[發明專利]一種基于復合隱式邊界的實體運動界面追蹤方法

在審

• 申請號: 202110994015.4
• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113626894A
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 段忠祥;楊欽;李吉剛;孟憲海
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/10
• 分類號: G06F30/10
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 張乾楨;鄧治平

1.一種基于復合隱式邊界的實體運動界面追蹤方法，用于追蹤運動實體幾何外形，應用于實體運動變形仿真相關的機械工程、流體力學計算、地質構造恢復領域；在實體運動變形仿真分析的每一個時間步長，其特征在于，包括以下步驟：

步驟A：輸入隱式幾何模型以及空間位移場，隱式幾何模型復合多個隱函數場，用于表示時間步長起始實體的幾何外形；

步驟B：根據空間位移場推動模型中每個隱式邊界運動變化；

步驟C：將描述各個隱式邊界的離散隱函數場重置為符號距離場；

步驟D：采用構造實體幾何法復合各個離散隱函數場，建立新的隱式幾何模型描述變形后實體幾何外形。

2.根據權利要求1所述的一種基于復合隱式邊界的實體運動界面追蹤方法，其特征在于：所述實體運動界面追蹤方法通過在笛卡爾網格頂點上采樣隱函數值構建隱函數場的方式表達單個隱式邊界，設計隱式幾何模型復合多個隱式邊界表達實體幾何外形；在實體運動變形仿真分析的每一個時間步長內，采用復合多個隱式邊界的隱式幾何模型表達時間步長起始實體幾何外形，根據空間位移場采用迎風格式更新各個隱函數場，并將其重置為符號距離場表達變形后的各個隱式邊界。最后通過構造實體幾何法自底向上不斷通過布爾運算重新組織各個隱式邊界隱式建立新的隱式幾何模型表達變形后幾何實體，實現運動變形實體的邊界面追蹤。

3.根據權利要求1所述的一種基于復合隱式邊界的實體運動界面追蹤方法，其特征在于：所述步驟A進一步包括：輸入隱式幾何模型和空間位移場，其中輸入隱式幾何模型復合定義在笛卡爾網格上的多個隱函數場表達時間步長起始實體幾何外形；輸入空間位移場可根據當前實體幾何外形以及邊界條件，針對具體數值模擬應用方向需求采用數值流形方法、有限元、有限體積法或有限差分方法計算得到；空間位移場也定義在笛卡爾網格上，在網格頂點處采樣位移值，模型空間內其它點處位移根據其所在單元頂點位移插值獲得。

4.根據權利要求1所述的一種基于復合隱式邊界的實體運動界面追蹤方法，其特征在于：所述步驟B進一步包括：根據步驟A輸入的隱式幾何模型和空間位移場，采用迎風格式更新表示每個隱式邊界的隱函數場在笛卡爾網格頂點處的隱函數值形成新的隱函數場，新的隱函數場捕捉運動演化后的各個隱式邊界。

5.根據權利要求1所述的一種基于復合隱式邊界的實體運動界面追蹤方法，其特征在于：所述步驟C進一步包括：采用快速行進方法重置步驟B計算得到各個隱函數場為符號距離場；該步驟首先通過線性插值計算或者面網格劃分重新計算頂點到網格面符號距離值的方法重置隱式邊界附近頂點的局部隱函數場為符號距離場；后續根據Eikonal方程，采用快速行進法從隱式邊界附近的隱函數場外推得到其它頂點采樣的隱函數值，重置各個隱函數場為符號距離場。

6.根據權利要求1所述的一種基于復合隱式邊界的實體運動界面追蹤方法，其特征在于：所述步驟D進一步包括：采用構造實體幾何法，自底向上通過各個隱函數場之間的布爾運算組織各個隱式邊界，建立新的隱式幾何模型表達變形后幾何實體；所述隱式幾何模型通過先插值計算各個隱式邊界對應隱函數場在空間內任一點處隱函數值，然后通過不斷對隱函數布爾運算獲得構造實體幾何樹根結點處表示的整體隱函數值區分實體區域內外。