[發(fā)明專利]基于二維虛擬斷面的三維大壩壩體結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110088891.0
• 申請日: 2021-01-22
• 公開（公告）號: CN112749438B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫黎明;魏迎奇;蔡紅;嚴俊;吳帥峰;肖建章;謝定松;宋建正;李維朝;魏然;杜臣昌
• 申請（專利權(quán)）人: 中國水利水電科學研究院
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06T17/00;G06T17/05
• 代理公司: 北京正華智誠專利代理事務所(普通合伙) 11870
• 代理人: 李林合

1.一種基于二維虛擬斷面的三維大壩壩體結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、以壩軸線為參考，根據(jù)壩體所有實際斷面的位置和坐標，確定壩體單一實際斷面內(nèi)部和相鄰單一實際斷面間的空間拓撲關(guān)系；

S2、對所有實際斷面，遍歷迭代每個單一實際斷面上的材料分區(qū)，構(gòu)建壩體所有實際斷面內(nèi)的材料分區(qū)拓撲，得到每個單一實際斷面上的所有斷面分區(qū)；

S3、根據(jù)壩體單一實際斷面的所有斷面分區(qū)，以及壩體單一實際斷面內(nèi)部和相鄰單一實際斷面間的空間拓撲關(guān)系，計算待構(gòu)建虛擬斷面的個數(shù)和位置，沿壩軸線，在每個虛擬斷面上構(gòu)建多個虛擬分區(qū)；

S4、根據(jù)實際斷面和創(chuàng)建的虛擬斷面，組成斷面集合，根據(jù)斷面集合中所有斷面的斷面分區(qū)，構(gòu)建斷面之間的曲面，形成三維壩體模型；

S5、根據(jù)斷面之間的曲面，對壩體模型進行紋理映射和材料屬性關(guān)聯(lián)，得到構(gòu)建完成的三維壩體模型；

所述步驟S3包括以下分步驟：

S31、判斷壩軸線上每段線的相鄰兩線段點的角度變化β是否大于預先設(shè)置的最低閾值α，若是，則在兩線段點間待均勻構(gòu)建β/α+1個虛擬斷面，并跳轉(zhuǎn)至步驟S33，若否，則跳轉(zhuǎn)至步驟S32；

S32、判斷壩軸線上每段線的相鄰兩線段點的角度變化β是否大于最低閾值α，若是，則兩線段點間待構(gòu)建一個虛擬斷面，并跳轉(zhuǎn)至步驟S33，若否，則無需增加虛擬斷面，并跳轉(zhuǎn)至步驟S34；

S33、判斷相鄰的單一實際斷面間的斷面分區(qū)和幾何對應關(guān)系是否相同，若是，則根據(jù)待構(gòu)建的虛擬斷面與壩軸線相交的距離和角度，基于三維空間的平移和旋轉(zhuǎn)方法，構(gòu)建虛擬斷面，若否，則以壩軸線距離為權(quán)重值，采用三維空間點的平移方法，構(gòu)建虛擬斷面；

S34、沿壩軸線，將所有的橫縱斷面和虛擬斷面進行從左至右的排序編號，并進行存儲；

S35、沿壩軸線，將對從左至右排序存儲的虛擬斷面與兩側(cè)山體DEM地形模型進行逐步疊加求交，得到多個交點；

S36、記錄每個虛擬斷面與山體DEM的多個交點，得到虛擬斷面的最大外邊界；

S37、根據(jù)兩個相鄰虛擬斷面，對從左至右的虛擬斷面中每個虛擬斷面分區(qū)的邊界采用樣條函數(shù)插值法進行重構(gòu)，得到多個虛擬分區(qū)；

所述步驟S4包括以下分步驟：

S41、根據(jù)斷面集合中兩個相鄰斷面上的多個斷面分區(qū)的最大外邊界多邊形的頂點坐標點，提取并存儲該頂點坐標點作為壩體關(guān)鍵控制點；

S42、對于有弧度彎曲壩體的部分曲面采用樣條曲面函數(shù)插值法，并將壩體關(guān)鍵控制點作為樣條曲面函數(shù)插值法的控制點，得到虛擬分區(qū)邊界和內(nèi)部任意位置邊界上的所有點；

S43、根據(jù)Delaunay三角形法則，連接相鄰虛擬分區(qū)上邊界和內(nèi)部任意位置邊界上的所有點，構(gòu)成原始三角形，直至原始三角形滿足三角形內(nèi)角和的差值的和最小為止，得到近似等邊三角形；

S44、根據(jù)近似等邊三角形，構(gòu)建斷面集合中所有斷面之間的曲面；

所述步驟S5包括以下分步驟：

S51、以斷面分區(qū)為對象，迭代連接封閉兩個虛擬斷面、相鄰虛擬斷面之間的曲面和虛擬斷面內(nèi)部分區(qū)的三角形，構(gòu)建為獨立的封閉實體三維模型，并重構(gòu)封閉實體間的拓撲結(jié)構(gòu)；

S52、根據(jù)封閉實體的材料屬性和封閉實體間的拓撲結(jié)構(gòu)，按照三角形為單位逐一對壩體模型進行紋理映射；

S53、將進行紋理映射后的壩體模型關(guān)聯(lián)分區(qū)的材料屬性，得到構(gòu)建完成的三維壩體模型。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于二維虛擬斷面的三維大壩壩體結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建方法，其特征在于，所述實際斷面包括：壩體橫斷面和壩體縱斷面。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于二維虛擬斷面的三維大壩壩體結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建方法，其特征在于，所述步驟S1包括以下分步驟：

S11、以壩軸線為參考，根據(jù)實際斷面的位置和坐標，確定相鄰的單一實際斷面之間的位置關(guān)系；

S12、根據(jù)每一個實際斷面的材料分區(qū)，得到每個單一實際斷面內(nèi)部的材料分區(qū)之間的位置關(guān)系；

S13、根據(jù)相鄰的單一實際斷面之間的位置關(guān)系和每個單一實際斷面內(nèi)部的材料分區(qū)之間的位置關(guān)系，建立壩體單一實際斷面內(nèi)部和相鄰單一實際斷面間的空間拓撲關(guān)系。