CN107464285A - 一种三维模型的网格划分方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维模型的网格划分方法，该方法将厚度值赋予在独立的网格节点上，通过网格线互连相邻的两个网格节点划分网格，与现有的将厚度赋予在网格单元面上相比，能够实现网格中的各个节点的厚度不一致，从而使划分的网格单元为不等厚度，可更加准确地体现几何结构中各个位置的真实厚度，提高对不等厚件三维模型的网格划分的准确性。

Description

一种三维模型的网格划分方法和装置

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种三维模型的网格划分方法和装置。

背景技术

汽车车身上的零部件均需要对强度、刚度及疲劳度进行分析，现有技术中，在对零部件的强度、刚度及疲劳度分析前，需要对该零部件进行网格划分。

通常，现行的网格划分方法需要从模型中抽取几何中面，并通过抽取的几何中面反应待网格划分的模型的几何参数，然后对抽取的几何中面进行网格划分，对抽取的几何中面按照预定阈值的厚度差值分为多个划分区间，将每一个划分区间看成一个等厚度的子模型，按照预先设定的厚度区间逐一进行网格划分，在划分过程中需要手动调整划分厚度区间，并在划分的区间内一步步手动划分网格，并赋予相应网格的材料及属性，其操作步骤繁琐较多，效率低；并且，当网格划分完成后，将零部件的实际几何厚度赋予在网格的单元面上，这样就将网格单元看成为等厚度的网格。当采用现有技术对车身上形状复杂，厚度不均匀的零部件进行网格划分时，按照等厚度的零部件一样抽取中面，存在无法准确的抽取几何中面的问题，也就是说，抽取的几何中面时，在零部件的边缘或者及其薄弱的地方可能存在缺失，无法准确地抽取到反应该模型的几何形状的中面，导致存在网格划分无法真实的反应零部件的参数。当能够抽取到几何中面，如图1所示，按照现有技术的方式划分完网格后，所划分的零部件的几何厚度被赋予在单元面上，使单元网格的整体厚度一致，也即其网格厚度是均匀的，相邻的不同厚度的网格处呈阶梯状，即相连接的第一网格10′和第二网格20′出现高度差，使不同高度的网格节点重叠，从而使渐变厚度的零部件出现阶梯的网格，而不能真实体现零部件的每一处的真实厚度，即不能讲模型厚度平滑过渡。这样，对划分网格厚度的模型再进行强度、刚度及疲劳度分析时也不能准确的获取相应的参数信息。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种三维模型的网格划分方法，该方法将厚度值赋予在独立的网格节点上，并通过网格线互连相邻的两个网格节点而划分网格，与现有的将厚度赋予在网格单元面上相比，能够实现网格单元的各个节点处的厚度不一致，从而使划分的网格单元为不等厚度，可更加准确地体现几何结构中各个位置的真实厚度，提高对不等厚件三维模型的网格划分的准确性。

本发明提供了一种三维模型的网格划分方法，该方法包括如下步骤：

a、将所述三维模型导入至三维坐标系中，所述三维坐标系包括二维坐标平面和垂直于所述二维坐标平面的厚度坐标轴；

b、根据所述三维模型在所述厚度坐标轴方向上的厚度范围，设定多个离散厚度层；按照多个所述离散厚度层的厚度值单调变化的顺序，沿着所述三维模型的轮廓面逐层设定网格节点；

c、根据逐层设定的全部网格节点生成网格线，其中，在所述二维坐标平面的投影位置相邻的每两个网格节点通过网格线互连。

可选地，设定的所述全部网格节点在所述二维坐标平面的投影位置互不重叠。

可选地，在步骤b之前进一步包括如下步骤：

d、根据所述三维模型在所述二维坐标平面上的范围，设置不同网格节点在所述二维坐标平面的投影位置之间的最小间距。

可选地，在所述二维坐标平面的投影位置相邻的每两个网格节点通过网格线互连形成的网格形状包括：四边形和/或三角形。

可选地，进一步包括如下步骤：

e、校核网格边缘与三维模型边缘间的间距，并将小于预定阈值的所述间距为大于或等于所述预定阈值。

本发明还提供一种不等厚件模型的网格划分装置，该装置包括如下模块：

模型导入模块，将所述三维模型导入至三维坐标系中，所述三维坐标系包括二维坐标平面和垂直于所述二维坐标平面的厚度坐标轴；

网格节点设定模块，根据所述三维模型在所述厚度坐标轴方向上的厚度范围，设定多个离散厚度层；按照多个所述离散厚度层的厚度值单调变化的顺序，沿着所述三维模型的轮廓面逐层设定网格节点；

网格生成模块，根据逐层设定的全部网格节点生成网格线，其中，在所述二维坐标平面的投影位置相邻的每两个网格节点通过网格线互连。

可选地，设定的所述全部网格节点在所述二维坐标平面的投影位置互不重叠。

可选地，进一步包括如下模块：

网格节点间距设定模块，根据所述三维模型在所述二维坐标平面上的范围，设置不同网格节点在所述二维坐标平面的投影位置之间的最小间距。

可选地，在所述二维坐标平面的投影位置相邻的每两个网格节点通过网格线互连形成的网格形状包括：四边形和/或三角形。

可选地，进一步包括如下模块：

网格修复模块，校核网格边缘与三维模型边缘间的间距，并将小于预定阈值的所述间距为大于或等于所述预定阈值。

由此可见，该方法将厚度赋予在独立的网格节点上，而与现有的将厚度赋予在网格单元面上相比，能够实现网格单元中各个网格节点处的厚度不一致，从而使划分的网格单元为不等厚度，可更加准确地体现几何结构中各个位置的真实厚度，提高对不等厚件三维模型的网格划分的准确性。

附图说明

以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

图1为现有技术中网格划分得到的网格示意图；

图2为本发明的一种具体实施例中网格划分方法流程图；

图3为本发明的具体实施例中网格划分方法获得的网格示意图；

图4为本发明的另一种具体实施例中网格划分方法流程图；

图5为本发明的又一具体实施例中网格划分方法流程图；

图6为本发明的具体实施例中一种网格划分装置的示意图。

标号说明：

10′ 第一网格；

20′ 第二网格；

10 第一网格；

20 第二网格；

21 第一网格节点；

22 第二网格节点；

23 第三网格节点；

24 第四网格节点；

30 第三网格；

31 第一网格节点；

32 第二网格节点；

33 第三网格节点；

34 第四网格节点；

40 第四网格。

具体实施方式

为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关部分，而并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。

现有技术中，不等厚度的零部件进行三维模型的网格划分时，网格厚度为均匀的，相邻网格之间存在厚度差时出现阶梯突变，导致无法体现真实的厚度，影响对强度、刚度及疲劳度分析的准确性。为解决此问题，本发明提供了一种三维模型的网格划分方法，通过将厚度赋予在独立的网格节点上，通过网格线连接各网格节点形成网格，这样，使划分得到的网格的节点为不等厚度，从而使网格为渐变的不等厚度，真实准确地体现几何结构中各个位置的真实厚度。

本发明提供的三维模型的网格划分方法可用于对等厚度结构的网格划分，特别可用于对不等厚结构、渐变厚度结构的网格划分。采用本发明提供的三维模型的网格划分方法对等厚结构进行网格划分时，与现有技术划分得到的网格结果相同，但其原理不同。而针对不等厚结构或渐变厚度结构进行网格划分时，与现有技术划分得到的网格结构不相同，原理不同。为了更加清楚详细地阐述本发明提供的网格划分方法的具体原理和步骤，在具体实施方式中以对渐变厚度结构进行网格划分为例，来阐述本发明提供的网格划分方法。

如图2所示，本发明提供的一种三维模型的网格划分方法包括如下步骤：

a、将三维模型导入至三维坐标系中，三维坐标系包括二维坐标平面和垂直于二维坐标平面的厚度坐标轴；

b、根据三维模型在厚度坐标轴方向上的厚度范围，设定多个离散厚度层；按照多个离散厚度层的厚度值单调变化的顺序，沿着三维模型的轮廓面逐层设定网格节点；

c、根据逐层设定的全部网格节点生成网格线，其中，在二维坐标平面的投影位置相邻的每两个网格节点通过网格线互连。

通过上述步骤，将三维模型导入三维坐标系中，根据三维模型在厚度坐标轴方向上的厚度范围及需要划分网格的粒度要求设定多个离散厚度层。这样，按照多个离散厚度层的厚度值单调变化的顺序，沿着三维模型的轮廓面逐层设定网格节点；具体可按照离散厚度层的厚度值单调递增或单调递减中的一种方式，在三维模型的轮廓面上设定属于对应离散厚度层的网格节点，如此，便将厚度值赋予在独立的网格节点上。当对各层完成全部网格节点设定后，在二维坐标平面的投影位置相邻的每两个网格节点通过网格线互连，从而形成基于网格节点的网格单元。

对于一个网格单元而言，通过网格线连接网格节点形成，而网格节点具有厚度值，且各个网格节点的厚度值可以不相同，如此，形成的各个网格单元的厚度可以是不一致的，即可以是渐变厚度的网格单元，相邻的两个网格单元之间共用的网格节点厚度值是一样的，从而使网格单元之间平滑过渡，真实准确地体现渐变厚度的结构的各位置的厚度，避免现有技术中，对渐变厚度结构划分网格时，位于两个不同厚度中面的两个网格单元之间出现阶梯式突变。

具体地，可结合图3对采用上述的三维模型网格划分方法得到的网格单元进行说明。

如图3所示，通过上述的三维模型的网格划分方法得到第一网格10、第二网格20、第三网格30、第四网格40，四个网格之间均过渡连接。

其中，第二网格20和第三网格30均为渐变厚度的网格，第二网格20的第一网格节点21和第四网格节点24与第一网格10的相应网格节点的厚度值相同，其为共用的网格节点。同样地，第三网格30的第一网格节点31和第四网格节点34与第四网格40的相应网格节点的厚度值相同，其也为共用的网格节点。这样，虽然第二网格20的单元厚度与第一网格10的单元厚度不一致，第三网格30的单元厚度与第四网格40的单元厚度不一致，但是，第一网格10与第二网格20之间平滑过渡，第三网格30与第四网格40平滑过渡，体现了渐变厚度结构的真实厚度。

对于第二网格20和第三网格30，其第二网格20的第二网格节点22与第三网格30的第二网格节点32的厚度值相同，两者为设定的同一个网格节点，即第二网格20和第三网格30共用一个网格节点，从而使第二网格20和第三网格30之间平滑过渡。第二网格20的第一网格节点21、第二网格节点22、第三网格节点23和第四网格节点24具有不同的厚度值，通过网格线连接，形成不等厚度的网格单元；同样地，第三网格30的第一网格节点31、第二网格节点32、第三网格节点33和第四网格节点34具有不同的厚度值，通过网格线连接，形成了不等厚度的网格单元；通过将厚度值赋予各独立的网格节点上，从而使不等厚度的第二网格20与第三网格30可以平滑的过渡连接，准确真实地体现结构的厚度，而避免将厚度赋予网格单元上时，相邻网格单元之间的连接出现突变的现象。

通过直接设定网格节点，利用网格线连接相邻两个网格节点即可完成网格划分，规避现有技术中抽取中面，赋予单元厚度，再进行划分的步骤，大大节省了时间，提高了网格划分的效率。

采用上述方法设定的全部网格节点，其在二维坐标平面的投影位置互不重叠，这样，在厚度坐标轴的高度位置上，仅具有一个厚度的网格节点，对于渐变厚度的结构在形成网格单元时，可避免采用现有技术的方法，将厚度赋予整个网格单元上后，在同一位置出出现两个不同的厚度值，而不能体现渐变厚度结构的真实厚度值。

如图4所示，进一步地，在步骤b之前还包括如下步骤：

d、根据三维模型在二维坐标平面上的范围，设置不同网格节点在二维坐标平面的投影位置之间的最小间距。

基于网格节点，设置形成的网格单元的各网格节点之间的距离，优化网格的粒度。

在二维坐标平面的投影位置相邻的每两个网格节点通过网格线互连形成的网格形状包括：四边形和/或三角形。也就是说，网格单元可以为四边形单元或三角形单元，还可同时具有四边形单元和三角形单元。

当完成网格划分后，还需要对网格进行修复。如图5所示，该方法进一步包括如下步骤：

e、校核网格边缘与三维模型边缘间的间距，并将小于预定阈值的所述间距为大于或等于所述预定阈值。

划分网格完成后，检查位于三维模型边缘的各网格的质量，并对其进行修复，调整各网格的边缘与三维模型边缘的间距。

具体地，当检查到网格边缘与三维模型边缘件的间距教育预定阈值后，输出间距过小的提示信息，并接收用户或设计者根据该提示信息的判断而输入的间距调整指令。具体调整方法包括两种：一种输出网格单元整体移动，使靠近三维模型边缘处大于或等于预定阈值；另一种是输出网格节点移动，使靠近三维模型边缘的网格节点远离三维模型的边缘，以使网格单元的边缘与三维模型边缘的间距大于或等于预定阈值。

针对上述的三维模型的网格划分方法，本发明还提供一种三维模型的网格划分装置。

如图6所示，在一种具体实施例中，该装置包括如下模块：

模型导入模块，将三维模型导入至三维坐标系中，三维坐标系包括二维坐标平面和垂直于二维坐标平面的厚度坐标轴；

网格节点设定模块，根据三维模型在厚度坐标轴方向上的厚度范围，设定多个离散厚度层；按照多个离散厚度层的厚度值单调变化的顺序，沿着三维模型的轮廓面逐层设定网格节点；

网格生成模块，根据逐层设定的全部网格节点生成网格线，其中，在二维坐标平面的投影位置相邻的每两个网格节点通过网格线互连。

其中，设定的全部网格节点在二维平面的投影位置互不重叠。

进一步地，该装置还包括如下模块：

网格节点间距设定模块，根据所述三维模型再所述二维坐标平面上的范围，设置不同网格节点在所述二维坐标平面的投影位置之间的最小间距。

该网格节点间距设定模块用于设置网格线连接的两个网格节点之间的距离，用于限制网格单元的尺寸。

上述网格节点中，在二维坐标平面的投影位置相邻的每两个网格节点通过网格线互连形成的网格形状包括：四边形和/或三角形。也就是说，网格单元可以为四边形单元或三角形单元，还可同时具有四边形单元和三角形单元。

该装置还包括网格修改模块，校核网格边缘与三维模型边缘间的间距，并将小于预定阈值的所述间距为大于或等于所述预定阈值。

由此可见，该方法将厚度赋予在独立的网格节点上，而与现有的将厚度赋予在网格单元面上相比，能够实现网格单元中各个网格节点处的厚度不一致，从而使划分的网格单元为不等厚度，可更加准确地体现几何结构中各个位置的真实厚度，提高对不等厚件三维模型的网格划分的准确性。

在本文中，“一个”并不表示将本发明相关部分的数量限制为“仅此一个”，并且“一个”不表示排除本发明相关部分的数量“多于一个”的情形。

在本文中，“上”、“下”、“前”、“后”等仅用于表示相关部分之间的相对位置关系，而非限定这些相关部分的绝对位置。

在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示重要程度及顺序、以及互为存在的前提等。

除非另有说明，本文中的数值范围不仅包括其两个端点内的整个范围，也包括含于其中的若干子范围。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施方式描述的，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，而并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种三维模型的网格划分方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

a、将所述三维模型导入至三维坐标系中，所述三维坐标系包括二维坐标平面和垂直于所述二维坐标平面的厚度坐标轴；

b、根据所述三维模型在所述厚度坐标轴方向上的厚度范围，设定多个离散厚度层；按照多个所述离散厚度层的厚度值单调变化的顺序，沿着所述三维模型的轮廓面逐层设定网格节点；

c、根据逐层设定的全部网格节点生成网格线，其中，在所述二维坐标平面的投影位置相邻的每两个网格节点通过网格线互连。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，设定的所述全部网格节点在所述二维坐标平面的投影位置互不重叠。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤b之前进一步包括如下步骤：

d、根据所述三维模型在所述二维坐标平面上的范围，设置不同网格节点在所述二维坐标平面的投影位置之间的最小间距。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述二维坐标平面的投影位置相邻的每两个网格节点通过网格线互连形成的网格形状包括：四边形和/或三角形。

5.如权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，进一步包括如下步骤：

e、校核网格边缘与三维模型边缘间的间距，并将小于预定阈值的所述间距为大于或等于所述预定阈值。

6.一种三维模型的网格划分装置，其特征在于，该装置包括如下模块：

模型导入模块，将所述三维模型导入至三维坐标系中，所述三维坐标系包括二维坐标平面和垂直于所述二维坐标平面的厚度坐标轴；

网格节点设定模块，根据所述三维模型在所述厚度坐标轴方向上的厚度范围，设定多个离散厚度层；按照多个所述离散厚度层的厚度值单调变化的顺序，沿着所述三维模型的轮廓面逐层设定网格节点；

网格生成模块，根据逐层设定的全部网格节点生成网格线，其中，在所述二维坐标平面的投影位置相邻的每两个网格节点通过网格线互连。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，设定的所述全部网格节点在所述二维坐标平面的投影位置互不重叠。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，进一步包括如下模块：

网格节点间距设定模块，根据所述三维模型在所述二维坐标平面上的范围，设置不同网格节点在所述二维坐标平面的投影位置之间的最小间距。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，在所述二维坐标平面的投影位置相邻的每两个网格节点通过网格线互连形成的网格形状包括：四边形和/或三角形。

10.如权利要求6至9任一项所述的装置，其特征在于，进一步包括如下模块：

网格修复模块，校核网格边缘与三维模型边缘间的间距，并将小于预定阈值的所述间距为大于或等于所述预定阈值。