[發明專利]一種三維多面體隨機生成方法

在審

• 申請號: 202011585928.2
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112614225A
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 譚勇;崔帥文
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G06T17/10
• 分類號: G06T17/10
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 翁惠瑜

本發明涉及一種三維多面體隨機生成方法，包括：1)生成初始多面體；2)多面體頂點數是否大于第一設定值，是則通過平面擴展法生成臨時新頂點，否則采用射線擴展法；3)該點到基面的距離與基面最小外接球半徑之比是否在第一設定范圍內，是則執行步驟4)，否則執行步驟2)；4)是否需要控制凸性，是則執行步驟5)，否則執行步驟6)；5)臨時新頂點是否滿足凸性條件，是則保留該點，執行步驟7)，否則執行步驟2)；6)判斷包含新四面體與多面體中的四面體是否存在重疊，若存在則執行步驟2)，否則保留該點；7)判斷多面體頂點數是否小于第二設定值，是則執行步驟2)，否則結束。與現有技術相比，本發明具有隨機性好和代表性強等優點。

技術領域

本發明涉及顆粒材料領域，尤其是涉及一種三維多面體隨機生成方法。

背景技術

近年來，隨著計算機應用的發展，數值計算方法在巖土工程問題分析中迅速得到廣泛應用，大大推動了巖土力學的發展。

目前在巖土工程領域數值計算中，最為常用的計算模擬方式是有限元，而有限元對于土體等散體材料的大變形破壞等情形模擬能力有限；在模擬散體材料方面，與有限元相對應的是離散元模擬方法，而離散元模擬方法當中，出于計算機計算效率等方面的考量，各類顆粒通常被簡化為圓盤或者圓球。隨著科技進步，計算機效率提升，散體材料已經可以考慮其外觀形狀。主流的離散元軟件如PFC等提供軟件內建模和導入外部數據等方式供使用者模擬顆粒材料的外形，但目前這類軟件內部顆粒形狀的建模缺乏可以自動生成隨機形狀的功能，想要生成不規則的形狀往往需要用戶手動設定頂點位置，如果需要生成的顆粒形狀各不相同，由于巨大的工作量，用戶手動設定的方式基本上是沒法實現這一點的，所以軟件內部建模只能針對涉及顆粒形狀較少的情況，

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種三維多面體隨機生成方法，效率高，多樣性、隨機性和代表性強；

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種三維多面體隨機生成方法，具體為：

1)建立原點和空間直角坐標系，設置控制參數，根據控制參數在空間直角坐標系內生成初始的多面體，所述的初始的多面體為四面體；

2)在多面體的所有面中選擇待拓展的基面，判斷多面體的頂點數是否大于第一設定值，若是則通過平面擴展法生成臨時新頂點，否則通過射線擴展法生成臨時新頂點；

3)判斷臨時新頂點到基面的距離與基面最小外接球半徑之比是否在第一設定范圍內，若是則執行步驟4)，否則執行步驟2)，重新生成臨時新頂點；

4)判斷是否需要控制多面體的凸性，若是則執行步驟5)，否則執行步驟6)；

5)判斷臨時新頂點加入多面體后是否滿足凸性條件，若是則將該臨時新頂點加入多面體，并執行步驟7)，否則執行步驟2)，重新生成臨時新頂點；

6)判斷包含臨時新頂點的四面體與當前多面體中的四面體是否存在重疊，若存在則執行步驟2)，否則將該臨時新頂點加入當前多面體中；

7)判斷多面體的頂點數是否小于第二設定值，若是則執行步驟2)，否則多面體生成過程結束。

進一步地，所述的平面擴展法具體為：

作以基面形心為球心，基面最小外接圓半徑為球半徑的外接球，所述的基面所在平面將外接球分為兩個半球，在與原點關于基面所在平面異側的半球上設置臨時新頂點。

進一步地，將生成的臨時新頂點與外接球球心之間的間距進行放大或縮小，更新臨時新頂點的坐標。

進一步地，所述的射線擴展法具體為：

以原點為起點，作通過基面形心的射線，取射線與單位球面交點為臨時新頂點。