CN109726442A - 一种基于acis平台的三维实体模型重构方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无原始数据的三维实体模型重构技术，属于计算机仿真领域，具体为一种基于ACIS平台的三维实体模型重构方法。本发明通过导入待重构模型文件至ACIS平台的软件中，直接在模型显示的错误部分进行实体的二次重构，进而使平台构建完整的三维实体模型可以直接被基于ACIS内核的CAE软件使用。该方法的通用性极大，重构方式简便迅捷，重构模型可根据研究人员需要灵活调整，避免了因为模型识别错误无法与CAE软件交互而进行原物重建工作，节约了大量时间和人力、物力资源。

Description

一种基于ACIS平台的三维实体模型重构方法

技术领域

本发明涉及无原始数据的三维实体模型重构技术，属于计算机仿真领域，具体为一种基于ACIS平台的三维实体模型重构方法。

背景技术

随着计算机的发展，三维模型在不同的领域起着越来越重要的作用。除了在医学、影视、建筑等领域起展示作用之外，三维模型还在工程界尤其在计算机仿真领域中扮演着重要的角色。在使用有限元法进行计算机仿真时，传统的做法需经过构建三维模型、网格划分、数值求解等过程。其中三维模型是进行计算机仿真的基础。目前主流建模软件几何建模的内核引擎一般为Parasolid或ACIS，通过定义形状的边界来表示形状，即边界表示法造型。而除了边界表示法之外，几何造型方法还有诸如线框、集合论、多面体模型以及八叉树等类型。因此尽管可以获得丰富的CAD模型文件资源，但将某一建模内核构造的模型文件导入拥有另一建模内核的软件时会造成模型识别错误；并且若模型构建核心与后续进行网格划分的核心不一致时会造成构建的模型无法进行网格划分进而无法进行数值求解的状况。

目前解决这一问题的方法为根据CAE软件的几何造型引擎对模型进行重建或修复，其方式可以分为两种形式。一种形式为根据实物的结构数据进行修复或重构，包括基于激光扫描的点云法、网格修复法等等；另一种形式为无实物的原始数据下的模型修复方法，包括利用现有模型修复不完整扫描模型的方法、一种无原始模型的失效模具快速修复方法、一种轮廓线指导的三维模型重构方法等。

当前主流的商业软件的建模核心多以Parasolid或ACIS为主，主流CAE软件也多与以上建模内核交互。因此面对可轻易获得的大量以边界表示法构建的模型，现有的建模方式尽管精确度较高，但是具有对物体原始结构数据依赖大、修复方式繁复、构建速度较慢的缺点，且不能保证模型可以直接用于网格划分，并且这些方法无法利用其它建模内核构建的CAD模型，造成了时间和资源浪费。

发明内容

针对上述存在问题，为解决建模软件间内核不同时模型识别错误，以及模型构建软件与后续网格划分软件核心不一致时模型不能通用无法进行网格划分进而无法进行数值求解的问题，本发明提供了一种基于ACIS平台的三维实体模型重构方法，以便于重构后的模型可以直接用于与ACIS平台交互的软件进行网格划分。

具体技术方案，包括以下步骤：

A、将待重构模型文件导入ACIS内核的建模软件中，实现模型文件的显示；

B、对步骤A获得的模型的面实体S_i的错误类型进行检测，将错误部分标识为交错、接触、缺失和/或大落差类型，然后对待重构模型进行错误部分的分割；

两个或多个面实体的边界线与面实体相交时，标识为交错。对于划分到交错类型中的面实体集合，以顺序或无序方式依次对集合中的元素区域进行边界坐标点信息提取；然后对获取的点云信息进行插值处理，获得离散的点云数据，点云的连线为封闭直线或曲线。

两个或多个面实体可以使用一条封闭的线实体表示边界线，但具有多条封闭的边界线，且边界线之间存在微小间隙时，标识为接触。对于划分到接触类型中的面实体集合，以顺序或无序方式依次对集合中的元素区域进行边界坐标点信息提取，识别出两个接触面；然后对获取的接触面的点云信息进行插值处理，消去接触面边线之间存在的间隙，获得离散的点云数据，点云的连线为封闭的直线或曲线。

面实体出现孔洞或残缺，多个面实体包围的区域不封闭时，标识为缺失。对于划分到缺失类型中的面实体集合，以顺序或无序方式依次对集合中的元素区域进行边界坐标点信息提取，并设置一个或多个形状因子；然后对获取的点云信息综合形状因子进行插值处理，获得离散的点云数据，点云的连线为封闭直线或曲线；所述形状因子为人工设置的点和/或任意面实体的边界线。

两个或多个面所在的水平面之间存在微小高度差时，标识为大落差。对于划分到大落差类型中的错误区域集合，以顺序或无序方式依次对集合中的元素区域进行边界坐标点信息提取；然后对获取的点云信息进行插值处理，消去集合中元素面上边界线的落差，获得离散的点云数据，点云的连线为封闭直线或曲线。

所述进行插值处理为：通过数学方式获取线性或非线性边界线的函数表达式，并通过数学的方式计算出缺失部分或所需修改部分的边界线上点的三维空间坐标。

C、利用ACIS平台首先将步骤B中获得待重构模型的封闭的点云数据进行线实体构建，然后在线实体的基础上进行面实体的构建，最后在面实体的基础上进行三维实体的构建；

D、对步骤C中获取的三维实体以及待重构模型的正确部分，依据设计要求进行相应的拉伸、放样和/或组合操作，最终将分离的三维实体重构成一个完整的三维实体；

E、对步骤D获得的完整三维实体进行网格划分，检测网格是否出现错误。若出现错误，将错误位置进行标记，重复步骤B至步骤E中的操作；若无错误，则将重构后的三维实体模型保存为基于ACIS内核的sat文件，至此实现基于ACIS平台的三维实体模型重构过程。

所述三维实体为：具备三维空间信息的、基于ACIS几何建模引擎的、由C++类ENTITY实现的最基本的对象。

本发明通过导入待重构模型文件至基于ACIS平台的软件中，直接在模型显示的错误部分进行实体的二次重构，进而使平台构建完整的三维实体模型可以直接被基于ACIS平台的CAE软件使用。该方法的通用性极大，重构方式简便迅捷，重构模型可根据研究人员需要灵活调整，避免了因为模型识别错误无法与CAE软件交互而进行原物重建工作，节约了大量时间和人力、物力资源。

附图说明

图1为本发明的方案流程图。

图2为实施例的模型轮廓图。

图3为实施例三维实体模型大落差错误显示及细节显示图。

图4为实施例三维模型缺失错误和交错错误显示图。

图5为实施例交错错误的轮廓图。

图6为实施例根据错误类型原模型被分割后的轮廓图。

图7为实施例交错类型的边线经过插值修正后的点云图。

图8为实施例缺失类型的边线经过插值修正后的点云图。

图9为实施例大落差类型的边线经过插值消去落差后的点云图。

图10为实施例通过点云信息构建的三维实体部分轮廓图。

图11为实施例经过重构的完整的三维实体模型图。

图12为实施例重构后的三维实体模型进行网格划分的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明内容进一步阐释，如图1所示为本发明的方案流程图。

A、将待重构模型文件导入ACIS内核的建模软件中，得到残缺的三维模型，模型的框架如图2所示。

B、对步骤A获得的模型的面进行检测，检测模型左端部分，发现左侧凹面与壁面在接触时存在落差，如图3所示，故将面S₁和面S₃标记为大落差错误，记为L＝{(S₁,S₃)}；检测模型右端部分，模型右视图如图4所示，发现右侧四个面未闭合，出现孔洞，且其中两个面的边界线出现相交现象，如图5所示，故将面S₄和面S₅标记为交错错误，记为C＝{(S₄,S₅)}；将面S₄、S₅、S₆、S₇标记为缺失错误，记为Q＝{(S₄,S₅,S₆,S₇)}。并对模型进行包含错误部分的分割，分割结果如图6所示，其中需要修正的部分为P₁和P₃。

对于获得的划分到交错类型中的集合C，由于其中只有一个元素，因此直接提取元素的边界坐标点信息。提取面S₄三条边界线的坐标，得到三个点集为l₁＝{(x₁,y₁,z₁),(x₂,y₂,z₂),…,(x_N,y_N,z_N)}，l₂＝{(x₁,y₁,z₁),(x₂,y₂,z₂),…,(x_N,y_N,z_N)}，l₃＝{(x₁,y₁,z₁),(x₂,y₂,z₂),…,(x_N,y_N,z_N)}；同理提取面S₅三条边界线的坐标，得到三个点集，分别表示为l₄、l₅、l₆。对获取的点云信息进行插值处理，根据我们期望得到的模型结构，面S₄和面S₅相交处的点应该被摒弃，因此插值出两处离散的、封闭的、平滑的点云，如图7所示。

对于获得的划分到缺失类型中的集合Q，由于其中只有一个元素，因此直接提取元素的边界坐标点信息。提取边界信息时面S₄和面S₅的点信息为处理后的新的信息。此外，根据我们期望得到的模型结构设置点形状因子，以便于使四个面相交于一点。对获取的点云和形状因子进行插值处理，获得离散的、封闭的、平滑的点云，结果如图8所示。

对于获得的划分到大落差类型中的集合L，由于其中只有一个元素，因此直接提取元素面S₁和面S₃的边界线坐标点信息。对获取的点云信息进行插值处理，消去落差h，获得离散的、封闭的、平滑的点云数据，如图9所示。

C、通过以上步骤，获得了一个封闭三维物体边界线的闭合点云图形，利用ACIS平台对点云进行线实体构建，进一步在线实体的基础上进行面实体的构建，再进一步地在面实体的基础上进行三维实体的构建，获得了消除交错和缺失错误后的后的三维实体模型；同理，通过对获得的处理后的闭合点云与原三维实体的边界线点云的线实体、面实体的构建，进一步在闭合面实体上获得了消除落差后的三维实体。结果如图10所示。

D、对步骤C中获取的多个三维实体结合原三维模型的结构进行拉伸、放样、组合操作，将多个三维实体重构成一个如图11所示的完整的三维实体。

E、对步骤D中获得的重构后的三维模型进行网格划分，检测网格是否出现错误。划分后的网格如图12所示，检测网格无错误，故将重构后的三维实体模型保存为基于ACIS内核的sat文件，至此实现基于ACIS平台的三维实体模型重构过程。

以上可见，本发明通用性极大，重构方式简便迅捷，重构模型可根据研究人员需要灵活调整，避免了因为模型识别错误无法与CAE软件交互而进行原物重建工作，节约了大量时间和人力、物力资源。

Claims (1)

1.一种基于ACIS平台的三维实体模型重构方法，包括以下步骤：

A、将待重构模型文件导入ACIS内核的建模软件中，实现模型文件的显示；

B、对步骤A获得的模型的面实体S_i的错误类型进行检测，将错误部分标识为交错、接触、缺失和/或大落差类型，然后对待重构模型进行错误部分的分割；

两个或多个面实体的边界线与面实体相交时，标识为交错；对于划分到交错类型中的面实体集合，以顺序或无序方式依次对集合中的元素区域进行边界坐标点信息提取；然后对获取的点云信息进行插值处理，获得离散的点云数据，点云的连线为封闭直线或曲线；

两个或多个面实体可以使用一条封闭的线实体表示边界线，但具有多条封闭的边界线，且边界线之间存在微小间隙时，标识为接触；对于划分到接触类型中的面实体集合，以顺序或无序方式依次对集合中的元素区域进行边界坐标点信息提取，识别出两个接触面；然后对获取的接触面的点云信息进行插值处理，消去接触面边线之间存在的间隙，获得离散的点云数据，点云的连线为封闭的直线或曲线；

面实体出现孔洞或残缺，多个面实体包围的区域不封闭时，标识为缺失；对于划分到缺失类型中的面实体集合，以顺序或无序方式依次对集合中的元素区域进行边界坐标点信息提取，并设置一个或多个形状因子；然后对获取的点云信息综合形状因子进行插值处理，获得离散的点云数据，点云的连线为封闭直线或曲线；所述形状因子为人工设置的点和/或任意面实体的边界线；

两个或多个面所在的水平面之间存在微小高度差时，标识为大落差；对于划分到大落差类型中的错误区域集合，以顺序或无序方式依次对集合中的元素区域进行边界坐标点信息提取；然后对获取的点云信息进行插值处理，消去集合中元素面上边界线的落差，获得离散的点云数据，点云的连线为封闭直线或曲线；

所述进行插值处理为：通过数学方式获取线性或非线性边界线的函数表达式，并通过数学的方式计算出缺失部分或所需修改部分的边界线上点的三维空间坐标；

C、利用ACIS平台首先将步骤B中获得待重构模型的封闭的点云数据进行线实体构建，然后在线实体的基础上进行面实体的构建，最后在面实体的基础上进行三维实体的构建；

D、对步骤C中获取的三维实体以及待重构模型的正确部分，依据设计要求进行相应的拉伸、放样和/或组合操作，最终将分离的三维实体重构成一个完整的三维实体；

E、对步骤D获得的完整三维实体进行网格划分，检测网格是否出现错误；

若出现错误，将错误位置进行标记，重复步骤B至步骤E中的操作；

若无错误，则将重构后的三维实体模型保存为基于ACIS内核的sat文件，至此实现基于ACIS平台的三维实体模型重构过程；

所述三维实体为：具备三维空间信息的、基于ACIS几何建模引擎的、由C++类ENTITY实现的最基本的对象。