CN106570288B - 编织结构的建模方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明适用于仿真技术领域，提供了一种编织结构的建模方法及装置，所述方法包括：构造具有预设弯度的第一折线段；对所述第一折线段进行镜像复制得到第二折线段，并将所述第一折线段与所述第二折线段按照预设螺旋角组装，形成第一交叉单元；对所述第一交叉单元进行镜像复制得到第二交叉单元，并将所述第一交叉单元和所述第二交叉单元组装，形成线条上下交错的编织结构基本单元；阵列所述编织结构基本单元，得到编织结构的平面展开模型。所述方法使得用户无需编程就能实现编织结构的建模，提高工程分析的效率、节约建模时间。

Description

编织结构的建模方法及装置

技术领域

本发明属于仿真技术领域，尤其涉及一种编织结构的建模方法及装置。

背景技术

编织结构是一种通过交错多于三根的柔性材料(如纺织纱线、金属丝、头发等)而形成的一种复杂结构。由于编织形成的结构具有很好的面外刚度、强度以及抗冲击的特性，因此其被广泛的用在军事、医疗等行业，比如防弹衣、血管支架等。在现代结构设计过程中，借助计算机仿真可以大大缩短设计周期、节约试制测试费用并能提高设计精度。其中有限元仿真则由于能提供机械结构的应力、强度、几何拓扑变化等信息而被广泛应用。但由于编织结构涉及到多线条的交织，线条之间相互交错接触，因此每个线条并不在一个平面上。对于这类结构的三维模型构造，以及要在有限元软件中模拟线条之间在交织点处的滑动和摩擦非常困难。

现有的关于编织结构的建模方法主要有两种：一种建模方法是基于商业软件的脚本语言进行复杂的编程操作来进行该结构的建模，另一种建模方法是基于自身开发的应用程序来实现编织结构的建模和仿真。但以上两种方法都需要专业的工程人员进行编程以及构造算法。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种编织结构的建模方法及装置，以解决现有技术中对编织结构建模需要专业的工程人员进行编程以及构造算法的技术的问题。

本发明实施例的第一方面，提供了一种编织结构的建模方法，包括：

构造具有预设弯度的第一折线段；

对所述第一折线段进行镜像复制得到第二折线段，并将所述第一折线段与所述第二折线段按照预设螺旋角组装，形成第一交叉单元；

对所述第一交叉单元进行镜像复制得到第二交叉单元，并将所述第一交叉单元和所述第二交叉单元组装，形成线条上下交错的编织结构基本单元；

阵列所述编织结构基本单元，得到编织结构的平面展开模型。

本发明实施例的第二方面，提供了一种编织结构的建模方法装置，包括：

构造模块，用于构造具有预设弯度的第一折线段；

第一处理模块，用于对所述第一折线段进行镜像复制得到第二折线段，并将所述第一折线段与所述第二折线段按照预设螺旋角组装，形成第一交叉单元；

第二处理模块，用于对所述第一交叉单元进行镜像复制得到第二交叉单元，并将所述第一交叉单元和所述第二交叉单元组装，形成线条上下交错的编织结构基本单元；

阵列模块，用于阵列所述编织结构基本单元，得到编织结构的平面展开模型。

本发明实施例相对于现有技术所具有的有益效果：本发明实施例根据编织结构的特点将线条简化为微小角度的折线段，通过简单的折线方法构造编织结构的线条基本单元(即第一折线段)，然后通过镜像复制技术得到第二折线段，并将第一折线段和第二折线段装配形成线条与其相邻线条上下交叉的第一交叉单元，并再次通过镜像复制技术得到第二交叉单元，将第一交叉单元与第二交叉单元组合成编织结构的基本单元，最后沿着两个方向阵列编织结构的基本单元，形成该编织结构的平面型结构，从而使得用户无需编程也能实现编织结构的建模，提高工程分析的效率、节约建模时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅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是本发明实施例一提供的编织结构的建模方法流程图；

图2是本发明实施例提供的第一折线段的构造示意图；

图3是本发明实施例提供的第一交叉单元的构造示意图；

图4是本发明实施例提供的编织结构基本单元的构造示意图；

图5是本发明实施例提供的编织结构的平面型结构的构造示意图；

图6是本发明实施例提供的圆柱形编织结构的构造示意图；

图7是本发明实施例二提供的编织结构的建模装置的结构框图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一：

图1示出了本发明实施例一提供的编织结构的建模方法的实现流程，详述如下：

在步骤S101中，构造具有预设弯度的第一折线段。

本步骤中，可以通过依次连接三个点来构造具有预设弯度的第一折线段。其中，所述三个点不位于一条直线上。所述第一折线段可以包括两段相连接的线段。两段相连接的线段之间形成一个夹角。该夹角即为第一折线段的弯度。因此，可以通过设置三个点的相互位置关系，使得第一折线段具有预设弯度。

具体的，参见图2，三个点分别为点A、点B和点C。点A、点B和点C不位于同一直线上。顺次连接点A、点B和点C，形成一条折线段201，即第一折线段。本实施例中，点A和点C关于点B对称。即，点A到点B的距离等于点C到点B的距离。此时，折线段201为对称的折线段。

优选的，根据三个点位于所述第一折线段上的位置关系，可以将三个点分为一个中部点和两个端点。在所述第一折线段的弯折方向上，所述中部点到所述端点的距离等于所述第一折线段线径的一半。其中，所述第一折线段的弯折方向为：中部点到两个端点连线的垂线所对应的方向。

参见图2，点A和点C为两个端点，点B为中部点。本实施例中，第一折线段的弯折方向为点B到线段AC的垂直线对应的方向。在第一折线段的弯折方向上，点B到点A或点C的距离均为H。H的取值为：等于第一折线段线径的一半。这样，可以保证在步骤S102中两条折线段交叉时，在中间点的位置是处于一种互相接触的状态。

另外，也可以通过顺次连接三个以上的点来构造具有预设弯度的第一折线段。此时，第一折线段包括两条以上的线段。第一折线段的弯度为首尾两个线段之间的夹角。

在步骤S102中，对所述第一折线段进行镜像复制得到第二折线段，并将所述第一折线段与所述第二折线段按照预设螺旋角组装，形成第一交叉单元。

本步骤中，采用镜像复制技术，对步骤S101中得到的第一折线段进行镜像复制，得到第二折线段。然后，将第一折线段与第二折线段按照预设螺旋角组装到一起，形成第一折线段和第二折线段在中部点的位置相互接触的第一交叉单元。

参见图3，采用镜像复制技术，对第一折线段201进行镜像复制得到第二折线段301。然后，将第一折线段201与第二折线段301按照预设螺旋角组装到一起，第一折线段201和第二折线段301在中部点的位置相互接触，形成如图3所示的第一交叉单元401。

另外，可以先计算出圆柱形编织结构对应的平面展开模型的宽度，即该圆柱形编织结构的周长。然后根据设计需求，计算一个交叉单元的宽度，等于平面展开模型的宽度除以沿圆柱形编织结构的周向方向分布的第一交叉单元的数目。因此，在步骤S101中可以根据第一交叉单元的宽度对第一折线段进行构造。具体的，涉及到第一折线段201的长度，对应到构造第一折线段201的三个点上，即为三个点之间的相互位置关系。

在步骤S103中，对所述第一交叉单元进行镜像复制得到第二交叉单元，并将所述第一交叉单元和所述第二交叉单元组装，形成线条上下交错的编织结构基本单元。

本步骤中，通过镜像复制技术对步骤S102中得到的第一交叉单元进行镜像复制，得到第二交叉单元。然后，将第一交叉单元与第二交叉单元组装到一起，使得第一交叉单元中一个折线段上的其中一个端点与第二交叉单元中一个折线段上的其中一个端点连接在一起，最终形成线条上下交错的编织结构基本单元。优选的，编织结构基本单元中相连接的两个折线段位于同一平面上。

参见图4，通过镜像复制技术对第一交叉单元401进行镜像复制，得到第二交叉单元402。然后，将第一交叉单元401与第二交叉单元402组装到一起.具体的，可以使得第一交叉单元401中一个折线段上的其中一个端点与第二交叉单元402中一个折线段上的其中一个端点连接在一起，并使得相连接的两个折线段位于同一平面上，并最终形成线条上下交错的编织结构基本单元。

当然，在其他实施例中，编织结构基本单元中相连接的两个折线段也可以不位于同一平面上，对此不做限定。

在步骤S104中，阵列所述编织结构基本单元，得到编织结构的平面展开模型。

本步骤中，对步骤S103中得出的编织结构基本单元进行阵列，得到编织结构的平面展开模型，参见图5，具体实现方式可以为：沿着第一方向和第二方向阵列所述编织结构基本单元；其中，所述第一方向和所述第二方向位于所述编织结构基本单元所处的平面上。优选的，第一方向与第二方向垂直。例如，对于圆柱形编织结构，第一方向和第二方向可以分别为圆柱形编织结构的轴向方向和周向方向。当然，在步骤S103中，圆柱形编织结构还为平面展开模型，对平面展开模型经过后续的卷绕处理即可形成圆柱形编织结构。

具体的，可以根据设计需求，设定在第一方向上和第二方向上对所述编织结构基本单元的阵列次数，使得编织结构在第一方向上的长度和在第二方向上的长度达到设计需求。例如，设计中的编织结构在第一方向上的长度为N个编织结构基本单元，在第二方向上的长度为M个编织结构基本单元，N和M均为大于等于1的整数。则在步骤S104中，需要在第一方向上对所述编织结构基本单元阵列(N-1)次，在第二方向上对所述编织结构基本单元阵列(M-1)次。

另外，在其他实施例中，步骤S101中的两个端点也可以不关于中部点对称，通过设计三个点的位置关系，在后续步骤中的镜像复制及阵列等处理中，能够使得编织结构的交叉单元形状和尺寸与设计需要一致即可，对此不作限制。

进一步的，对于圆柱形编织结构，在步骤S104之后，编织结构的建模方法还包括：将所述平面展开模型卷绕，形成圆柱形编织结构。参见图6，对该平面展开模型采用卷绕的方法，沿圆柱形编织结构的周向方向折叠成相应尺寸的圆柱形编织结构。

另外，还将圆柱形编织成型的血管支架与具有同样尺寸但结构为一体化的血管支架，在治疗血管狭窄方面进行了模拟实验。模拟实验表明，本发明实施例中构造的圆柱形编织结构可以完全捕捉编织结构中线条之间相互的接触、摩擦、支撑等交互作用。

上述编织结构的建模方法，根据编织结构的特点将线条简化为微小角度的折线段，通过简单的折线方法构造编织结构的线条基本单元(即第一折线段)，然后通过镜像复制技术得到第二折线段，并将第一折线段和第二折线段装配形成线条与其相邻线条上下交叉的第一交叉单元，并再次通过镜像复制技术得到第二交叉单元，将第一交叉单元与第二交叉单元组合成编织结构的基本单元，最后沿着两个方向阵列编织结构的基本单元，形成该编织结构的平面展开模型，从而使得用户无需编程也能实现编织结构的建模，提高工程分析的效率、节约建模时间。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

实施例二：

对应于上文实施例所述的编织结构的建模方法，图7示出了本发明实施例提供的编织结构的建模装置的结构框图。为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。

参照图7，编织结构的建模装置包括：

构造模块701，用于构造具有预设弯度的第一折线段；

第一处理模块702，用于对所述第一折线段进行镜像复制得到第二折线段，并将所述第一折线段与所述第二折线段按照预设螺旋角组装，形成第一交叉单元；

第二处理模块703，用于对所述第一交叉单元进行镜像复制得到第二交叉单元，并将所述第一交叉单元和所述第二交叉单元组装，形成线条上下交错的编织结构基本单元；

阵列模块704，用于阵列所述编织结构基本单元，得到编织结构的平面展开模型。

进一步的，编织结构的建模装置还可以包括：

卷绕模块，用于将所述平面展开模型卷绕，形成圆柱形编织结构。

优选的，所述构造模块701具体用于：通过依次连接三个点构造对称且具有预设弯度的所述第一折线段。

较佳的，根据所述三个点位于所述第一折线段上的位置关系，所述三个点分为中部点和端点；

在所述第一折线段的弯折方向上，所述中部点到所述端点的距离等于所述第一折线段线径的一半。

优选的，所述阵列模块704具体用于：沿着第一方向和第二方向阵列所述编织结构基本单元；

其中，所述第一方向和所述第二方向位于所述编织结构基本单元所处的平面上。

上述编织结构的建模装置，根据编织结构的特点将线条简化为微小角度的折线段，通过简单的折线方法构造编织结构的线条基本单元(即第一折线段)，然后通过镜像复制技术得到第二折线段，并将第一折线段和第二折线段装配形成线条与其相邻线条上下交叉的第一交叉单元，并再次通过镜像复制技术得到第二交叉单元，将第一交叉单元与第二交叉单元组合成编织结构的基本单元，最后沿着两个方向阵列编织结构的基本单元，形成该编织结构的平面展开模型，从而使得用户无需编程也能实现编织结构的建模，提高工程分析的效率、节约建模时间。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明实施例各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述实施例仅用以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；而这些修改或者替换，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种编织结构的建模方法，其特征在于，包括：

构造具有预设弯度的第一折线段；

对所述第一折线段进行镜像复制得到第二折线段，并将所述第一折线段与所述第二折线段按照预设螺旋角组装，形成所述第一折线段和所述第二折线段在中部点的位置相互接触的第一交叉单元；

对所述第一交叉单元进行镜像复制得到第二交叉单元，并将所述第一交叉单元和所述第二交叉单元组装，将所述第一交叉单元中一折线段上的一端点与所述第二交叉单元中一折线段上的一端点连接，形成线条上下交错的编织结构基本单元；

阵列所述编织结构基本单元，得到编织结构的平面展开模型。

2.根据权利要求1所述的编织结构的建模方法，其特征在于，在所述得到编织结构的平面展开模型之后，还包括：

将所述平面展开模型卷绕，形成圆柱形编织结构。

3.根据权利要求1所述的编织结构的建模方法，其特征在于，所述构造具有预设弯度的第一折线段具体为：

通过依次连接三个点构造对称且具有预设弯度的第一折线段。

4.根据权利要求3所述的编织结构的建模方法，其特征在于，根据所述三个点位于所述第一折线段上的位置关系，所述三个点分为中部点和端点；

在所述第一折线段的弯折方向上，所述中部点到所述端点的距离等于所述第一折线段线径的一半。

5.根据权利要求1所述的编织结构的建模方法，其特征在于，所述阵列所述编织结构基本单元具体为：

沿着第一方向和第二方向阵列所述编织结构基本单元；

其中，所述第一方向和所述第二方向位于所述编织结构基本单元所处的平面上。

6.一种编织结构的建模装置，其特征在于，包括：

构造模块，用于构造具有预设弯度的第一折线段；

第一处理模块，用于对所述第一折线段进行镜像复制得到第二折线段，并将所述第一折线段与所述第二折线段按照预设螺旋角组装，形成所述第一折线段和所述第二折线段在中部点的位置相互接触的第一交叉单元；

第二处理模块，用于对所述第一交叉单元进行镜像复制得到第二交叉单元，并将所述第一交叉单元和所述第二交叉单元组装，将所述第一交叉单元中一折线段上的一端点与所述第二交叉单元中一折线段上的一端点连接，形成线条上下交错的编织结构基本单元；

阵列模块，用于阵列所述编织结构基本单元，得到编织结构的平面展开模型。

7.根据权利要求6所述的编织结构的建模装置，其特征在于，还包括：

卷绕模块，用于将所述平面展开模型卷绕，形成圆柱形编织结构。

8.根据权利要求6所述的编织结构的建模装置，其特征在于，所述构造模块具体用于：通过依次连接三个点构造对称且具有预设弯度的所述第一折线段。

9.根据权利要求8所述的编织结构的建模装置，其特征在于，根据所述三个点位于所述第一折线段上的位置关系，所述三个点分为中部点和端点；

在所述第一折线段的弯折方向上，所述中部点到所述端点的距离等于所述第一折线段线径的一半。

10.根据权利要求6所述的编织结构的建模装置，其特征在于，所述阵列模块具体用于：沿着第一方向和第二方向阵列所述编织结构基本单元；

其中，所述第一方向和所述第二方向位于所述编织结构基本单元所处的平面上。

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