CN110009742A - 用于有限元素网格修复的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
与依赖于用于修复基于计算机的模拟中的有限元素网格的手动过程的现有方法不同，实施例自动修复用于模拟现实世界对象中的有限元素网格。一个这样的实施例开始于识别有限元素网格中的不合规网格元素，并且从有限元素网格中提取包括所识别的不合规网格元素的网格贴片。继续，用于所提取的网格贴片的不变贴片描述被生成，并且与所生成的不变贴片描述相对应的修复解从存储预定修复解的数据库中获得。接着，有限元素网格中的网格贴片使用所获得的修复解来被修复。
Description
背景技术
市场上提供了许多用于部件或部件组装件(assembly)的设计和模拟的现有的产品和模拟系统。这样的系统通常采用计算机辅助设计(CAD)和/或计算机辅助工程(CAE)程序。这些系统允许用户构造、操纵和模拟对象或对象组装件的复杂三维模型。因此，这些CAD和CAE系统使用边或线并且在一些情况下使用面来提供对建模对象的表示。线、边、面或多边形可以以各种方式表示，例如，非均匀有理基础样条(NURBS)。
CAD系统管理建模对象的部件或部件组装件，其主要是几何结构的规范。具体而言，CAD文件包含根据其生成几何结构的规范。根据几何结构，表示被生成。规范、几何结构和表示可以存储在单个CAD文件或多个CAD文件中。CAD系统包括用于向设计者表示建模对象的图形工具；这些工具专用于复杂对象的显示。例如，组装件可以包含数千个部件。CAD系统可以用于管理存储于电子文件中的对象模型。
CAD和CAE系统的出现允许对象的各种表示可能性。一种这样的表示是有限元分析(FEA)模型。术语FEA模型、有限元模型(FEM)、有限元素网格(mesh)和网格在本文中可互换地使用。FEM通常表示CAD模型，并且因此可以表示一个或多个部件或整个组装件。FEM是被称为节点的点的系统，所述节点互连以形成栅格(grid)，其被称为网格。可以以这样的方式对FEM进行编程：FEM具有其表示的一个或多个基础对象的属性。当本领域已知的FEM或其他这样的对象表示以这样的方式被编程时，其可以用于执行对其表示的对象的模拟。例如，FEM可以用于表示运载工具的内腔、围绕结构的声学流体、以及任何数量的现实世界对象和物理系统。此外，CAD和CAE系统以及FEM可以用于模拟工程系统。例如，CAE系统可以用于模拟运载工具的噪声和振动。
发明内容
概括而言，本发明的实施例涉及计算机程序和系统领域，并且具体而言，涉及产品设计和模拟领域。本发明的实施例可以用于视频游戏、工程系统设计和制造、协作决策制定和娱乐(例如，电影)。
更具体而言，实施例提供用于模拟现实世界物理对象的改进的方法和系统。如上文描述的，使用表示被模拟的对象的有限元素网格来执行模拟。现代网格是复杂的，并且因此，网格通常基于CAD模型(即，实体模型)自动生成。这些生成的网格通常包括错误，例如不遵守特定质量度量的网格元素。例如，自动创建的(原始)网格经常使用启发式规则结合网格节点位置(x，y，z)优化来创建网格拓扑以满足特定的应用要求。这些基于启发式的最终用户规则有时会发生冲突，并且不会总是生成适合于应用的自动化网格。
虽然存在用于校正这些错误的方法(例如，在Campen et al.,“A PracticalGuide to Polygon Mesh Repairing,”Eurographics,2012中描述的方法)，其内容通过引用并入本文，但是这些现有方法需要专家用户的手动干预。该手动干预是复杂的，并且大大增加了执行模拟所花费的时间。本发明的实施例克服了这些问题，并且提供了在由有限元素网格表示的现实世界物理对象的模拟中自动修复有限元素网格的方法和系统。实施例采用先前不存在的规则来自动修复现有方法只能通过手动/用户动作修复的有限元素网格。
一个这样的示例性实施例是一种修复由有限元素网格表示的现实世界物理对象的模拟中的有限元素网格的计算机实现的模拟方法。这样的实施例开始于识别表示现实世界物理对象的有限元素网格中的不合规网格元素，并且从有限元素网格中提取包括所识别的不合规网格元素的网格贴片。继续，用于所提取的网格贴片的不变贴片描述被生成，并且从数据库中获得与所生成的不变贴片描述相对应的修复解。接着，使用从数据库中获得的修复解来修复有限元素网格中的网格贴片，这得出修复的有限元素网格。
在实施例中，不合规网格元素由有限元模拟预处理器基于关于其允许的几何结构(例如，纵横比、倾斜、角度、角落角度等)的特定规则来识别。根据另一实施例，不合规网格元素基于不合规网格元素的角度来识别。在又一实施例中，所提取的网格贴片包括不合规网格元素以及在有限元素网格中的与不合规网格元素邻近的每个网格元素。其它有限元模拟预处理器和/或求解器是适合的。
根据实施例，不变贴片描述基于沿着所提取的网格贴片的周边的边的边类型。在另一实施例中，修复网格不仅使用在数据库中获得的修复解，而且包括优化被修复的网格贴片中的节点的位置。方法的替代实施例还包括用于修复网格的功能，即使在与所生成的不变贴片描述相对应的预定修复解不可用时也是如此。在这样的实施例中，为了修复网格，(1)对所提取的网格贴片的表示或指示被提供给用户，(2)用于所提取的网格贴片的修复解从用户被接收，以及(3)所接收的修复解连同所生成的不变贴片描述被存储在数据库中。所获得和存储的修复解转而用于修复网格贴片。此外，所存储的修复解可以用于将来的实施方式以修复类似的缺陷。
此外，实施例提供用于优化和模拟有限元素网格表示的现实世界对象的功能。在一个这样的实施例中，修复的有限元素网格被提供给有限元模拟求解器，并且有限元模拟求解器在现实世界对象的有限元模拟中使用修复的有限元素网格。这样的模拟可以包括优化有限元模型表示的现实世界对象的设计。更进一步地，实施例可以基于使用修复的有限元素网格执行的模拟的结果来控制制造设备以创建基础现实世界对象。在这样的实施例中，模拟可以识别设计变化，并且在这些变化被识别之后，制造设备可以被控制以便创建反映这些设计变化的现实世界对象本身。
本发明的另一实施例指向一种用于修复由有限元素网格表示的现实世界物理对象的模拟中的有限元素网格的系统。系统包括：处理器以及其上存储有计算机代码指令的存储器，所述处理器和所述存储器使系统根据本文描述的任何实施例来修复有限元模型。在系统的实施例中，处理器和存储器以及计算机代码指令使系统识别有限元素网格中的不合规网格元素并且从有限元素网格中提取包括所识别的不合规网格元素的网格贴片。接着，系统生成用于所提取的网格贴片的不变贴片描述。系统被配置为与存储预定修复解的数据库通信，以获得与所生成的不变贴片描述相对应的修复解。系统然后使用从数据库中获得的修复解来修复有限元素网格。
在系统的示例性实施例中，不合规网格元素由有限元模拟预处理器识别。根据系统的又一实施例，在识别不合规网格元素时，处理器和存储器以及计算机代码指令还被配置为使系统基于不合规网格元素的角度来识别不合规网格元素。在又一实施例中，所提取的网格贴片包括不合规网格元素以及在有限元素网格中与不合规网格元素邻近的每个网格元素。
系统的另一实施例被配置为基于沿着所提取的网格贴片的周边的边的边类型来生成不变贴片描述。根据另一实施例，在修改有限元素网格时，处理器和存储器以及计算机代码指令还被配置为使系统优化网格贴片中的节点位置。系统的实施例还被配置为在不存在修复解时修复有限元素网格。在一个这样的实施例中，系统(i)将对所提取的网格贴片的表示或指示提供给用户以进行校正；(ii)从用户接收用于所提取的网格贴片的修复解；(iii)将所接收的修复解连同所生成的不变贴片描述存储在数据库中；以及(iv)使用所存储的修复解来修复网格。系统的又一实施例被配置为使用修复的有限元素网格来实现模拟。在这样的实施例中，系统被配置为将修复的有限元素网格提供给有限元模拟求解器，其中，有限元模拟求解器响应地在现实世界对象的有限元模拟中使用修复的有限元素网格。
本发明的另一实施例指向一种自动修复有限元素网格的云计算实施方式。这样的实施例指向由跨网络与一个或多个客户端通信的服务器执行的计算机程序产品，其中，计算机程序产品包括计算机可读介质。在这样的实施例中，计算机可读介质包括程序指令，所述程序指令当由处理器执行时，使处理器识别有限元素网格中的不合规网格元素并且从有限元素网格中提取包括所识别的不合规网格元素的网格贴片。此外，执行的程序指令使处理器执行以下操作：(i)生成用于所提取的网格贴片的不变贴片描述，(ii)与数据库通信以获得与所生成的不变贴片描述相对应的修复解，以及(iii)使用所获得的修复解来修复有限元素网格中的网格贴片。
附图说明
根据对附图中示出的示例性实施例的以下更具体的描述，前述内容将是显而易见的，在所述附图中，同样的附图标记贯穿不同视图指代相同的部件。附图不一定按比例绘制，而是将重点放在说明实施例上。
图1是根据实施例的用于修复有限元素网格的方法的流程图。
图2是示出用于实施例中修复有限元素网格的工作流的示意图。
图3是示出用于确定用于有限元素网格的贴片的不变描述的方法的步骤的图。
图4描绘了具有在存储设备中的条目的示例性数据结构，所述条目包括可以在实施例中使用的不变描述和对应(关联)解。
图5是示出根据实施例修复的有限元贴片的图。
图6示出了生成验证图3描绘的方法的不变描述的方法。
图7是根据实施例的用于修复有限元素网格的计算机系统的简化框图。
图8是其中可以实现本发明的实施例的计算机网络环境的简化图。
具体实施方式
以下是对示例性实施例的描述。
本文引用的所有专利、公开的申请和参考文献的教导通过引用方式将它们的全部内容并入本文。
数字三维(3D)模型(例如，有限元模型和网格)是许多工业和科学部门中的关键组件。在许多领域中，多边形网格已成为用于模型表示的事实标准，并且因此成为现实世界物理对象的表示。在实践中，网格经常具有许多缺陷和缺点，这使得网格与特定应用的要求不兼容。因此，修复这样的缺陷以便实现兼容性是依赖于有限元素网格的学术应用和工业应用二者中的重要任务。
然而，网格修复问题是不适定的，即，不存在唯一的解并且解可以在对被网格化的对象的小的改变的情况下显著改变。网格修复问题具有固有的拓扑和几何模糊性，需要领域知识、启发式和交互式用户输入。此外，上述问题都是特定于应用的。因此，利用现有方法(例如，Campen et al.,“A Practical Guide to Polygon Mesh Repairing”中描述的方法，其使由自动过程创建的原始网格模型适于特定的应用要求)来修复网格需要对网格修复和每个特定应用和工业二者的透彻了解。网格修复问题还因为修复网格可能会引入其他错误而很困难。因此，修复解需要考虑应用上下文以进行适当的权衡，以便提供满足应用要求并提供关于修复的网格的保证的解。
此外，虽然网格经常包含各种缺陷，但许多应用(例如，有限元模拟求解器)假设没有缺陷和缺点的理想网格。然而，通常，1％的自动生成的网格元素无法遵守应用特定要求。这使用户依赖于现有的网格修复过程，所述过程是高度劳动密集型的人机过程，其可能占用整个模拟过程时间的三分之一。每个设计实例都需要该手动步骤的事实限制了对自动创建的模拟设计几何结构变型的研究。
本发明的实施例解决了这些问题，并且提供了用于自动修复有限元素网格的功能。在一个这样的实施例中，用于特定应用(例如，汽车白车身(automotive body-in-white))的个别网格修复解被变换成不变拓扑解，其可以通过节点位置优化来针对特定条件进行优化，以修复在拓扑上相似的网格。实施例利用解库来提供该功能。例如，在特定实施例中，最终用户可以构建可以自动应用于将来修复的不变网格修复解池。因此，随着实施例被利用，所需的手动修复的数量将随着时间而下降。
图1是根据实施例的用于修复有限元素网格的方法100的流程图。方法100可以是计算机实现的，并且经由本领域已知的硬件和软件的任何组合来执行。例如，方法100可以经由一个或多个处理器以及存储使处理器实现方法100的计算机代码指令的相关联的存储器来实现。
方法100开始于在步骤101处识别表示现实世界物理对象的有限元素网格中的不合规网格元素。在实施例中，不合规网格元素是有限元素网格的不符合工业、应用或求解器要求等的任何组件。例如，不合规网格元素可以是节点、边以及节点和边的任何组合。根据实施例，不合规网格元素关于其中网格正被使用的有限元模拟求解器的要求是不合规的。例如，求解器可以具有网格必须符合的特定要求(例如，角度、位置、三和四面角、纵横比、倾斜、大小、拓扑和几何结构)，并且当给定网格元素不符合所述要求时，网格元素可以被认为是不合规的。在这样的实施例中，不合规网格元素可以由有限元模拟求解器自动识别。在另一示例性实施例中，合规性标准可以是用户或应用要求的产品。例如，特定应用可以要求元素处于特定角度或倾斜，并且当给定网格元素不在这些边界内时，它们被认为是不合规的。此外，可以如Knupp,“Algebraic mesh quality metrics for unstructured initialmeshes,”Finite Elements in Analysis and Design,Vol.39,Issue 3,January 2003(其内容通过引用的方式并入本文)中描述的来确定不合规性。在Knupp中，给出了三角形、四面体、四边形和六面体有限元的大小、形状、倾斜和组合网格质量度量的显式公式，其中，公式是抽象定义的度量的示例，所述度量的基本属性用于指导有效度量的规划。
继续，在步骤102处，来自有限元素网格的包括在步骤101处识别的不合规网格元素的网格贴片被提取。根据实施例，网格贴片被提取，以使得不合规网格元素可以被校正。在实施例中，提取网格贴片包括从有限元素网格中移除网格贴片。在另一示例性实施例中，网格贴片的节点的圆周的副本被制造，并且最终，修复在该圆周内部进行，并且修复的所提取的贴片替换原始贴片，或者原始贴片被修改以反映修复的贴片。在示例性实施例中，所提取的网格贴片包括不合规网格元素和在有限元素网格中与在步骤101处识别的不合规网格元素邻近(例如，靠近或接触)的每个网格元素。此外，实施例可以以各种方式识别待提取的网格贴片。例如，在一个示例性实施例中，具有来自缺陷网格元素的共享顶点的网格元素包括网格贴片。在另一实施例中，网格贴片包括与缺陷网格元素共享节点的元素。在替代实施例中，“提取”网格贴片包括重新创建并存储网格贴片，从而修复可以在必要的变化被识别之后在有限元素网格中的网格贴片上被复制。在又一实施例中，在步骤102处“提取”网格贴片包括简单地识别网格贴片，以使得在步骤103中(如下文描述的)用于网格贴片的不变描述可以被生成。
接下来，在步骤103处，用于所提取的网格贴片的不变贴片描述被生成。根据实施例，在步骤103处，所提取的网格贴片的不变描述基于一个或多个规则来生成，所述规则可以应用于其他贴片以使得每个唯一贴片具有对应的唯一描述。然而，根据实施例，步骤103处使用的用于生成不变描述的规则生成对某些操作(例如，调整大小和旋转)不变的描述。因此，如果两个网格贴片除了其大小之外相同，则这些网格贴片对于生成不变描述的目的而言不是“唯一的”，并且因此将均具有相同的不变描述。
在方法100的实施例中，可以使用任何方法来生成不变贴片描述。例如，在实施例中，在步骤103处生成的不变贴片描述基于沿着所提取的网格贴片的周边的边的边类型。此外，在另一实施例中，不变贴片描述使用图3中描绘的方法330来生成并且在下文中被描述。
在步骤104处，方法100继续，并且在步骤103处生成的不变贴片描述通过与存储预定修复解的数据库通信来用于获得与所生成的不变贴片描述相对应的修复解。在这样的实施例中，修复解的主体(即，对修复网格贴片的有限元素网格贴片的改变)存储在数据库中。这些现有的修复解可以是由用户和服务提供者存储的先前识别的解。根据实施例，每个修复解连同对应的不变描述被存储在数据库中，所述不变描述使用与步骤103中相同的方法来生成。如果在步骤104处在数据库中找到描述，则与在数据库中发现的描述相对应的修复解可以用于修复所提取的网格贴片，这是因为在步骤104中搜索的不变描述是使用步骤103中使用的相同方法生成的。简言之，在实施例中，在步骤104处，数据库被搜索以识别不变描述，其可能确切地匹配在步骤103处生成的不变描述，并且与匹配不变描述一起存储的修复解转而被获得。
方法100还可以包括用于当在步骤104处没有找到与在步骤103处生成的不变贴片描述相对应的不变贴片描述时(即，当数据库没有与所生成的不变贴片描述相对应的修复解时)修复网格的功能。为了提供这样的功能，当在数据库中没有找到修复解时，对所提取的网格贴片的表示或指示被提供给用户以进行校正。用户提供用于所提取的网格贴片的解，其在实现方法100的计算设备处被获得。在如下文描述的步骤105中使用该获得的解来校正有限元素网格。此外，所获得的解还可以与在步骤103处生成的不变描述一起存储在数据库中。以该方式，解的主体随着方法被实现而增加，并且这些生成的解可以被存储以供将来使用以自动修复包括具有相同不变描述的不合规网格元素的有限元素网格。
在替代实施例中，如果在步骤104处没有找到修复解，则方法返回到步骤102，并且提取包括不合规网格元素的不同网格贴片。在这样的实施例中，例如，如果网格贴片最初包括具有与缺陷网格元素邻近的顶点的网格元素，则在该新尝试中，网格贴片可以被扩展为包括与缺陷网格元素共享节点的所有网格元素。继续，在步骤103处针对该新网格贴片生成新的不变贴片描述，并且在步骤104处再次搜索数据库以确定是否存在用于新网格贴片的修复解。通过改变网格贴片，不变描述改变，并且因此，在步骤104处搜索被改变以尝试再次找到用于网格元素的修复解。
方法100在步骤105处继续，其中，使用在步骤104处获得的修复解来修复有限元素网格中的网格贴片。在步骤105处修复网格得出修复的有限元素网格。在步骤105处修复网格贴片可以包括基于在步骤101处获得的修复解来修改网格的元素，例如边和节点。这样的操作可以包括改变网格中元素的节点和角的数量、位置和几何位置。此外，在步骤105处修复网格还可以包括优化网格贴片中的节点位置。节点优化可以维护拓扑(节点的网络)，但是改变各个节点的(x，y，z)位置。在实施例中，可以使用非线性优化方法来执行节点优化。
如上文描述的，修复网格(例如，在步骤105处)可能会引入新的错误。因此，在实施例中，可以重复方法100直到不再存在错误。在另一实施例中，如果例如不能获得没有错误的网格，则与网格合规性有关的规则(例如，指示网格元素何时不合规的规则)可以通过允许更大的纵横比、倾斜角度等来放宽。
方法100还可以包括使用从步骤105得到的修复的网格来执行现实世界物理对象的有限元模拟。在一个这样的示例性实施例中，方法100通过将修复的有限元素网格提供给有限元模拟求解器来继续，并且有限元模拟求解器响应地在现实世界对象的有限元模拟中使用修复的有限元素网格。在替代实施例中，方法100由有限元模拟求解器实现，作为执行模拟的一部分，并且因此，在完成修复时，求解器继续运行并且模拟被执行。
图2是描绘用于修复有限元素网格的工作流220的图。在步骤221处，原始网格上不遵守应用要求(例如，角度、倾斜等)的网格元素被识别。步骤221还可以包括显示网格230和不合规网格元素231。所显示的网格230和网格元素231可以在显示器中被着色或突出显示。工作流220继续并且在步骤222处，其中，包括故障网格元素231和与故障网格元素231邻近的元素的网格贴片232从有限元素网格230中被提取。在实施例中，有限元素网格230的所有其他元素在提取过程222和修复过程220期间保持不变。接下来，在步骤223处，不变网格贴片描述233被创建。在示例性实施例中，在步骤223处创建的不变描述基于所提取的网格贴片232的周边周围的边的边类型来生成。在这样的实施例中，边类型可以包括：与另一元素共享的、边是孔的部分、边在部件边处、边与另一部件连接等等。
继续，在步骤224处，进行检查以确定是否存在具有相同的不变网格贴片拓扑描述的预先存在的解。该检查可以包括扫描通信地耦合到实现工作流220的计算设备的任何数量的存储器存储设备，例如数据库。如果存在解，则工作流继续到步骤225，并且应用预先存在的解来修复有限元素网格230。在步骤225处，还可以执行节点优化，其包括确定是否可能在仍然遵守特定应用要求的同时优化节点位置。此外，如果多个解在步骤224处被识别，则这些多个解在步骤225处被顺序地应用以修复有限元素网格。
然而，如果没有解在步骤224处被识别，则工作流220继续到步骤226或步骤227以修复有限元素网格。在步骤226处，用户234通过向网格贴片232添加或减去节点和/或边来手动创建解。用户234还可以优化节点位置。在步骤227处，用户234创建对网格规则的一组局部修改以解决不合规网格元素。在这样的实施例中，在步骤227处，用户234以一个或多个现有规则开始，并且修改该规则以校正不合规网格元素。在这样的实施例中，曾使用的原始网格规则可以以其原始形式保持，并且修改的规则可以连同在步骤223处创建的不变描述存储为新规则以供将来使用。
图3示出了可以在本发明的实施例(例如，方法100和工作流220)中采用的用于生成不变网格贴片描述的过程330。过程330创建是数字(例如，二进制序列)的网格描述，其对于诸如网格贴片的旋转、大小和镜像/翻转之类的变化是不变的。在数学中，不变量是由一类对象持有的属性，当某个类型的变换应用于对象时，所述属性保持不变。特定的对象类和变换类型通常由其中对象被使用的上下文指示。对于过程330，网格贴片描述对于包括旋转、重新调整大小、镜像和翻转的改变是不变的。因此，由于旋转、调整大小、镜像和翻转而不同的任何数量的网格贴片仍将具有相同的贴片描述。
过程330开始于步骤350处，其中不合规网格贴片(即，不合规四元素或三元素331)包括节点332a-e和边333a-e。接下来，在步骤351处，边333a-e沿给定方向(例如逆时针)在任何边处开始编号(1-5)。如图3描绘的，边333a-e分别是数字2、3、4、5和1。继续，在步骤352处，为每个边类型指派给定的二进制值。在方法330中，形成孔的部分的边被指派1，并且与另一网格元素共享的边被指派0。在步骤352处，这产生边数334和对应的二进制值335。最后，在步骤353处，通过重复边数334和对应的二进制值335来识别不变描述以创建数字序列336和337。然后，检查序列337以识别可以被创建的包括网格贴片331的所有对应边338的最高二进制数339。根据实施例，二进制序列339的二进制数10100或对应的十进制值20被用作用于网格贴片331的不变描述(分类号)，并且不变描述339与用于修复网格贴片331的修复解一起被存储。
绝大多数不良的(即，不合规的)网格元件贴片包括10个或更少的边曲线。因此，使用过程330，2^10(≈1000)个不变解定义了整个解空间。假设每个不变描述都存在修复解，这实现了在少于一分钟的时间中自动修复10,000个元素。此外，在实施例中，这可以通过进一步细化不变解来加速，而代价是需要更多的手动修复解。在示例性实施例中，细化不变解包括使用共享节点来定义贴片中的邻近元素。这导致网格贴片具有更多节点，但是因为存在“类”，所以需要存储更多的修复解。在另一示例中，通过根据诸如纵横比之类的几何比例来对解进行排序以细化解。该方法将解空间分解成更多类。此外，因为网格修复是不适定问题，并且因此不存在唯一解，所以可以以实际用修复解填充类为代价来完成任何数量的细化。虽然方法330描绘了生成不变描述的特定过程，但是本发明技术的实施例不限于此并且可以使用任何种类的不变描述生成方法。例如，在示例性实施例中，贴片的圆周被描述为通过角连接的给定长度的一组向量，并且该圆周被缩放成单位正方形。
图4示出了存储设备中的条目440(存储设备中的数据结构)，其包括可以用于校正与不变描述441相对应的网格贴片的不变描述441和修复解442。条目440存储在图3中描绘的方法330中确定出的分类号441以及用于图3中示出的网格贴片331的修复解442。如上文讨论的，分类号可以存储为二进制序列441a或十进制值441b，并且实施例可以同样存储值441a和441b二者。此外，条目441存储与分类号441相对应的修复解442。修复解442是校正与分类号441相对应的网格贴片所需的修复的描述。修复解指示修复节点6被添加在节点1和2之间，修改节点7被添加在节点3和4之间，并且修复节点8被添加在节点7和4之间。此外，修复解442指示四元组(quad)1-5-4-8、6-1-8-7和2-6-7-3被形成。对形成四元组的指示用于指示要进行的边连接和要添加的另外的边。修复解442可替代地指示是解的一部分的边连接本身，而不是经由四元组指示来指示边连接。另外，修复解还可以指示节点位置在由解定义的拓扑内被优化(即，在其他节点和形成的象限(quadrant)之间的节点位置)。注意到，虽然图4示出了单个修复解，但实施例可以利用存储任意数量的修复解的任何数量的存储设备。
图5示出了已经在网格贴片331上执行了修复解442之后的网格贴片551。在图5中描绘的修复网格551中，节点532f被添加在节点532a和532b之间，节点532g被添加在节点532c和532d之间，并且节点532h被添加在节点532g和532d之间。此外，边被添加以形成四元组552a-c。在实施例中，通过使用构成修复解的顺序修复集来依序执行修复。
图6描绘了验证过程330以生成不变描述的过程660。如上文描述的，过程330创建对于诸如网格贴片的旋转、调整大小、镜像和翻转之类的改变是不变的不变描述。在图6中，网格贴片331已被翻转，以使得水平x中的节点位置已被改变为负x以创建网格贴片631。接着，过程660与过程330类似地执行。
过程660开始于步骤661处，其中，不合规网格贴片631包括节点632a-e和边633a-e。接下来，在步骤662处，边633a-e沿给定方向(例如，顺时针)在任何边处开始编号(1-5)。如图6中描绘的，边633a-e分别被编号为4、5、1、2和3。继续，在步骤663处，为每个边类型指派给定的二进制值。在方法660中，形成孔的部分的边被指派1，并且与另一网络元素共享的边被指派0。在步骤663处，这产生边数634和对应的二进制值635。最后，在步骤664处，通过重复边数634和对应的二进制值635来识别不变描述以创建序列636和637。然后，检查序列637以识别可以被创建的包括网格贴片631的所有对应边638的最高二进制数639。与图3中描绘的过程类似，最大二进制数639是10100。因此，即使网格631是网格331的翻转版本，用于生成不变描述的过程660也产生相同的不变分类号639。
图7是根据本文描述的本发明的任何实施例的任何种类的基于计算机的系统770的简化框图，所述系统可以用于生成和优化现实世界的对象。系统770包括总线773。总线773用作系统770的各种组件之间的互连。连接到总线773的是输入/输出设备接口776，其用于将各种输入和输出设备(例如，键盘、鼠标、显示器、扬声器等)连接到系统770。中央处理单元(CPU)772连接到总线773，并且提供对实现实施例的计算机指令的执行。存储器775为用于执行实现诸如先前在图1-6中描述的实施例之类的实施例的计算机指令的数据提供易失性存储装置。存储装置774为软件指令提供非易失性存储装置，所述软件指令例如操作系统(未示出)和实施例配置等。系统770还包括用于连接到本领域已知的任何种类的网络(包括广域网(WAN)和局域网(LAN))的网络接口771。
应当理解，本文描述的示例性实施例可以以许多不同方式实现。在一些实例中，本文描述的各种方法和机器均可以由物理、虚拟或混合通用计算机(例如，计算机系统770)或计算机网络环境(例如，计算机环境880，如下文结合图8描述的)实现。计算机系统770可以例如通过将软件指令加载到存储器775或非易失性存储装置774中以供CPU 772执行来变换成执行本文描述方法的机器。本领域普通技术人员还应当理解，系统770及其各种组件可以被配置为执行本文描述的本发明的任何实施例或实施例的组合。此外，系统770可以利用内部或外部地在操作上耦合到系统770的硬件、软件和固件模块的任何组合来实现本文描述的各种实施例。此外，系统770可以在通信上耦合到或嵌入在制造设备内，以便控制设备创建如本文描述的物理对象。
图8示出了其中本发明的实施例可以被实现的计算机网络环境880。在计算机网络环境880中，服务器881通过通信网络882链接到客户端883a-n。环境880可以用于允许客户端883a-n(单独或与服务器881组合)执行本文描述的方法中的任何方法。对于非限制性示例，计算机网络环境880提供云计算实施例、软件即服务(SAAS)实施例等。
可以用硬件、固件或软件的形式实现实施例或其各方面。如果用软件实现，则软件可以存储在任何非暂态计算机可读介质上，所述软件被配置为使处理器能够加载软件或其指令子集。处理器然后执行指令并且被配置为以如本文描述的方式操作或使装置以如本文描述的方式操作。
此外，本文可以将固件、软件、例程或指令描述为执行数据处理器的某些动作和/或功能。然而，应当领会，本文包含的这样的描述仅仅是为了方便，并且这样的动作实际上由执行固件、软件、例程、指令等的计算设备、处理器、控制器或其它设备产生。
应当理解，流程图、框图和网络图可以包括更多或更少的元素、被不同地布置、或者被不同地表示。但是还应当理解，某些实施方式可以规定示出实施例的执行的块和网络图以及块和网络图的数量以特定方式实现。
因此，另外的实施例还可以用各种计算机架构、物理、虚拟、云计算机和/或它们的某个组合来实现，并且因此，本文描述的数据处理器旨在仅用于说明的目的而不是作为对实施例的限制。
虽然已经具体示出和描述了示例性实施例，但是本领域技术人员将理解，在不脱离所附权利要求所涵盖的实施例的范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。
Claims (20)
1.一种修复由有限元素网格表示的现实世界物理对象的模拟中的所述有限元素网格的计算机实现的方法，所述方法包括：
识别表示现实世界物理对象的有限元素网格中的不合规网格元素；
从所述有限元素网格中提取包括所识别的不合规网格元素的网格贴片；
生成用于所提取的网格贴片的不变贴片描述；
与存储预定修复解的数据库通信，并且从所述数据库中获得与所生成的不变贴片描述相对应的修复解；以及
使用来自所述数据库的所获得的修复解来修复所述有限元素网格中的所述网格贴片，并且所述修复得到修复的有限元素网格。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述不合规网格元素是由有限元模拟预处理器识别的。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述不合规网格元素是基于以下各项中的至少一项来识别的：所述不合规网格元素的角度、倾斜、纵横比和几何属性。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所提取的网格贴片包括所述不合规网格元素以及在所述有限元素网格中与所述不合规网格元素邻近的每个网格元素。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述不变贴片描述是基于沿着所提取的网格贴片的周边的边的边类型的。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括：
将所述修复的有限元素网格提供给有限元模拟求解器，并且所述有限元模拟求解器响应地在所述现实世界对象的有限元模拟中使用所述修复的有限元素网格。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，修复所述有限元素网格中的所述网格贴片包括：
优化所述网格贴片中的节点位置。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述数据库不具有与所生成的不变贴片描述相对应的修复解的情况下，所述方法还包括：
将对所提取的网格贴片的表示或指示提供给用户以进行校正；
从所述用户接收用于所提取的网格贴片的修复解；以及
将所接收的修复解连同所生成的不变贴片描述存储在所述数据库中。
9.一种用于修复由有限元素网格表示的现实世界物理对象的模拟中的所述有限元素网格的系统，所述系统包括：
处理器；以及
其上存储有计算机代码指令的存储器，所述处理器和所述存储器以及所述计算机代码指令被配置为使所述系统执行以下操作：
识别表示现实世界物理对象的有限元素网格中的不合规网格元素；
从所述有限元素网格中提取包括所识别的不合规网格元素的网格贴片；
生成用于所提取的网格贴片的不变贴片描述；
与存储预定修复解的数据库通信，并且从所述数据库中获得与所生成的不变贴片描述相对应的修复解；以及
使用来自所述数据库的所获得的修复解来修复所述有限元素网格中的所述网格贴片，并且所述修复得到修复的有限元素网格。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述不合规网格元素是由有限元模拟预处理器识别的。
11.根据权利要求9所述的系统，其中，在识别所述不合规网格元素时，所述处理器和所述存储器以及所述计算机代码指令还被配置为使所述系统基于以下各项中的至少一项来识别所述不合规网格元素：所述不合规网格元素的角度、倾斜、纵横比和几何属性。
12.根据权利要求9所述的系统，其中，所提取的网格贴片包括所述不合规网格元素以及在所述有限元素网格中与所述不合规网格元素邻近的每个网格元素。
13.根据权利要求9所述的系统，其中，在生成所述不变贴片描述时，所述处理器和所述存储器以及所述计算机代码指令还被配置为使所述系统基于沿着所提取的网格贴片的周边的边的边类型来生成所述不变贴片描述。
14.根据权利要求9所述的系统，其中，所述处理器和所述存储器以及所述计算机代码指令还被配置为使所述系统执行以下操作：
将所述修复的有限元素网格提供给有限元模拟求解器，并且所述有限元模拟求解器响应地在所述现实世界对象的有限元模拟中使用所述修复的有限元素网格。
15.根据权利要求9所述的系统，其中，在修复所述有限元素网格中的所述网格贴片时，所述处理器和所述存储器以及所述计算机代码指令还被配置为使所述系统执行以下操作：
优化所述网格贴片中的节点位置。
16.根据权利要求9所述的系统，其中，所述处理器和所述存储器以及所述计算机代码指令还被配置为使所述系统在所述数据库不具有与所生成的不变贴片描述相对应的修复解的情况下执行以下操作：
将对所提取的网格贴片的表示或指示提供给用户以进行校正；
从所述用户接收用于所提取的网格贴片的修复解；以及
将所接收的修复解连同所生成的不变贴片描述存储在所述数据库中。
17.一种用于修复由有限元素网格表示的现实世界物理对象的模拟中的所述有限元素网格的非暂时性计算机程序产品，所述计算机程序产品由跨网络与一个或多个客户端通信的服务器执行，并且包括：
计算机可读介质，所述计算机可读介质包括程序指令，所述程序指令在由处理器执行时使所述处理器执行以下操作：
识别表示现实世界物理对象的有限元素网格中的不合规网格元素；
从所述有限元素网格中提取包括所识别的不合规网格元素的网格贴片；
生成用于所提取的网格贴片的不变贴片描述；
与存储预定修复解的数据库通信，并且从所述数据库中获得与所生成的不变贴片描述相对应的修复解；以及
使用来自所述数据库的所获得的修复解来修复所述有限元素网格中的所述网格贴片，并且所述修复得到修复的有限元素网格。
18.根据权利要求17所述的计算机程序产品，其中，所述不合规网格元素是由有限元模拟预处理器识别的。
19.根据权利要求17所述的计算机程序产品，其中，所述指令在被执行时使所述处理器基于以下各项中的至少一项来识别所述不合规网格元素：所述不合规网格元素的角度、倾斜、纵横比和几何属性。
20.根据权利要求17所述的计算机程序产品，其中，所提取的网格贴片包括所述不合规网格元素以及在所述有限元素网格中与所述不合规网格元素邻近的每个网格元素。
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