一种CAD模型的表面网格生成方法

本发明于几何设计领域。具体涉及一种cad模型的表面网格生成方法。

背景技术：

1、cad模型的表面网格生成是模型的可视化、数值计算、仿真、渲染等不可避免的步骤。一方面，所生成的表面网格需要逼近cad模型表面，另一方面网格的质量要满足应用需求。一般而言，cad表面网格生成分为非结构网格生成和(分块)结构化网格生成，其中三角网格是一种最为常见的非结构化网格，具有较好的简单性与灵活性。

2、对于涉及复杂域的模型，通常在网格创建上花费的时间比在数值分析上花费的时间要长，其网格质量直接影响解的收敛和分析误差。目前，生成各向同性表面网格有很多算法可用，但网格效果未必达到预期。为了得到高质量的网格输出需要很多优化策略，有时需要一些人工操作进行后处理，这大大影响了网格生成效率。尤其在cad模型的网格化工作中，划分区域由一组连续的参数曲面片定义。有些算法受模型自身条件的限制，产生了很多冗余的计算开销。因此，生成复杂cad模型的高质量表面网格仍然是一个挑战。对于复杂的cad模型，网格生成有几个方面的难点：

3、1、cad模型的“脏”几何的处理。随着cad产品复杂性的增加，错误、退化或模糊的几何设计多有存在(如图2)，现有的网格剖分算法在处理这些问题时常遇到困难，使用网格修复算也很难实现高质量的网格输出。

4、2、无法满足cad模型的仿真要求。cae仿真工作需要网格满足贴体性、高质量两个方面的要求，现有的网格生成方法很少直接将cad表示和cae要求结合起来考虑。

5、由于上述存在的缺陷，很多网格生成方法在复杂cad模型上的效果并不理想，实用性差，难以达到cae仿真的要求。

技术实现思路

1、本发明所解决的技术问题在于提供一种cad模型的表面网格生成方法，以解决由于cad模型的几类“脏”几何结构引发的低质量网格问题。

2、实现本发明目的的技术解决方案为：

3、一种cad模型的表面网格生成方法，包括：

4、步骤一、生成cad每个面片参数域上的初始网格：

5、1.1、对cad输入模型进行前处理，在参数面片拼接处的共有边界上进行同样数量的均匀采样来离散参数域边界，确保相邻曲面间不存在拼接误差；

6、1.2、对参数域进行调整以消除拉伸问题，然后利用triangle库在平面参数域生成网格；

7、1.3、对生成的网格进行valence优化得到初始网格；

8、步骤二、提高初始网格的三角单元质量：

9、2.1、利用短边收缩降低小于设定阈值的锐角的三角单元占比，利用翻转操作来降低钝角的三角单元占比；

10、2.2、使用拉普拉斯平滑法进一步优化网格顶点的分布，对于面片的内部顶点和边界点，分别采用参数域和物理域上平滑，在优化网格顶点位置的同时，消除非特征边约束，进一步提高网格平均质量；

11、2.3、最后进行一次基于角度的边翻转。

12、本发明与现有技术相比，其显著优点：

13、(1)本发明采用的方法充分考虑了cad模型的几何表达和cae中的仿真要求，与cad和cae的关系更为密切，可以在保证贴体性的基础上获得较高的网格质量；

14、(2)充分考虑了表示cad模型的特殊性，集成了一个判断和处理机制来处理“脏”几何结构，有效提高了网格质量的下限。

15、下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

技术特征：

1.一种cad模型的表面网格生成方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的cad模型的表面网格生成方法，其特征在于，消除拉伸问题的调整方式包括通过调整参数方向上的拉伸因子来消除尺寸拉伸，以及重建参数域的方法抵消局部拉伸影响两种调整方式。

3.根据权利要求1所述的cad模型的表面网格生成方法，其特征在于，短边收缩过程具体为：

4.根据权利要求1所述的cad模型的表面网格生成方法，其特征在于，翻转操作具体过程为：

5.根据权利要求1所述的cad模型的表面网格生成方法，其特征在于，使用拉普拉斯平滑法进一步优化网格顶点的分布具体过程为:

6.根据权利要求5所述的cad模型的表面网格生成方法，其特征在于，参数域上的平滑具体过程为：

7.根据权利要求1所述的cad模型的表面网格生成方法，其特征在于，最后进行一次基于角度的边翻转，满足两个条件则翻转：第一，翻转边提高了三角形曲面的法向量与曲面顶点的法向量之间的角度偏差；第二，翻转后三角形的最小角度提高，同时翻转前后的角度偏差改变小于设定阈值。

技术总结本发明提供一种针对CAD模型的表面网格生成方法，其中包括基于CAD模型的多面片结构设计了一种拉普拉斯平滑(Laplacian Smoothing)混合算法，降低了顶点在CAD曲面上的投影计算；结合多种网格优化技术，解决了CAD模型中的几类“脏几何”结构不利于网格生成的问题，在保证贴体效果的基础上输出高质量的各向同性表面三角网格。本发明只需要提供CAD模型，即可生成表面三角网格，通过调整设置参数，得到满足用户要求的输出网格。技术研发人员：吴梦,张寒冰,蒋罗受保护的技术使用者：南京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9