CN112699455B - 一种基于t样条的飞机蒙皮无缝成型方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于T样条的飞机蒙皮无缝成型方法，首先按照飞机蒙皮的尺寸要求构建基于T样条的机身结构，然后在机身结构的基础上，对机身结构的尾翼和侧翼位置的网格进行拉伸操作，并在机身和尾翼、机身和侧翼的连接处增加T样条控制点，从而实现一张T样条曲面构建出完整的飞机蒙皮，通过引入T样条曲面代替传统的NURBS曲面的飞机蒙皮成型模式，能够使拓扑层面与飞机结构设计需求相协调，并大幅减少飞机蒙皮模型的数据量，删除大量不携带几何信息的控制点，从而有效提高蒙皮表面局部的光顺性，解决NURBS曲面的飞机蒙皮成型方法存在的拓扑结构与飞机结构设计需求不协调、模型数据量冗余、蒙皮表面光顺性差的问题。

Description

一种基于T样条的飞机蒙皮无缝成型方法及装置

技术领域

本发明涉及计算机辅助几何设计领域，特别是涉及一种基于T样条的飞机蒙皮无缝成型方法及装置。

背景技术

飞机蒙皮是指包围在飞机骨架结构外且用粘接剂或铆钉固定于骨架上，形成飞机气动力外形的维形构件。飞机蒙皮与骨架所构成的蒙皮结构具有较大承载力及刚度，而自重却很轻，起到承受和传递气动载荷的作用。蒙皮承受空气动力作用后将作用力传递到相连的机身机翼骨架上，受力复杂，加之蒙皮直接与外界接触，所以不仅要求蒙皮材料强度高、塑性好，还要求表面光滑，有较高的抗蚀能力，因此，飞机蒙皮的设计尤为重要。

现有的飞机蒙皮成型方法，大多采用非均匀有理B样条曲面(简称NURBS 曲面)成型方法，而NURBS曲面成型的飞机蒙皮存在以下三大严重缺陷：(1) NURBS曲面拓扑结构单一，与飞机自身空气动力学设计不匹配。源于NURBS 自身的参数域为一个整体，没有局部细化。(2)三维模型数据冗余。在NURBS 曲面中控制点必须在拓扑上位于矩形网格中，这意味着一般情况下，会产生大量的冗余控制点，它们将不携带任何重要的几何信息。(3)基于NURBS的飞机各蒙皮设计成型的过程繁琐，且拼接处不连续，光顺性差。在设计层面就不连续的曲面，在从制造进展到实际装配的工程领域时就会出现误差的积累情况。在传统的飞机装配过程中，为保证飞机装配的质量，通常采用大量复杂硬性的专用定位工装，如用于飞机壁板装配的刚性型架和内外形卡板等。这种传统的定位工装存在较多局限性的同时还无法解决设计层面的不连续性问题。

因此，目前亟需一种新型的飞机蒙皮成型方法，以解决现有飞机蒙皮成型方法存在的上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于T样条的飞机蒙皮无缝成型方法及装置，通过引入T样条曲面代替NURBS曲面的飞机蒙皮成型模式，使拓扑层面与飞机结构设计需求相协调，大幅减少飞机蒙皮模型的数据量，删除大量不携带几何信息的控制点，并有效提高蒙皮表面局部的光顺性，从而解决NURBS曲面的飞机蒙皮成型方法存在的拓扑结构与飞机结构设计需求不协调、模型数据量冗余、蒙皮表面光顺性差的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于T样条的飞机蒙皮无缝成型方法，包括以下具体步骤：

根据飞机整体尺寸要求，分别获得飞机的机身、尾翼和侧翼的尺寸数据；

根据所述机身的尺寸数据构建基于T样条的机身结构；

根据所述尾翼的尺寸数据，在所述机身结构基础上构建基于T样条的尾翼结构；

根据所述侧翼的尺寸数据，在所述机身结构基础上构建基于T样条的侧翼结构；

将所述机身结构、所述尾翼结构和所述侧翼结构结合，得到T样条飞机蒙皮曲面；

利用平均曲率云图对所述T样条飞机蒙皮曲面进行分析，确定所述T样条飞机蒙皮曲面的光顺程度。

可选的，所述根据所述机身的尺寸数据构建基于T样条的机身结构，包括：

根据所述机身的尺寸数据，按照长×宽×高的尺寸构建具有T-mesh结构的管状的机身结构。

可选的，所述T-mesh结构是由控制点组成的外表面为网格的中空结构。

可选的，所述根据所述尾翼的尺寸数据，在所述机身结构基础上构建基于 T样条的尾翼结构，包括：

根据所述尾翼的尺寸数据，对所述机身结构末端的尾翼处的网格进行拉伸操作，得到具有T-mesh结构的垂直尾翼和水平尾翼；

分别对所述垂直尾翼、所述水平尾翼和所述机身的连接处添加T样条控制点，得到基于T样条的尾翼结构。

可选的，所述根据所述侧翼的尺寸数据，在所述机身结构基础上构建基于 T样条的侧翼结构，包括：

根据所述侧翼的尺寸数据，对所述机身结构两侧的侧翼处的网格进行拉伸操作，得到具有T-mesh结构的两个侧翼；

分别对两个所述侧翼与所述机身结构的连接处添加T样条控制点，得到基于T样条的侧翼结构。

可选的，所述利用平均曲率云图对所述T样条飞机蒙皮曲面进行分析，确定所述T样条飞机蒙皮曲面的光顺程度，包括：

为所述平均曲率云图中不同颜色预设不同颜色值范围，确定各个颜色对应的颜色值区间；

根据所述颜色值区间，分别确定所述平均曲率云图中所述机身结构、所述尾翼结构和所述侧翼结构的颜色值；

对所述机身结构、所述尾翼结构和所述侧翼结构的颜色值进行两两比较，确定所述T样条飞机蒙皮曲面的光顺程度。

可选的，所述添加T样条控制点时按照隔一插一、隔一插二或其他插入方式向曲面弯曲区域插入新控制点。

可选的，在对所述尾翼处或所述侧翼处的网格进行拉伸时，以及对所述尾翼或所述侧翼与所述机身结构的连接处添加T样条控制点时，生成T型节点；

所述T型节点包括三价T型节点和五价T型节点，所述三价T型节点表示控制点具有三条边结构，所述五价T型节点表示控制点具有五条边结构。

可选的，所述T样条蒙皮曲面由T样条控制点和对应T样条调配函数决定，表达式为：

其中，P_i为T样条控制点，0≤i≤n，B_i(u,v)为T样条调配函数，T(u,v)为 T样条曲面，u、v为调配参数，u∈[0,1]，v∈[0,1]。

本发明还提出了一种基于T样条的飞机蒙皮无缝成型装置，包括：

尺寸数据获取模块，用于根据飞机整体尺寸要求，分别获得飞机的机身、尾翼和侧翼的尺寸数据；

机身结构构建模块，用于根据所述机身的尺寸数据构建基于T样条的机身结构；

尾翼结构构建模块，用于根据所述尾翼的尺寸数据，在所述机身结构基础上构建基于T样条的尾翼结构；

侧翼结构构建模块，用于根据所述侧翼的尺寸数据，在所述机身结构基础上构建基于T样条的侧翼结构；

蒙皮曲面获取模块，用于将所述机身结构、所述尾翼结构和所述侧翼结构结合，得到T样条飞机蒙皮曲面；

光顺程度确定模块，用于利用平均曲率云图对所述T样条飞机蒙皮曲面进行分析，确定所述T样条飞机蒙皮曲面的光顺程度。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

1、本发明引入T样条曲面代替NURBS曲面进行飞机蒙皮成型，NURBS 曲面是将多张曲面拼接到一起的模型结构，而T样条可以用一张曲面统一的表示出复杂的曲面形状。因此，与原始NURBS曲面相比，采用T样条设计的飞机蒙皮，在机身结构的基础上，通过对机身结构进行拉伸、添加T样条控制点的操作，在与机身结构的同一T样条曲面上逐步构成了尾翼结构和侧翼结构，从而使机身、尾翼和侧翼的拼接处的连续性更佳。并且在添加T样条控制点时会生成T型节点，由于T型节点的存在，使T样条蒙皮表面具有局部修改的能力，在侧翼与机身拼接处的T型节点，使得机翼与机身连接处具有较好的光顺性，有效提升了蒙皮表面的光顺性，真正实现了机翼、机尾和机身的无缝衔接。

2、本发明所使用的基于T样条的飞机蒙皮无缝成型方法，大幅减少飞机蒙皮模型的数据量，删除了大量不携带几何信息的控制点，T样条蒙皮表面具有较少的控制点个数，结合T样条曲面的网格拓扑结构特征，可以极大的减少存储模型的数据大小，节约存储空间。

3、本发明的蒙皮设计方法中，模型拓扑结构与飞机结构设计需求相协调， T样条蒙皮表面在几何信息丰富的区域具有较多的控制点(自由度)，机身部分不需要较多的几何信息具有较少的控制点(自由度)，侧翼与机身拼接处以及尾翼与机身拼接处都具有非矩形拓扑结构，对于基于非矩形拓扑结构设计， T样条曲面更适合飞机蒙皮的复杂性特征。

4、本发明所使用的T样条的蒙皮成型方法，可以将机尾或机翼等复杂形状表达在一张曲面中，使机尾、机翼和机身单张曲面一次成型，无须经过裁剪和拼接等费时的操作，省时省力，有效提升了飞机蒙皮的加工效率。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为基于T样条的飞机蒙皮无缝成型方法的流程示意图；

图2为基于T样条的机身结构的T-Mesh结构示意图和T-Surface结构示意图；其中，图2的(a)为机身结构的T-Mesh结构示意图，图2的(b)为机身结构的T-Surface结构示意图；

图3为基于T样条的尾翼结构的T-Mesh结构示意图和T-Surface结构示意图；其中，图3的(a)为尾翼结构的T-Mesh结构示意图，图3的(b)为尾翼结构的T-Surface结构示意图；

图4为基于T样条的侧翼结构的T-Mesh结构示意图和T-Surface结构示意图；其中，图4的(a)为侧翼结构的T-Mesh结构示意图，图4的(b)为侧翼结构的T-Surface结构示意图；

图5为飞机蒙皮T样条曲面的T-Mesh结构示意图；

图6为飞机蒙皮T样条曲面的T-Surface结构示意图；

图7为通过NURBS和T样条分别构建的飞机蒙皮的平均曲率云图对比示意图；其中，图7的(a)为NURBS飞机蒙皮的平均曲率云图，图7的(b)为T 样条飞机蒙皮的平均曲率云图；

图8为通过NURBS和T样条分别构建的飞机蒙皮的自由曲面和控制点的数量对比示意图；图8的(a)为NURBS飞机蒙皮的自由曲面和控制点的数量示意图，图8的(b)为T样条飞机蒙皮的自由曲面和控制点的数量示意图。

具体实施方式

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。

本发明的目的是提供一种基于T样条的飞机蒙皮无缝成型方法及装置，通过引入T样条曲面代替NURBS曲面的飞机蒙皮成型模式，能够使拓扑层面与飞机结构设计需求相协调，并大幅减少飞机蒙皮模型的数据量，删除大量不携带几何信息的控制点，从而有效提高蒙皮表面局部的光顺性，解决NURBS曲面的飞机蒙皮成型方法存在的拓扑结构与飞机结构设计需求不协调、模型数据量冗余、蒙皮表面光顺性差的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例

如图1所示，本实施例示出了一种基于T样条的飞机蒙皮无缝成型方法，该方法具体包含以下步骤：

S1.根据飞机整体尺寸要求，分别获得飞机的机身、尾翼和侧翼的尺寸数据。

S2.根据所述机身的尺寸数据构建基于T样条的机身结构。

所述根据所述机身的尺寸数据构建基于T样条的机身结构，具体包括：

根据所述机身的尺寸数据，按照长×宽×高的尺寸构建具有T-mesh结构的管状的机身结构。

机身是飞机的一个重要部件，它的主要功用是：固定机翼、尾翼等部件，使之连成一个整体。根据飞机蒙皮的尺寸数据，绘制出管状的T样条机身结构。在使用T样条设计飞机蒙皮时，通常会运用到T-Mesh和T-Surface两种结构。如图2所示，图2示出了基于T样条的机身结构的T-Mesh结构示意图和 T-Surface结构示意图。图2的(a)为机身结构的T-Mesh结构示意图，图2的(b) 为机身结构的T-Surface结构示意图。所述T-mesh结构是由控制点组成的外表面为网格的中空结构，所述T-Surface结构是T样条蒙皮曲面与飞机内部骨架固定后完全贴合于骨架上的表面结构。简单来说，T-Surface结构就是显现出飞机最终轮廓的表面结构，而T-mesh结构就是有棱有角且具有网格的蒙皮结构。

从图2的(a)中可以看出，机身T-Mesh结构就是具有立体线框的方管状结构，相应的，T-Surface结构则为圆管状结构，因此，在得到所需飞机蒙皮的设计参数后，可直接获得图2的(a)中T-Mesh结构的长、宽和高，从而确定飞机蒙皮的机身结构的尺寸数据。

S3.根据所述尾翼的尺寸数据，在所述机身结构基础上构建基于T样条的尾翼结构。

所述根据所述尾翼的尺寸数据，在所述机身结构基础上构建基于T样条的尾翼结构，包括：

根据所述尾翼的尺寸数据，对所述机身结构末端的尾翼处的网格进行拉伸操作，得到具有T-mesh结构的垂直尾翼和水平尾翼；

分别对所述垂直尾翼、所述水平尾翼和所述机身的连接处添加T样条控制点，得到基于T样条的尾翼结构。

尾翼是安装在飞机尾部的结构，可以增强飞机飞行时的稳定性。根据尾翼设计，从机身T样条曲面中拉伸出尾翼。如图3示出了基于T样条的尾翼结构的T-Mesh结构示意图和T-Surface结构示意图。本实施例中，所有示意图均在RHINO5.0中设计绘制，图3的(a)为尾翼结构的T-Mesh结构示意图，图3 的(b)为尾翼结构的T-Surface结构示意图。无论是图3的(a)的T-Mesh结构，还是图3的(b)的T-Surface结构，都可以直观看出，在尾翼结构中，竖直方向上的一个尾翼就是垂直尾翼，而水平方向上的两个对称的尾翼即为水平尾翼。

在以机身T-Mesh结构的基础上，对尾翼处网格Face进行拉伸操作，得到具有T-mesh结构的垂直尾翼和水平尾翼，就此基础通过添加T样条控制点等方式，进行具体局部结构设计优化，最终得到飞机尾翼蒙皮T样条曲面。

由于T样条蒙皮表面在几何信息丰富的区域具有较多的控制点(自由度)，机身部分不需要较多的几何信息具有较少的控制点(自由度)，侧翼与机身拼接处以及尾翼与机身拼接处都具有非矩形拓扑结构，对于基于非矩形拓扑结构设计，T样条曲面更适合飞机蒙皮的复杂性特征。因此，通过对网格Face进行拉伸操作，以及在几何信息丰富的区域(即曲面形状变化比较大的侧翼或尾翼的区域)添加T样条控制点，不仅有效提升了各连接处的光顺性，还使得飞机模型拓扑结构与飞机结构设计需求相协调，使T样条飞机蒙皮成型方法可普遍适用于各种飞机蒙皮设计中，解决了传统的NURBS曲面的飞机蒙皮成型方法存在的拓扑结构与飞机结构设计需求不协调的问题。

S4.根据所述侧翼的尺寸数据，在所述机身结构基础上构建基于T样条的侧翼结构。

所述根据所述侧翼的尺寸数据，在所述机身结构基础上构建基于T样条的侧翼结构，包括：

根据所述侧翼的尺寸数据，对所述机身结构两侧的侧翼处的网格进行拉伸操作，得到具有T-mesh结构的两个侧翼；

分别对两个所述侧翼与所述机身结构的连接处添加T样条控制点，得到基于T样条的侧翼结构。

侧翼是为飞机提供升力的主要部件。根据侧翼设计，从机身T样条曲面中拉伸出侧翼。如图4所示，基于T样条的侧翼结构的T-Mesh结构示意图和 T-Surface结构示意图。图4是在具有机身和尾翼的结构中增加一个侧翼的结构，其中，图4的(a)为侧翼结构的T-Mesh结构示意图，图4的(b)为侧翼结构的T-Surface结构示意图。同理，在以机身T-Mesh结构的基础上，对侧翼处的网格Face进行拉伸操作，得到大致的侧翼形状，就此基础上，在机身与侧翼连接处的区域，通过添加控制点等方式，进行侧翼与机身连接处的蒙皮表面局部光顺性的提升，由于同样是由机身结构经过拉伸、添加控制点的过程得到的侧翼结构，因此，机身与侧翼表示为一张T样条曲面，提高了机身与侧翼连接处的参数连续性，最终得到飞机侧翼蒙皮T样条曲面。

由于尾翼包含垂直尾翼和水平尾翼，而侧翼只包含机身两侧的两个相互对称的侧翼，因此，机身两侧的两个侧翼的蒙皮成型过程相同，仅仅是对机身的网格拉伸的位置和方向不同。

上述S3、S4两个步骤中涉及到了对网格进行拉伸操作，以及添加T样条控制点的操作。其中，在对所述尾翼处或所述侧翼处的网格进行拉伸时，以及对所述尾翼或所述侧翼与所述机身结构的连接处添加T样条控制点时，生成T 型节点。

所述T型节点包括三价T型节点和五价T型节点，所述三价T型节点表示控制点具有三条边结构，所述五价T型节点表示控制点具有五条边结构。在飞机侧翼与机身拼接处存在五价T型节点，使T样条蒙皮表面具有局部修改的能力，T样条飞机蒙皮模型可以利用五价T型节点对侧翼与机身拼接处进行局部设计修改，从而使得机翼与机身连接处具有较好的光顺性。

本实施例中，定义在T样条网格上的点样条曲面为T样条曲面，假设样条次数为3，节点重复度系小于5，所述T样条蒙皮曲面由T样条控制点和对应T样条调配函数决定，则一张T样条蒙皮曲面可表示为：

其中，P_i为T样条控制点，0≤i≤n，B_i(u,v)为P_i对应的T样条调配函数，

其中

和

分别是定义在节点矢量 U_i[u_i0,u_i1,u_i2,u_i3,u_i4]和V_i[v_i0,v_i1,v_i2,v_i3,v_i4]上的B样条基函数，T(u,v)为T 样条曲面，u、v为调配参数，u∈[0,1]，v∈[0,1]，则调配函数B_i(u,v)具有以下性质：

(1)若

μ_i＞0，则任一T样条调配函数B_i(u,v)与 B(u,v)必不在同一网格线上。

(2)若

ω_i≠0，则T样条调配函数B(u,v)与 {B_i(u,v)|1≤i≤M}必不排列在同一网格线上。

由此可知，T样条控制点和调配函数共同决定着T样条蒙皮曲面的光顺程度，因此，可以通过增加T样条控制点的方式，达到提升T样条蒙皮曲面的光顺性的目的。

所述添加T样条控制点，是指按照隔一插一、隔一插二的方式或其他插入方式向曲面弯曲区域插入新控制点。通过按照隔一插一、隔一插二的方式或其他预设的插入方式插入T样条控制点，可实现对机身、侧翼和尾翼连接处的T 样条控制点的增加，从而进一步对由机身结构的网格拉伸出来的侧翼和尾翼进行弯曲优化，提升机身、侧翼和尾翼的连接处的光顺程度。需要注意的是，隔一插一、隔一插二的插入T样条控制点的方式，并不是对本实施例进行的唯一性限定，其他各种插入方式诸如隔一插三、隔一插五、隔二插二等都应列入本实施保护的范围之内，按实际情况选择插入控制点的具体的方式。

S5.将所述机身结构、所述尾翼结构和所述侧翼结构结合，得到T样条飞机蒙皮曲面。

飞机蒙皮主要由机身结构、尾翼结构和侧翼结构三大部分构成，三者结合构成了T样条飞机蒙皮曲面。其中，尾翼结构和侧翼结构，是在机身结构的基础上才生成的，完全是通过对机身的尾翼或侧翼处的网格Face进行拉伸获得，这样使得机身、尾翼和侧翼由同一张T样条曲面构成，从而从而使机身、尾翼和侧翼的拼接处的连续性更佳。并且在添加T样条控制点时会生成T型节点，由于T型节点的存在，使T样条蒙皮表面具有局部修改的能力，在侧翼与机身拼接处的T型节点，使得机翼与机身连接处具有较好的光顺性，有效提升了蒙皮表面的光顺性，真正实现了机翼、机尾和机身的无缝衔接。

此外，由于可以将机尾或机翼等复杂形状表达在一张曲面中，使机尾、机翼和机身单张曲面一次成型，无需裁剪、拼接等操作，从而避免了因裁剪和拼接造成的浪费时间、提高成本的问题，省时省力，有效提升了飞机蒙皮的加工效率，降低了生产成本。

在构建出机身结构后，当构建尾翼结构和侧翼结构时不存在先后顺序，也就是说，先构建尾翼结构后构建侧翼结构，或者先构建侧翼结构再构建尾翼结构均可，尾翼结构和侧翼结构的生成顺序，不会对整体T样条蒙皮曲面造成影响。

如图5和图6所示，图5为飞机蒙皮T样条曲面的T-Mesh结构示意图；图6为飞机蒙皮T样条曲面的T-Surface结构示意图。在最终成型的飞机蒙皮 T样条曲面中，包含机身结构、尾翼结构和侧翼结构，三者统称为一张T样条飞机蒙皮曲面。

S6.利用平均曲率云图对所述T样条飞机蒙皮曲面进行分析，确定所述T 样条飞机蒙皮曲面的光顺程度。

所述利用平均曲率云图对所述T样条飞机蒙皮曲面进行分析，确定所述T 样条飞机蒙皮曲面的光顺程度，包括：

为所述平均曲率云图中不同颜色预设不同颜色值范围，确定各个颜色对应的颜色值区间；

根据所述颜色值区间，分别确定所述平均曲率云图中所述机身结构、所述尾翼结构和所述侧翼结构的颜色值；

对所述机身结构、所述尾翼结构和所述侧翼结构的颜色值进行两两比较，确定所述T样条飞机蒙皮曲面的光顺程度。

平均曲率是微分几何中一个“外在的”弯曲测量标准，局部地描述了一个曲面嵌入周围空间的曲率。而平均曲率云图是一种通过比较颜色可直观、有效地将曲面的平均曲率显示出来的图形表达方式。根据高光线模型即反射模型在保证准确表示曲面法向量变化量的同时，还可以达到测量结果不随视点的改变而变化的特点，选用最为典型的常用的平均曲率云图的方式分析T样条曲面的光顺程度，主要关注机身、侧翼和尾翼之间的接缝处的连续程度。当所述平均曲率云图中所述机身结构、所述尾翼结构和所述侧翼结构的颜色变化均匀，且无跳跃式的颜色变化时，则表明所述T样条飞机蒙皮曲面的光顺性强；当所述平均曲率云图颜色变化不均匀，且存在跳跃式的颜色变化时，则表明所述T 样条飞机蒙皮曲面的光顺性差。

本实施例利用平均曲率云图确定蒙皮曲面的光顺程度的方法，首先为平均曲率云图中不同颜色预设不同颜色值范围，确定各个颜色对应的颜色值区间，这样为不同的颜色设定具体的区间范围，将平均曲率云图中的颜色进行量化，然后根据颜色值区间，分别确定平均曲率云图中机身、尾翼和侧翼的具体颜色值，再对具体颜色值两两之间相互比较，从而确定机身、尾翼和侧翼的颜色跨度，进行确定机身、尾翼和侧翼三个位置所显现出的颜色是否相同或相近，颜色变化是否均匀，以及是否呈现跳跃式的颜色变化，从而根据量化后的具体颜色值，确定机身、尾翼和侧翼三个位置以及衔接处的连续性，进而准确、有效地确定T样条飞机蒙皮曲面的光顺程度，提升了确定光顺性的准确度。

此外，本实施例还可直接使用pH 试纸中的颜色阈值进行比较，pH 试纸是一种化学领域中常用的检测溶液的酸碱度的检测仪器，一般的pH 试纸对各个颜色设定的不同pH值为：赤(pH＝1或2)、橙(pH＝3或4)、黄(pH ＝5或6)、绿(pH＝7或8)、青(pH＝9或10)、蓝(pH＝11或12)、紫(pH＝13或14)，14种颜色分别对应数值1-14，根据pH 试纸的颜色直接确定对应的颜色数值，由于颜色种类过多，且各个颜色都存在不同的深浅程度，有些情况下显色的颜色并不在pH 试纸中，此时，根据检测出的相似的颜色确定对应的颜色数值区间。因此，可不考虑pH 检测过程，通过pH 试纸中各个颜色对应的不同数值，借用pH 试纸可直接、简单地实现本发明中对T样条飞机蒙皮曲面中尾翼、机身和侧翼的具体颜色值的确定。

图7示出了本实施中通过NURBS和T样条分别构建的飞机蒙皮的平均曲率云图对比示意图。其中，图7的(a)为NURBS飞机蒙皮的平均曲率云图，图 7的(b)为T样条飞机蒙皮的平均曲率云图。

在利用平均曲率云图分析T样条飞机蒙皮的光顺程度时，可将其与 NURBS飞机蒙皮的平均曲率云图进行对比，经过比较各颜色的具体颜色值，可直观得出结论，本实施例中的NURBS飞机蒙皮的平均曲率云图，机身为深绿色，尾翼为浅蓝色，而侧翼却显示出深蓝色，尾翼、机身和侧翼基本是三个不同的颜色，颜色变化不均匀，出现了跳跃式的颜色变化，因此，可以确定 NURBS飞机蒙皮的光顺度很差。而T样条飞机蒙皮的平均曲率云图中，尾翼、机身和侧翼都呈现出了同样的深蓝色，三个部位的颜色均匀，基本没有颜色变化，这就说明了基于T样条的飞机蒙皮成型方法获得的蒙皮，其光顺度比 NURBS飞机蒙皮好很多。

本实施例的图7的 (a)NURBS飞机蒙皮的平均曲率云图中，由于机身为深绿色，尾翼为浅蓝色，侧翼为深蓝色，设定深绿色的机身的具体颜色值为1，由于浅绿色与深绿色同属绿色，则将浅绿色的具体颜色值设定为2，那么，浅蓝色的尾翼的具体颜色值则为3，深蓝色的侧翼的具体颜色值为4，由此可见，根据平均曲率云图中显现出的尾翼、机身和侧翼的具体颜色数值，可直接判定， NURBS飞机蒙皮中尾翼、机身和侧翼三个部位颜色变化不均匀，甚至出现跳跃式颜色变化(机身的深绿色1与侧翼的深蓝色4)，因此，NURBS飞机蒙皮曲面的光顺程度较差。

而本实施例的图7的 (b)T样条飞机蒙皮的平均曲率云图中，尾翼、机身和侧翼都呈现出了同样的深蓝色，因此，尾翼、机身和侧翼的具体颜色值均为4，三个部位的颜色均匀，基本无颜色变化，从而可以确定，与NURBS飞机蒙皮曲面相比，T样条飞机蒙皮曲面的尾翼、机身和侧翼的连续性更好，光顺性更强。需要说明的是，本实施例中对各颜色设定的具体颜色值并不唯一，不应视为对本发明方案的限定，可根据实际情况自行设定。

图8示出了通过NURBS和T样条分别构建的飞机蒙皮的自由曲面和控制点的数量对比示意图。图8的(a)为NURBS飞机蒙皮的自由曲面和控制点的数量示意图，图8的(b)为T样条飞机蒙皮的自由曲面和控制点的数量示意图。

飞机蒙皮模型中，通常由自由曲面数量和控制点数量表征模型的数据量。本实施例中，以下表1列出了NURBS模型和T样条模型的自由曲面和控制点的数量对比情况：

表1 NURBS模型和T样条模型的自由曲面和控制点的数量对比

NURBS与T样条对比	NURBS飞机模型	T样条模型
			自由曲面数量	56	1
控制点数量	17988	607

对比图8的(a)和8的(b)，可直观看出，图8的(a)的NURBS飞机蒙皮结构比图8的(b)的T样条飞机蒙皮结构整体复杂的多，网格中的自由曲面和控制点的数量也很多。结合表1中的数据，NURBS飞机模型的自由曲面数量为56 个，控制点数量为17988个，而本实施例获得的T样条模型的自由曲面数量仅有1个，控制点数量也才607个。针对控制点的数量而言，NURBS飞机模型的控制点数量约是T样条模型的30倍。

这也验证了，通过本实施例中的基于T样条的飞机蒙皮无缝成型方法，可大幅减少飞机蒙皮模型的数据量，删除了大量不携带几何信息的控制点，T样条蒙皮表面具有较少的控制点个数，结合T样条曲面的网格拓扑结构特征，可以极大的减少存储模型的数据大小，节约存储空间，解决了传统NURBS曲面的飞机蒙皮成型方法存在的模型数据量冗余的问题。

此外，本实施例还提供了一种基于T样条的飞机蒙皮无缝成型装置，该装置由尺寸数据获取模块、机身结构构建模块、尾翼结构构建模块、侧翼结构构建模块、蒙皮曲面获取模块和光顺程度确定模块构成，具体包括：

尺寸数据获取模块，用于根据飞机整体尺寸要求，分别获得飞机的机身、尾翼和侧翼的尺寸数据；

机身结构构建模块，用于根据所述机身的尺寸数据构建基于T样条的机身结构；

尾翼结构构建模块，用于根据所述尾翼的尺寸数据，在所述机身结构基础上构建基于T样条的尾翼结构；

侧翼结构构建模块，用于根据所述侧翼的尺寸数据，在所述机身结构基础上构建基于T样条的侧翼结构；

蒙皮曲面获取模块，用于将所述机身结构、所述尾翼结构和所述侧翼结构结合，得到T样条飞机蒙皮曲面；

光顺程度确定模块，用于利用平均曲率云图对所述T样条飞机蒙皮曲面进行分析，确定所述T样条飞机蒙皮曲面的光顺程度。

综上，本实施例提供的一种基于T样条的飞机蒙皮无缝成型方法及装置，首先按照飞机蒙皮的尺寸要求构建基于T样条的机身结构，然后在机身结构的基础上，对机身结构的尾翼和侧翼位置的网格进行拉伸操作，并在机身和尾翼、机身和侧翼的连接处增加T样条控制点，从而实现在同一张T样条曲面上构建出完整的飞机蒙皮，使尾翼、侧翼和机身单张曲面一次成型，有效提升了飞机蒙皮的光顺性，无须经过裁剪和拼接等费时的操作，省时省力，有效提升了飞机蒙皮的加工效率。同时，通过引入T样条曲面代替传统的NURBS曲面的飞机蒙皮成型模式，能够使拓扑层面与飞机结构设计需求相协调，并大幅减少飞机蒙皮模型的数据量，删除大量不携带几何信息的控制点，进一步提高了蒙皮表面局部的光顺性，解决了NURBS曲面的飞机蒙皮成型方法存在的拓扑结构与飞机结构设计需求不协调、模型数据量冗余、蒙皮表面光顺性差的问题。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种基于T样条的飞机蒙皮无缝成型方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

根据飞机整体尺寸要求，分别获得飞机的机身、尾翼和侧翼的尺寸数据；

根据所述机身的尺寸数据构建基于T样条的机身结构；

根据所述尾翼的尺寸数据，在所述机身结构基础上构建基于T样条的尾翼结构；

根据所述侧翼的尺寸数据，在所述机身结构基础上构建基于T样条的侧翼结构；

将所述机身结构、所述尾翼结构和所述侧翼结构结合，得到T样条飞机蒙皮曲面；

所述T样条飞机蒙皮曲面由T样条控制点和对应T样条调配函数决定，表达式为：

其中，P_i为T样条控制点，0≤i≤n，B_i(u,v)为T样条调配函数，T(u,v)为T样条曲面，u、v为调配参数，u∈[0,1]，v∈[0,1]；

利用平均曲率云图对所述T样条飞机蒙皮曲面进行分析，确定所述T样条飞机蒙皮曲面的光顺程度。

2.如权利要求1所述的基于T样条的飞机蒙皮无缝成型方法，其特征在于，所述根据所述机身的尺寸数据构建基于T样条的机身结构，包括：

根据所述机身的尺寸数据，按照长×宽×高的尺寸构建具有T-mesh结构的管状的机身结构。

3.如权利要求2所述的基于T样条的飞机蒙皮无缝成型方法，其特征在于，所述T-mesh结构是由控制点组成的外表面为网格的中空结构。

4.如权利要求1所述的基于T样条的飞机蒙皮无缝成型方法，其特征在于，所述根据所述尾翼的尺寸数据，在所述机身结构基础上构建基于T样条的尾翼结构，包括：

根据所述尾翼的尺寸数据，对所述机身结构末端的尾翼处的网格进行拉伸操作，得到具有T-mesh结构的垂直尾翼和水平尾翼；

分别对所述垂直尾翼、所述水平尾翼和所述机身的连接处添加T样条控制点，得到基于T样条的尾翼结构。

5.如权利要求1所述的基于T样条的飞机蒙皮无缝成型方法，其特征在于，所述根据所述侧翼的尺寸数据，在所述机身结构基础上构建基于T样条的侧翼结构，包括：

根据所述侧翼的尺寸数据，对所述机身结构两侧的侧翼处的网格进行拉伸操作，得到具有T-mesh结构的两个侧翼；

分别对两个所述侧翼与所述机身结构的连接处添加T样条控制点，得到基于T样条的侧翼结构。

6.如权利要求1所述的基于T样条的飞机蒙皮无缝成型方法，其特征在于，所述利用平均曲率云图对所述T样条飞机蒙皮曲面进行分析，确定所述T样条飞机蒙皮曲面的光顺程度，包括：

为所述平均曲率云图中不同颜色预设不同颜色值范围，确定各个颜色对应的颜色值区间；

根据所述颜色值区间，分别确定所述平均曲率云图中所述机身结构、所述尾翼结构和所述侧翼结构的颜色值；

对所述机身结构、所述尾翼结构和所述侧翼结构的颜色值进行两两比较，确定所述T样条飞机蒙皮曲面的光顺程度。

7.如权利要求4或5所述的基于T样条的飞机蒙皮无缝成型方法，其特征在于，所述添加T样条控制点时按照隔一插一、隔一插二的方式向曲面弯曲区域插入新控制点。

8.如权利要求4或5所述的基于T样条的飞机蒙皮无缝成型方法，其特征在于，在对所述尾翼处或所述侧翼处的网格进行拉伸时，以及对所述尾翼或所述侧翼与所述机身结构的连接处添加T样条控制点时，生成T型节点；

所述T型节点包括三价T型节点和五价T型节点，所述三价T型节点表示控制点具有三条边结构，所述五价T型节点表示控制点具有五条边结构。

9.一种基于T样条的飞机蒙皮无缝成型装置，其特征在于，包括：

尺寸数据获取模块，用于根据飞机整体尺寸要求，分别获得飞机的机身、尾翼和侧翼的尺寸数据；

机身结构构建模块，用于根据所述机身的尺寸数据构建基于T样条的机身结构；

尾翼结构构建模块，用于根据所述尾翼的尺寸数据，在所述机身结构基础上构建基于T样条的尾翼结构；

侧翼结构构建模块，用于根据所述侧翼的尺寸数据，在所述机身结构基础上构建基于T样条的侧翼结构；

蒙皮曲面获取模块，用于将所述机身结构、所述尾翼结构和所述侧翼结构结合，得到T样条飞机蒙皮曲面；

所述T样条飞机蒙皮曲面由T样条控制点和对应T样条调配函数决定，表达式为：

其中，P_i为T样条控制点，0≤i≤n，B_i(u,v)为T样条调配函数，T(u,v)为T样条曲面，u、v为调配参数，u∈[0,1]，v∈[0,1]；

光顺程度确定模块，用于利用平均曲率云图对所述T样条飞机蒙皮曲面进行分析，确定所述T样条飞机蒙皮曲面的光顺程度。

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