設(shè)一條軌跡上有M+1個頂點，則軌跡L_i的頂點序列為P_i,0,…,P_i,M，i＝0,…,N；

b、判斷軌跡L_i上的一個頂點P_i,k是否能刪除，P_i,k不包括軌跡的首尾頂點，需要檢查三角形△P_i,k-1P_i,k P_i,k+1和其它所有的軌跡L_j上的線段P_j,p,P_j,p+1的關(guān)系；

c、如果存在一個線段P_j,p,P_j,p+1與三角形△P_i,k-1P_i,k,P_i,k+1相交，則點P_i,k不能刪除，否則刪除頂點P_i,k，更新軌跡；

(2)關(guān)于一個頂點的割角操作

假設(shè)d是一個軌跡線段與三角形△fbe所在平面的交點，當(dāng)d點位于三角形△fbe內(nèi)時，則不能進(jìn)行割角；反之，當(dāng)d點位于三角形△fbe外部時，進(jìn)行割角，即刪除b點，同時增加f和e點，完成一次割角操作。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維編織結(jié)構(gòu)的計算機仿真方法，其特征在于所述步驟四中，隱藏紡線軌跡不參與頂點的刪點操作和割角操作，只作為判斷其他紡線軌跡上的頂點是否符合刪點和割角條件的參考軌跡。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維編織結(jié)構(gòu)的計算機仿真方法，其特征在于所述步驟四中，判斷是否存在一個紡線軌跡線段和當(dāng)前的三角形相交的步驟如下：

步驟1、排除不在當(dāng)前三角形高度范圍內(nèi)的線段

假設(shè)要判斷頂點b是否可以刪除或者進(jìn)行割角，點b和它前后的兩個頂點，點a和點c構(gòu)成的三角形△abc，且點a、點b、點c的高度依次下降；

在考慮b點時，當(dāng)遍歷某一條其它紡線時，采用二分法先找到離b點在高度上最近的點P，再以此點P為判斷線段的下端向上遍歷直至達(dá)到高于a點的高度；

以此點P為判斷線段的上端向下遍歷直至達(dá)到低于c點的高度；

步驟2、排除兩個端點在三角形平面同一側(cè)的線段

如果一個線段的兩個端點位于三角形所在平面的同一側(cè)，則該線段和三角形不存在交點；

步驟3、線段和三角形是否相交的判斷

情況1：一般情況

D是直線和平面的交點，將點D和三角形△ABC投影到水平面，得到平面上的點H和三角形△EFG，由平面上點D與三角形△EFG的位置關(guān)系得到它們在空間中的關(guān)系，計算λ₁、λ₂、λ₃：

其中·表示向量的點乘，×表示向量的叉乘，如果λ₁λ₂0且λ₂λ₃0，則H點在三角形EFG內(nèi)，即D點在三角形ABC內(nèi)；否則，H點在三角形EFG外，即D點在三角形ABC外；

情況2：三角形是豎直面

當(dāng)三角形△abc的一個豎直面時，在水平面投影面上，a,b,c三點的投影點位于一條直線上，每次對三角形△abc所在平面的法向量進(jìn)行判斷，當(dāng)法向量的z軸坐標(biāo)為0時，則選擇非水平面作為投影面；

情況3：線段在平面內(nèi)

判斷線段與三角形△abc的三條邊是否相交，如果線段與至少一條三角形的邊相交，則不能執(zhí)行刪點操作；否則，判斷線段兩端點是否都位于空間三角形范圍內(nèi)，如果線段的兩個端點都位于三角形內(nèi)部，則不能執(zhí)行刪點操作；否則執(zhí)行刪點操作。