CN104715508B - 一种网格建模方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种网格建模方法,包括:S1.根据实体的平剖面轮廓划分网格;S2.对每个网格单独建模;S3.将建模后的网格进行拼接形成表面模型。本发明所述的网格建模方法需要较少的人工干预,生成的表面模型更符合实际。

Description

一种网格建模方法及装置
技术领域
本发明涉及计算机技术领域,具体涉及一种网格建模方法及装置。
背景技术
目前实体自动建模是计算几何领域的世界性难题,自然界的实体千奇百怪,还有人工制作或创造的实体,需要考虑的因素非常多。
传统的实体建模方法是用户通过大量的人工干预,对平剖面上的轮廓线相交打断,然后人为选择几条多段线连成局部三角网,一部分一部分拼接产生。而根据几条轮廓线形成局部三角网的算法也不成熟,构建的三角网失真,无法实用。
基于上面描述,亟需一种建模方法,以解决上述问题。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种网格建模方法及装置,以解决现有的建模方法需要大量人工干预的问题。
为实现上述目的,本发明通过以下技术方案予以实现:
第一方面,本发明提供一种网格建模方法,包括:
S1.根据实体的平剖面轮廓划分网格;
S2.对每个网格单独建模;
S3.将建模后的网格进行拼接形成表面模型。
其中,所述步骤S1包括:
S11.对每一个剖面轮廓线计算质心点和法向量,确定多个轮廓线剖面;
S12.对所有剖面轮廓线求包围盒,将包围盒外部扩展30%建立包围盒实体,所述包围盒实体为立方体或长方体;
S13.利用轮廓线剖面去切割包围盒实体,得到多个切割体,在每个切割体上附着的轮廓线为一个单独网格;
S14.依次解析所有切割体上附着的轮廓线,得到所有的网格。
其中,所述步骤S2包括:
S21.对于每个网格,将网格中的单边域直接封闭为面;
S22.将网格中的五边以下、两边及两边以上的区域处理为四边域:两边的两个公共交点处各自产生一条虚拟边,重复n次,产生n条过渡线;三边域的其中两边的交点处虚拟出一条边,重复重复执行的次数为第三条边的顶点数,产生与第三条边顶点数相同个数的过渡线;四边域的每个对边采用同步前进法插入相应的顶点,使对边的顶点数相等,且对应点处的t值相等;所述t值为对应点处到起点的距离与边长度的比值;
S23.将网格中的五边及五边以上域按相邻段合并后长度最短的原则将其合并为四边域;
S24.对四边域进行如下建模:
通过同步前进法,两个对边的顶点数相等,顶点数分别为m和n,假定第一个对边为u,边分别为u0和u1,第二个对边为v,边分别为v0和v1,即需要构成m×n个顶点,每个顶点的x、y、z坐标根据四个角点坐标和相交处的四条边上的四个顶点坐标及t值,利用调和函数分别计算得到;
所述t值为四个顶点到起点的距离与边长度的比值。
第二方面,本发明提供一种网格建模装置,包括:
网格划分模块,用于根据实体的平剖面轮廓划分网格;
网格建模模块,用于对每个网格单独建模;
网格拼接模块,用于将建模后的网格进行拼接形成表面模型。
其中,所述网格划分模块具体用于对每一个剖面轮廓线计算质心点和法向量,确定多个轮廓线剖面;对所有剖面轮廓线求包围盒,将包围盒外部扩展30%建立包围盒实体,所述包围盒实体为立方体或长方体;利用轮廓线剖面去切割包围盒实体,得到多个切割体,在每个切割体上附着的轮廓线为一个单独网格。
其中,所述网格建模模块具体用于对于每个网格,将网格中的单边域直接封闭为面;将网格中的五边以下、两边及两边以上的区域处理为四边域:两边的两个公共交点处各自产生一条虚拟边,重复n次,产生n条过渡线;三边域的其中两边的交点处虚拟出一条边,重复执行的次数为第三条边的顶点数,产生与第三条边顶点数相同个数的过渡线;四边域的每个对边采用同步前进法插入相应的顶点,使对边的顶点数相等,且对应点处的t值相等;所述t值为对应点处到起点的距离与边长度的比值;将网格中的五边及五边以上域按相邻段合并后长度最短的原则将其合并为四边域;对四边域进行建模:通过同步前进法,两个对边的顶点数相等,顶点数分别为m和n,假定第一个对边为u,边分别为u0和u1,第二个对边为v,边分别为v0和v1,即需要构成m×n个顶点,每个顶点的x、y、z坐标根据四个角点坐标和相交处的四条边上的四个顶点坐标及t值,利用调和函数分别计算得到;所述t值为四个顶点到起点的距离与边长度的比值。
通过以上描述可知,本发明所述的网格建模方法及装置,将实体划分为多个网格,采用单个网格独立建模的方式,最后通过拼接得到表面模型,由于本发明中的单个网格建模方法效果较佳,边界与原始边完全吻合,不会像Nurbs曲面会在边界处产生过渡弧,因此只需要将边界部分两边的三角形对比处理细化并拼接即可。本发明所述的网格建模方法提高了效率,简化了用户的操作,生成的表面模型更加符合实际。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明实施例一提供的网格建模方法的流程图;
图2示出了本发明适用的平剖面数据示意图;
图3示出了各剖面轮廓线通过计算质心点和法向量得到的剖面;
图4示出了根据轮廓线得到的包围盒;
图5示出了解析切割体得到单个网格的示意图;
图6示出了网格形态示意图;
图7示出了平剖面数据通过本发明方法形成的表面模型示意图;
图8示出了本发明实施例二提供的网格建模装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
图1示出了本发明实施例一提供的网格建模方法的流程图。本发明实施例一提供了一种网格建模方法,包括:
步骤101:根据实体的平剖面轮廓划分网格。
步骤102:对每个网格单独建模。
步骤103:将建模后的网格进行拼接形成表面模型。
图2示出了本发明适用的平剖面数据示意图;图3示出了各剖面轮廓线通过计算质心点和法向量得到的剖面;图4示出了根据轮廓线得到的包围盒;图5示出了解析切割体得到单个网格的示意图;图6示出了网格形态示意图;图7示出了平剖面数据通过本发明方法形成的表面模型示意图;
其中,所述步骤101包括:
(1)对每一个剖面轮廓线计算质心点和法向量,确定多个轮廓线剖面;
(2)对所有剖面轮廓线求包围盒,将包围盒外部扩展30%建立包围盒实体,所述包围盒实体为立方体或长方体;
(3)利用轮廓线剖面去切割包围盒实体,得到多个切割体,在每个切割体上附着的轮廓线为一个单独网格;
(4)依次解析所有切割体上附着的轮廓线,得到所有的网格。
其中,所述步骤102包括:
(1)对于每个网格,将网格中的单边域直接封闭为面;
(2)将网格中的五边以下、两边及两边以上的区域处理为四边域:两边的两个公共交点处各自产生一条虚拟边,重复n次,产生n条过渡线;三边域的其中两边的交点处虚拟出一条边,重复重复执行的次数为第三条边的顶点数,产生与第三条边顶点数相同个数的过渡线;四边域的每个对边采用同步前进法插入相应的顶点,使对边的顶点数相等,且对应点(指对边的顶点)处的t值相等;所述t值为对应点处到起点(指多段线的第一个顶点,每条多段线从起点到最后一个点,t值由0逐渐增加到1)的距离与边长度(指多段线的总长度)的比值;
(3)将网格中的五边及五边以上域按相邻段合并后长度最短的原则将其合并为四边域;
(4)对四边域进行如下建模:
通过同步前进法,两个对边的顶点数相等,顶点数分别为m和n,假定第一个对边为u,边分别为u0和u1,第二个对边为v,边分别为v0和v1,即需要构成m×n个顶点,每个顶点的x、y、z坐标根据四个角点(角点是指两条相邻的边的交界点,若这两条边的端点不重复,则为根据两个端点计算的中心点)坐标和相交处的四条边上的四个顶点坐标及t值,利用调和函数分别计算得到;
所述t值为四个顶点到起点(此处分别指四个顶点所在的四条边的第一个顶点)的距离与边长度(指四个顶点所在的四条边的总长度)的比值。
本发明实施例所述的网格建模方法,将实体划分为多个网格,采用单个网格独立建模的方式,最后通过拼接得到表面模型,由于本发明中的单个网格建模方法效果较佳,边界与原始边完全吻合,不会像Nurbs曲面会在边界处产生过渡弧,因此只需要将边界部分两边的三角形对比处理细化并拼接即可。本发明所述的网格建模方法提高了效率,简化了用户的操作,生成的表面模型更加符合实际。
具体地,本发明实施例所述的网格建模采用分而治之的方法,根据实体的平剖面轮廓划分网格,然后对每个网格单独建模,最后进行拼接形成表面模型,整个过程全部由计算机自动完成。
本发明实施例所述的单个网格建模方法采用了独创的建模算法,能够适应边数为任意的三角网构建,构建质量高。其中,将单边域直接封闭为面,将两边及两边以上的区域处理为四边域,两边的两个公共交点处各自产生一条虚拟边,然后重复n次,这样就会产生n条过渡线。三边域的其中两边的交点处虚拟出一条边,此处重复第三条边的顶点数。四边域的每个对边采用同步前进法插入相应的顶点,使对边的顶点数相等,并且对应点处的t值(该点到起点的距离与边长度的比值)相等。五边及五边以上域按相邻段合并后长度最短的原则将其合并为四边域。
四边域建模算法如下:通过同步前进法,两个对边的顶点数相等,顶点数分别为m和n,假定第一个对边为u,边为u0和u1,第二个对边为v,边分别为v0和v1,即需要构成m×n个顶点,每个顶点的x、y、z坐标根据四个角点坐标和相交处的四条边上的四个顶点坐标及t值运用调和函数分别计算得到。
最后将单个网格拼接成整个实体,由于单个网格建模算法非常优秀,边界与原始边完全吻合,不会像Nurbs曲面会在边界处产生过渡弧,那样直接拼接会有问题,我们的算法不会有这样的问题,只需要将边界部分两边的三角形对比处理细化即可。
本发明实施例所述的网格建模方法能够提高用户的生产效率,简化了用户的操作,大部分工作计算机自动完成,并且生成的表面模型更加符合实际。
本发明实施例所述的网格建模方法是在大量实践过程中研发出来的,实用性强,鲁棒性好,在各种建模方面取得非常好的效果。较少的人工干预,生成三角面片质量高是与现有技术最大的不同。
本发明实施例所述的网格建模方法用于实体有截面外轮廓,即平剖面轮廓,自动建立表面模型,该方法具有计算机自动化程度高、鲁棒性强,建模质量高等特点。
图8示出了本发明实施例二提供的网格建模装置的结构示意图。如图8所示,本发明实施例二提供了一种网格建模装置,包括网格划分模块21、网格建模模块22和网格拼接模块23;其中,
网格划分模块21,用于根据实体的平剖面轮廓划分网格;
网格建模模块22,用于对每个网格单独建模;
网格拼接模块23,用于将建模后的网格进行拼接形成表面模型。
其中,所述网格划分模块21具体用于对每一个剖面轮廓线计算质心点和法向量,确定多个轮廓线剖面;对所有剖面轮廓线求包围盒,将包围盒外部扩展30%建立包围盒实体,所述包围盒实体为立方体或长方体;利用轮廓线剖面去切割包围盒实体,得到多个切割体,在每个切割体上附着的轮廓线为一个单独网格。
其中,所述网格建模模块22具体用于对于每个网格,将网格中的单边域直接封闭为面;将网格中的五边以下、两边及两边以上的区域处理为四边域:两边的两个公共交点处各自产生一条虚拟边,重复n次,产生n条过渡线;三边域的其中两边的交点处虚拟出一条边,重复执行的次数为第三条边的顶点数,产生与第三条边顶点数相同个数的过渡线;四边域的每个对边采用同步前进法插入相应的顶点,使对边的顶点数相等,且对应点处的t值相等;所述t值为对应点处到起点的距离与边长度的比值;将网格中的五边及五边以上域按相邻段合并后长度最短的原则将其合并为四边域;对四边域进行建模:通过同步前进法,两个对边的顶点数相等,顶点数分别为m和n,假定第一个对边为u,边分别为u0和u1,第二个对边为v,边分别为v0和v1,即需要构成m×n个顶点,每个顶点的x、y、z坐标根据四个角点坐标和相交处的四条边上的四个顶点坐标及t值,利用调和函数分别计算得到;所述t值为四个顶点到起点的距离与边长度的比值。
本发明实施例所述装置的工作原理和有益效果和上述方法实施例相同或类似,在此不再赘述。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种网格建模方法,其特征在于,包括:
S1.根据实体的平剖面轮廓划分网格;
S2.对每个网格单独建模;
S3.将建模后的网格进行拼接形成表面模型;
其中,所述S2包括:
S21.对于每个网格,将网格中的单边域直接封闭为面;
S22.将网格中的五边以下、两边及两边以上的区域处理为四边域:两边的两个公共交点处各自产生一条虚拟边,重复p次,产生p条过渡线;三边域的其中两边的交点处虚拟出一条边,重复执行的次数为第三条边的顶点数,产生与第三条边顶点数相同个数的过渡线;四边域的每个对边采用同步前进法插入相应的顶点,使对边的顶点数相等,且对应点处的t值相等;所述t值为对应点处到起点的距离与边长度的比值;其中,所述对应点指所述对边的顶点;
S23.将网格中的五边及五边以上域按相邻段合并后长度最短的原则将其合并为四边域;
S24.对四边域进行如下建模:
通过同步前进法,两个对边的顶点数相等,顶点数分别为m和n,假定第一个对边为u,边分别为u0和u1,第二个对边为v,边分别为v0和v1,即需要构成m×n个顶点,每个顶点的x、y、z坐标根据四个角点坐标和相交处的四条边上的四个顶点坐标及t值,利用调和函数分别计算得到。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤S1包括:
S11.对每一个剖面轮廓线计算质心点和法向量,确定多个轮廓线剖面;
S12.对所有剖面轮廓线求包围盒,将包围盒外部扩展30%建立包围盒实体,所述包围盒实体为立方体或长方体;
S13.利用轮廓线剖面去切割包围盒实体,得到多个切割体,在每个切割体上附着的轮廓线为一个单独网格;
S14.依次解析所有切割体上附着的轮廓线,得到所有的网格。
3.一种网格建模装置,其特征在于,包括:
网格划分模块,用于根据实体的平剖面轮廓划分网格;
网格建模模块,用于对每个网格单独建模;
网格拼接模块,用于将建模后的网格进行拼接形成表面模型;
其中,所述网格建模模块具体用于对于每个网格,将网格中的单边域直接封闭为面;将网格中的五边以下、两边及两边以上的区域处理为四边域:两边的两个公共交点处各自产生一条虚拟边,重复p次,产生p条过渡线;三边域的其中两边的交点处虚拟出一条边,重复执行的次数为第三条边的顶点数,产生与第三条边顶点数相同个数的过渡线;四边域的每个对边采用同步前进法插入相应的顶点,使对边的顶点数相等,且对应点处的t值相等;所述t值为对应点处到起点的距离与边长度的比值;将网格中的五边及五边以上域按相邻段合并后长度最短的原则将其合并为四边域;对四边域进行建模:通过同步前进法,两个对边的顶点数相等,顶点数分别为m和n,假定第一个对边为u,边分别为u0和u1,第二个对边为v,边分别为v0和v1,即需要构成m×n个顶点,每个顶点的x、y、z坐标根据四个角点坐标和相交处的四条边上的四个顶点坐标及t值,利用调和函数分别计算得到;其中,所述对应点指所述对边的顶点。
4.根据权利要求3所述的装置,其特征在于,所述网格划分模块具体用于对每一个剖面轮廓线计算质心点和法向量,确定多个轮廓线剖面;对所有剖面轮廓线求包围盒,将包围盒外部扩展30%建立包围盒实体,所述包围盒实体为立方体或长方体;利用轮廓线剖面去切割包围盒实体,得到多个切割体,在每个切割体上附着的轮廓线为一个单独网格。
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