CN113128095A - 一种三维网格模型的构建方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种三维网格模型的构建方法及装置，涉及岩土工程技术领域，解决了现有的三维网格模型的构建的方法费时费力，效率较低的问题。该三维网格模型的构建方法包括：建立初始实体模型；确定初始网格模型；对初始网格模型中的目标区域对应的网格单元进行实体化处理，以确定目标实体模型；对目标实体模型执行布尔运算；对第一子实体进行重新分区和第二次材料属性赋值；对第二子实体进行体网格划分，以得到重新划分体网格单元；对第一体网格单元进行重构，以得到重构体网格单元；将重新划分体网格单元和重构体网格单元的组合，确定为目标网格模型。

Description

一种三维网格模型的构建方法及装置

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，尤其涉及一种三维网格模型的构建方法及装置。

背景技术

三维连续介质数值仿真是当前大型岩土工程稳定性分析的主要手段之一，而高质量三维网格模型则是进行数值仿真的基础。

传统三维网格模型的构建方法可以概况为以下三种。方法一是依托点、线、面和体等四级图元建立复杂形状的几何实体模型，然后切分成相应的地质材料分区，而后再进行网格划分建立网格模型。这种建模方法，在地表形貌复杂、非连续面与复杂形状开挖体相交的情况下，会导致几何实体拓扑关系复杂，难以划分成出高质量的网格单元。此外，在非连续面产状变化较大需要更新的情况下，要评价其对开挖范围的岩土体力学响应的影响，需要从头开始重新建立几何实体模型再进行网格划分，工作量巨大，也面临网格模型质量不高的问题。方法二是对实体的面网格单元直接进行切分等布尔操作，而后再转换成体网格，这样会相对减少建模和网格剖分难度，但是对面网格模型向体网格模型转换过程中，对网格的自适应剖分和计算机能力要求较高。方法三是通过调整体网格单元节点坐标来实现网格模型在局部范围内的几何形态调整，但这样有可能会导致网格单元形状不满足连续介质计算力学计算要求，仅能小范围实施，难以做到网格模型几何形态的精细调整控制。

此外，还有两种基于单元切割的三维网格模型构建方法。一是三维有限元网格的面切割生成法，通过面切割初始网格模型，将主要地质构造(不连续面、地质界面等)反映在网格模型中，从而建立相对复杂的网格模型。这种方法本质上是将大型模型有由相对规则的大尺寸实体单元(如六面体、棱柱体)组合而成，而后用面切割这些大尺寸实体单元，形成较小的实体单元组合而成的实体模型，而后再依托这些较小的实体单元生成相同形状的网格单元。二是用于全级配混凝土细观力学网格划分的单元切割法。该方法先建立由规则六面体组成的背景网格单元模型，而后以球形实体对这些网格单元进行切割后再进行剖分。其实质是将被切割单元单独提取出来，通过计算球面切割规则六面体网格单元上产生新的节点坐标，再对被切割单元产生的实体上的节点进行重新组合生成新的网格单元。这一方法要求背景单元规则(六面体)，切割面的数学形式(球面)明确，这在基础网格单元形式复杂，切割面形态不规则的情况下，尚难以应用。

综上所述，现有的三维网格模型的构建的方法费时费力，效率较低。

发明内容

本申请提供一种三维网格模型的构建方法及装置，解决了现有的三维网格模型的构建的方法费时费力，效率较低的问题。

为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：

第一方面，提供一种三维网格模型的构建方法，包括：

基于点、线、面、体自下而上的建模方式，建立初始实体模型；

对初始实体模型进行网格剖分和第一次材料属性赋值，以得到初始网格模型；

对初始网格模型中的目标区域对应的网格单元进行实体化处理，以得到与网格单元一一对应的子实体组合，并基于子实体组合，确定目标实体模型；目标区域包括：非连续面区域、不良地质段或用户指定区域中的至少一个；

对包括目标区域的目标实体模型执行布尔运算；

对第一子实体进行重新分区和第二次材料属性赋值，以得到第二子实体；第一子实体归属于布尔运算影响区域；第一子实体为对目标实体模型执行布尔运算后，材料属性归零的子实体；

对第二子实体进行体网格划分，以得到重新划分体网格单元；

对第三子实体对应的第一体网格单元进行重构，以得到重构体网格单元；第三子实体归属于非布尔运算影响区域；第三子实体为目标实体模型执行布尔运算后，材料属性不变的子实体；

将重新划分体网格单元和重构体网格单元的组合，确定为目标网格模型。

第二方面，提供一种三维网格模型的构建装置，该三维网格模型的构建装置包括：建立单元、赋值单元、处理单元和确定单元；

建立单元，用于基于点、线、面、体自下而上的建模方式，建立初始实体模型；

赋值单元，用于对初始实体模型进行网格剖分和第一次材料属性赋值，以得到初始网格模型；

处理单元，用于对初始网格模型中的目标区域对应的网格单元进行实体化处理，以得到与网格单元一一对应的子实体组合，并基于子实体组合，确定目标实体模型；目标区域包括：非连续面区域、不良地质段或用户指定区域中的至少一个；

处理单元，还用于对包括目标区域的目标实体模型执行布尔运算；

赋值单元，还用于对第一子实体进行重新分区和第二次材料属性赋值，以得到第二子实体；第一子实体归属于布尔运算影响区域；第一子实体为对目标实体模型执行布尔运算后，材料属性归零的子实体；

处理单元，还用于对第二子实体进行体网格划分，以得到重新划分体网格单元；

处理单元，还用于对第三子实体对应的第一体网格单元进行重构，以得到重构体网格单元；第三子实体归属于非布尔运算影响区域；第三子实体为目标实体模型执行布尔运算后，材料属性不变的子实体；

确定单元，用于将重新划分体网格单元和重构体网格单元的组合，确定为目标网格模型。

第三方面，提供一种三维网格模型的构建装置，包括存储器和处理器。存储器用于存储计算机执行指令，处理器与存储器通过总线连接。当三维网格模型的构建装置运行时，处理器执行存储器存储的计算机执行指令，以使三维网格模型的构建装置执行第一方面所述的三维网格模型的构建方法。

该三维网格模型的构建装置可以是网络设备，也可以是网络设备中的一部分装置，例如网络设备中的芯片系统。该芯片系统用于支持网络设备实现第一方面及其任意一种可能的实现方式中所涉及的功能，例如，接收、确定、分流上述三维网格模型的构建方法中所涉及的数据和/或信息。该芯片系统包括芯片，也可以包括其他分立器件或电路结构。

第四方面，提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质包括计算机执行指令，当计算机执行指令在计算机上运行时，使得该计算机执行第一方面所述的三维网格模型的构建方法。

第五方面，提供一种计算机程序产品，当所述计算机程序产品在计算机上运行时，使得所述计算机执行如第一方面及其任一种可能的设计方式所述的三维网格模型的构建方法。

需要说明的是，上述计算机指令可以全部或者部分存储在第一计算机存储介质上。其中，第一计算机存储介质可以与三维网格模型的构建装置的处理器封装在一起的，也可以与三维网格模型的构建装置的处理器单独封装，本申请实施例对此不作限定。

本发明中第二方面、第三方面、第四方面以及第五方面的描述，可以参考第一方面的详细描述；并且，第二方面、第三方面、第四方面以及第五方面的有益效果，可以参考第一方面的有益效果分析，此处不再赘述。

在本申请实施例中，上述三维网格模型的构建装置的名字对设备或功能模块本身不构成限定，在实际实现中，这些设备或功能模块可以以其他名称出现。只要各个设备或功能模块的功能和本发明类似，属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

本公开的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：

基于上述任一方面，本公开中，三维网格模型的构建装置只需考虑地质体自然形貌和相对规则的开挖体；无需考虑非连续面与地质体、人工开挖体相交可能带来的网格几何实体零碎化和不规则化，并由此导致的网格剖分困难，从而有效降低大型复杂工程网格模型的建立难度，解决了现有的三维网格模型的构建的方法费时费力，效率较低的问题。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种三维网格模型的构建装置的硬件结构示意图；

图2为本申请实施例提供的又一种三维网格模型的构建装置的硬件结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种三维网格模型的构建方法的流程示意图；

图4为本申请实施例提供的一种边坡由网格模型转换为实体模型的示意图；

图5为本申请实施例提供的一种右手法则确定控制点编号的流程示意图；

图6为本申请实施例提供的一种构建目标网格模型的示意图；

图7为本申请实施例提供的一种三维网格模型的构建装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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。

需要说明的是，本申请实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

为了便于清楚描述本申请实施例的技术方案，在本申请实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分，本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不是在对数量和执行次序进行限定。

如背景技术所描述，现有的三维网格模型的构建的方法费时费力，效率较低。

针对上述问题，本申请实施例提供了一种三维网格模型的构建方法，三维网格模型的构建装置只需考虑地质体自然形貌和相对规则的开挖体；无需考虑非连续面与地质体、人工开挖体相交可能带来的网格几何实体零碎化和不规则化，并由此导致的网格剖分困难，从而有效降低大型复杂工程网格模型的建立难度，解决了现有的三维网格模型的构建的方法费时费力，效率较低的问题，提高了三维网格模型的构建的效率。

上述三维网格模型的构建装置可以为用于对待测试系统执行三维网格模型的构建的设备，也可以为该设备中的芯片，还可以为该设备中的片上系统。

可选的，该设备可以是物理机，例如：台式电脑，又称台式机或桌面机(desktopcomputer)、手机、平板电脑、笔记本电脑、超级移动个人计算机(ultra-mobile personalcomputer，UMPC)、上网本、个人数字助理(personal digital assistant，PDA)等终端设备。

可选的，上述三维网格模型的构建装置也可以通过部署在物理机上的虚拟机(virtual machine，VM)，实现上述三维网格模型的构建装置所要实现的功能。

为了便于理解，下面对本申请实施例中的三维网格模型的构建装置的结构进行描述。

图1示出了本申请实施例提供的三维网格模型的构建装置的一种硬件结构示意图。如图1所示，该三维网格模型的构建装置包括处理器11，存储器12、通信接口13、总线14。处理器11，存储器12以及通信接口13之间可以通过总线14连接。

处理器11是三维网格模型的构建装置的控制中心，可以是一个处理器，也可以是多个处理元件的统称。例如，处理器11可以是一个通用中央处理单元(central processingunit，CPU)，也可以是其他通用处理器等。其中，通用处理器可以是微处理器或者是任何常规的处理器等。

作为一种实施例，处理器11可以包括一个或多个CPU，例如图1中所示的CPU 0和CPU 1。

存储器12可以是只读存储器(read-only memory，ROM)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，随机存取存储器(random access memory，RAM)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是电可擦可编程只读存储器(electricallyerasable programmable read-only memory，EEPROM)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。

一种可能的实现方式中，存储器12可以独立于处理器11存在，存储器12可以通过总线14与处理器11相连接，用于存储指令或者程序代码。处理器11调用并执行存储器12中存储的指令或程序代码时，能够实现本发明实施例提供的三维网格模型的构建方法。

另一种可能的实现方式中，存储器12也可以和处理器11集成在一起。

通信接口13，用于与其他设备通过通信网络连接。所述通信网络可以是以太网，无线接入网，无线局域网(wireless local area networks，WLAN)等。通信接口13可以包括用于接收数据的接收单元，以及用于发送数据的发送单元。

总线14，可以是工业标准体系结构(Industry Standard Architecture，ISA)总线、外部设备互连(Peripheral Component Interconnect，PCI)总线或扩展工业标准体系结构(Extended Industry Standard Architecture，EISA)总线等。该总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图1中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

需要指出的是，图1示出的结构并不构成对该三维网格模型的构建装置的限定。除图1所示部件之外，该三维网格模型的构建装置可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

图2示出了本申请实施例中三维网格模型的构建装置的另一种硬件结构。如图2所示，通信装置可以包括处理器21以及通信接口22。处理器21与通信接口22耦合。

处理器21的功能可以参考上述处理器11的描述。此外，处理器21还具备存储功能，可以参考上述存储器12的功能。

通信接口22用于为处理器21提供数据。该通信接口22可以是通信装置的内部接口，也可以是三维网格模型的构建装置对外的接口(相当于通信接口13)。

需要指出的是，图1(或图2)中示出的结构并不构成对三维网格模型的构建装置的限定，除图1(或图2)所示部件之外，该三维网格模型的构建装置可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

下面结合附图对本申请实施例提供的三维网格模型的构建方法进行详细介绍。

图3为本申请实施例提供的一种三维网格模型的构建方法的流程示意图。如图3所示，该三维网格模型的构建方法包括下述S301-S308。

S301、基于点、线、面、体自下而上的建模方式，建立初始实体模型。

具体的，在构建三维网格模型时，三维网格模型的构建装置可以首先基于点、线、面、体自下而上的建模方式，建立初始实体模型。

其中，初始实体模型的几何拓扑信息包括：子实体模型的总数、子实体编号、子实体上控制点的数量及三维坐标、子实体的材料属性及质心坐标中的至少一项。

S302、对初始实体模型进行网格剖分和第一次材料属性赋值，以得到初始网格模型。

其中，初始网格模型的几何拓扑信息包括：网格单元总数、网格单元编号、网格单元节点编号及三维坐标、网格单元材料属性、单元类型及质心坐标中的至少一项。

S303、对初始网格模型中的目标区域对应的网格单元进行实体化处理，以得到与网格单元一一对应的子实体组合，并基于子实体组合，确定目标实体模型。

其中，目标区域包括：非连续面区域、不良地质段或用户指定区域中的至少一个。

目标实体模型的几何拓扑信息包括：子实体模型的总数、子实体编号、子实体上控制点的数量及三维坐标、子实体的材料属性及质心坐标中的至少一项。

可选的，当初始网格模型为复杂模型时，为了减小实体生成的效率，可以仅对可能涉及布尔运算的小范围内体网格单元进行实体化。在这种情况下，对初始网格模型中的目标区域对应的网格单元进行实体化处理的方法具体包括：S3031-S3033。

S303a1、对非连续面区域进行拟合和面网格化处理，以得到处理后的非连续面区域。

S303a2、存储处理后的非连续面区域中的面网格单元编号和质心坐标。

S303a3、以面网格单元编号为索引，遍历面网格单元，确定质心坐标与体网格单元质心距离范围内的体单元，以完成对初始网格模型中的目标区域对应的网格单元进行的实体化处理。

具体的，首先，对非连续面进行拟合并进行面网格化并存储面网格单元编号和质心坐标(

和

)。接着，以非连续面网格单元编号为索引，遍历面网格单元，搜索距面网格单元质心与体网格单元质心距离d₁范围内的体单元并保存。

其中，

上述

和

分别为网格单元质心的x、y、和z坐标。

可选的，当初始网格模型为简单模型时，对于依托点直接生成体的简单模型，其控制点编号的排序规则只需要在特定面上满足顺时针或者逆时针顺序即可，不如网格单元对节点编号排序规则要求那么严格。可以通过网格单元的节点编号和三维坐标，直接生成与网格单元几何形状完全相同的子实体，从而生成与网格单元一一对应的子实体组合而成的实体模型。在这种情况下，对初始网格模型中的目标区域对应的网格单元进行实体化处理的方法具体包括：S303b1-S303b2。

S303b1、获取初始网格模型的第一数据。

其中，第一数据包括：单元编号、材料属性、单元属性以及节点编号和坐标。

S303b2、对第一数据重复执行实体化处理操作，以完成对初始网格模型中的目标区域对应的网格单元进行的实体化处理。

其中，实体化处理操作包括：以单元编号为索引，遍历初始网格模型中的体网格单元，以体网格单元上节点编号顺序提取每个网格节点的节点编号和坐标；依附每个网格节点，生成用于生成子实体的控制点；根据控制点的编号，依次生成与网格单元对应的子实体，并附上对应的体属性。

具体的，上述S303b1-S303b2可以分为以下5个步骤：

1)存储体网格模型的单元编号、材料属性、单元属性以及节点编号和坐标((x^N、y^N和z^N)。

2)以单元编号为索引，遍历体网格单元，依体网格单元上节点编号顺序提取每个网格节点的节点编号和坐标。

3)依附网格节点，生成用于生成子实体的控制点。

4)根据控制点的编号，依次生成与网格单元对应的子实体，并附上对应的体属性。

5)重复步骤2-4,直至实体化过程结束。

示例性的，图4示出了一种边坡由网格模型转换为实体模型的示意图。

S304、对包括目标区域的目标实体模型执行布尔运算。

具体的，在三维网格模型的构建过程中，先通过点、线、面自下而上建立初始实体模型，而后通过体的切割、加减等布尔运算操作，获得具有材料属性的子实体合成的目标实体模型。这些子实体的尺寸大于或等于网格单元尺寸，其控制点编号也是无序的。而在初始网格模型中，节点和网格单元是最基本的两个图元，网格单元由节点预设法则下按顺序定义，其材料属性也是定义在单元上。考虑子实体和网格单元为均质体，其质心坐标(x_c，y_c，和z_c)根据实体模型控制点或者网格单元节点的坐标由下述公式确定。

上述公式中，x_i、y_i、和z_i为子实体或网格单元上依附的第i个控制点或单元节点的x、y和z坐标，n为子实体或网格单元的个数。

可选的，如图5所示，上述预设法则可以是右手法则。由图5可知，当网格单元为六面体、楔形体、五面体或者四面体中的任意一种，时，控制点编号可以如图5所示。

S305、对第一子实体进行重新分区和第二次材料属性赋值，以得到第二子实体。

其中，第一子实体归属于布尔运算影响区域。第一子实体为对目标实体模型执行布尔运算后，材料属性归零的子实体。

具体的，若第一子实体为布尔运算影响区域的夹层以内的子实体，则获取与第一子实体相邻子实体的材料属性；若相邻子实体的材料属性不为0，则将相邻子实体的材料属性赋予第一子实体。

若第一子实体为布尔运算影响区域的夹层以外的子实体，则获取布尔运算影响区域上，第一子实体的控制点坐标，以得到第一子实体的质心；以与相邻初始网格单元质心距离最小标准搜索第一子实体在初始网格模型中的最相邻网格单元，并最相邻网格单元的材料属性赋予第一子实体。

即上述S305可以分为以下3个步骤：

1)根据添加区域子实体的材料归零特性，以体单元为索引搜寻周边体属性为0的单元，初步归为添加区域；

2)对于少数被额外归入添加区域的子实体,通过与相邻子实体的材料属性来判别，即一旦其相邻子实体材料属性不为0，则该子实体的属性被赋上相邻子实体的材料属性；

3)对于布尔运算影响区域的夹层以外子实体的属性，还需进一步区分。可根据此区域子实体上的控制点坐标，求得每个子实体的质心，以与相邻初始网格单元质心距离最小标准搜索其在初始基础网格中的最相邻网格单元，并将这个相邻网格单元材料属性赋给该子实体,最终获得材料属性完全赋值正确的布尔运算影响区域。

S306、对第二子实体进行体网格划分，以得到重新划分体网格单元。

S307、对第三子实体对应的第一体网格单元进行重构，以得到重构体网格单元。

其中，第三子实体归属于非布尔运算影响区域。第三子实体为目标实体模型执行布尔运算后，材料属性不变的子实体。

可选的，对第三子实体对应的第一体网格单元进行重构，以得到重构体网格单元时，可以利用基础网格与非布尔运算区域的子实体一一对应的映射关系，搜寻出一一对应的网格单元，并保存相关信息，以备与布尔运算区域网格重组。具体包括：S307a1-S307a2。

S307a1、遍历非布尔运算影响区域中的第三子实体，获取每个子实体的编号、控制点编号和三维坐标，根据每个子实体的编号、控制点编号和三维坐标，确定每个子实体的质心坐标。

具体的，遍历非布尔运算影响区域子实体，获得该区域每个子实体的编号和其上的控制点编号和三维坐标，按上述根据实体模型控制点或者网格单元节点的坐标确定质心坐标的方法，求取该子实体的质心坐标。

S307a2、根据布尔运算影响区域中的第二子实体的质心坐标搜索与之重合的初始网格模型的单元并保留；其中，保留的网格为非布尔运算区域中的体网格。

具体的，根据布尔运算区域的新子实体质心坐标搜索与之重合的初始网格模型的单元并保留，保留的网格为非布尔运算区域网格。

因为非布尔运算区域的子实体和网格单元的质心坐标相同，所以搜寻出来的必然是与之几何形态完全相同的网格单元，准确率高。但是这需要在模型中同时先生成完整的初始网格和实体模型,对于大型复杂模型来说，耗时较长。

可选的，对第三子实体对应的第一体网格单元进行重构，以得到重构体网格单元时，可以利用布尔运算区域的子实体搜寻出与之最临近的基础网格网格单元并将之删除，则剩余网格为非布尔运算区域网格，以备与布尔运算区域网格重组。具体包括：S307b1-S307b2。

S307b1、遍历非布尔运算影响区域中的夹层区域，获取夹层区域中的每个子实体的编号、控制点编号和三维坐标，根据每个子实体的编号、控制点编号和三维坐标，确定每个子实体的质心坐标；

具体的，遍历添加夹层区域，获得夹层区域每个子实体编号和其上的控制点编号和三维坐标，按距面网格单元质心与体网格单元质心距离d₁的方法，求取该子实体的质心坐标

S307b2、根据布尔运算影响区域中的第二子实体的质心坐标与相邻基础体网格单元质心距离最短的标准搜索与第三子实体最相邻的初始网格模型单元并删除，保留的网格为非布尔运算影响区域中的体网格。

具体的，按布尔运算区域的新子实体质心坐标与相邻基础体网格单元质心距离d₂最短的标准搜索与之最临近的初始网格模型单元并删除，保留的网格为非布尔运算区域体网格。

其中，

和

分别为子实体质心的x、y和z坐标。

由于仅需生成完整的初始网格模型和小范围内的子实体模型，对于大型复杂模型来说，耗时较短；但是在通过添加区域的子实体搜索最临近的基础模型网格单元时，有可能出现偏差，需要人工复核获得的非布尔运算区域体网格模型。

S308、将重新划分体网格单元和重构体网格单元的组合，确定为目标网格模型。

其中，目标网格模型的几何拓扑信息包括：网格单元总数、网格单元编号、网格单元节点编号及三维坐标、网格单元材料属性、单元类型及质心坐标中的至少一项。

示例性的，图6示出了一种构建目标网格模型的示意图。由图6可知，根据本申请实施例提供的三维网格模型的构建方法，可以将初始网格模型和滑坡体底滑面(向坡体外延伸)构建为含滑坡体的网格模型。

综上所述，本申请提供的三维网格模型的构建方法，只需考虑地质体自然形貌和相对规则的开挖体；无需考虑非连续面与地质体、人工开挖体相交可能带来的网格几何实体零碎化和不规则化，并由此导致的网格剖分困难，从而有效降低大型复杂工程网格模型的建立难度。

进一步的，由于不良地质构造存在较大的不确定性，随着开挖的进行，其产状、出露范围可能不断变化，其对工程岩体稳定的影响往往需要重新评估。若按传统的网格模型建立方法，需要重新修改网格几何实体模型，并重新划分网格，带来巨大的工作量。采用本申请提供的三维网格模型的构建方法，只需建立相对明确的反应地形地貌的地质体和开挖体几何形态的初始网格模型；不确定的不良地质构造则通过在初始网格模型上基于本申请实施例提出的三维网格模型的构建方法进行添加。特别适用于不良地质构造不确定状态下的大型复杂工程施工过程模拟。

总体而言，本申请提供的三维网格模型的构建方法快捷、有效的添加任意形状的非连续面或不良地质体，以降低大型复杂工程初始网格模型的建立难度，适用于不利地质构造不确定状态下的大型复杂工程施工过程模拟，具有极大的推广价值。

上述主要从方法的角度对本申请实施例提供的方案进行了介绍。为了实现上述功能，其包含了执行各个功能相应的硬件结构和/或软件模块。本领域技术人员应该很容易意识到，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，本申请能够以硬件或硬件和计算机软件的结合形式来实现。某个功能究竟以硬件还是计算机软件驱动硬件的方式来执行，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申请的范围。

本申请实施例可以根据上述方法示例对三维网格模型的构建装置进行功能模块的划分，例如，可以对应各个功能划分各个功能模块，也可以将两个或两个以上的功能集成在一个处理模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。可选的，本申请实施例中对模块的划分是示意性的，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。

图7示出了一种三维网格模型的构建装置的组成示意图，包括：建立单元701、赋值单元702、处理单元703和确定单元704；

建立单元701，用于基于点、线、面、体自下而上的建模方式，建立初始实体模型；

赋值单元702，用于对初始实体模型进行网格剖分和第一次材料属性赋值，以得到初始网格模型；

处理单元703，用于对初始网格模型中的目标区域对应的网格单元进行实体化处理，以得到与网格单元一一对应的子实体组合，并基于子实体组合，确定目标实体模型；目标区域包括：非连续面区域、不良地质段或用户指定区域中的至少一个；

处理单元703，还用于对包括目标区域的目标实体模型执行布尔运算；

赋值单元702，还用于对第一子实体进行重新分区和第二次材料属性赋值，以得到第二子实体；第一子实体归属于布尔运算影响区域；第一子实体为对目标实体模型执行布尔运算后，材料属性归零的子实体；

处理单元703，还用于对第二子实体进行体网格划分，以得到重新划分体网格单元；

处理单元703，还用于对第三子实体对应的第一体网格单元进行重构，以得到重构体网格单元；第三子实体归属于非布尔运算影响区域；第三子实体为目标实体模型执行布尔运算后，材料属性不变的子实体；

确定单元704，用于将重新划分体网格单元和重构体网格单元的组合，确定为目标网格模型。

初始实体模型的几何拓扑信息和目标实体模型的几何拓扑信息均包括：子实体模型的总数、子实体编号、子实体上控制点的数量及三维坐标、子实体的材料属性及质心坐标中的至少一项；

可选的，初始网格模型的几何拓扑信息和目标网格模型的几何拓扑信息均包括：网格单元总数、网格单元编号、网格单元节点编号及三维坐标、网格单元材料属性、单元类型及质心坐标中的至少一项。

可选的，处理单元703具体用于：

对非连续面区域进行拟合和面网格化处理，以得到处理后的非连续面区域；

存储处理后的非连续面区域中的面网格单元编号和质心坐标；

以面网格单元编号为索引，遍历面网格单元，确定质心坐标与体网格单元质心距离范围内的体单元，以完成对初始网格模型中的目标区域对应的网格单元进行的实体化处理。

可选的，处理单元703具体用于：

获取初始网格模型的第一数据；第一数据包括：单元编号、材料属性、单元属性以及节点编号和坐标；

对第一数据重复执行实体化处理操作，以完成对初始网格模型中的目标区域对应的网格单元进行的实体化处理；

实体化处理操作包括：以单元编号为索引，遍历初始网格模型中的体网格单元，以体网格单元上节点编号顺序提取每个网格节点的节点编号和坐标；依附每个网格节点，生成用于生成子实体的控制点；根据控制点的编号，依次生成与网格单元对应的子实体，并附上对应的体属性。

可选的，赋值单元702具体用于：

若第一子实体为布尔运算影响区域的夹层以内的子实体，则获取与第一子实体相邻子实体的材料属性；若相邻子实体的材料属性不为0，则将相邻子实体的材料属性赋予第一子实体；

若第一子实体为布尔运算影响区域的夹层以外的子实体，则获取布尔运算影响区域上，第一子实体的控制点坐标，以得到第一子实体的质心；以与相邻初始网格单元质心距离最小标准搜索第一子实体在初始网格模型中的最相邻网格单元，并最相邻网格单元的材料属性赋予第一子实体。

可选的，处理单元703具体用于：

遍历非布尔运算影响区域中的第三子实体，获取每个子实体的编号、控制点编号和三维坐标，根据每个子实体的编号、控制点编号和三维坐标，确定每个子实体的质心坐标；

根据布尔运算影响区域中的第二子实体的质心坐标搜索与之重合的初始网格模型的单元并保留；其中，保留的网格为非布尔运算区域中的体网格。

可选的，处理单元703具体用于：

遍历非布尔运算影响区域中的夹层区域，获取夹层区域中的每个子实体的编号、控制点编号和三维坐标，根据每个子实体的编号、控制点编号和三维坐标，确定每个子实体的质心坐标；

根据布尔运算影响区域中的第二子实体的质心坐标与相邻基础体网格单元质心距离最短的标准搜索与第三子实体最相邻的初始网格模型单元并删除，保留的网格为非布尔运算影响区域中的体网格。

本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质包括计算机执行指令。当计算机执行指令在计算机上运行时，使得计算机执行如上述实施例提供的三维网格模型的构建方法中，装置执行的各个步骤。

本申请实施例还提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品可直接加载到存储器中，并含有软件代码，该计算机程序产品经由计算机载入并执行后能够实现上述实施例提供的三维网格模型的构建方法中，装置执行的各个步骤。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件程序实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式来实现。该计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行计算机执行指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例的流程或功能。计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或者数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(digitalsubscriber line，DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可以用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)，光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘(solid state disk，SSD))等。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能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模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

在本发明所提供的几个实施例中，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，以上所描述的装置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装置，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信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。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一个物理单元或多个物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个不同地方。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。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，可以存储在一个可读取的存储介质中。基于这样的理解，本申请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个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本发明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、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种三维网格模型的构建方法，其特征在于，包括：

基于点、线、面、体自下而上的建模方式，建立初始实体模型；

对所述初始实体模型进行网格剖分和第一次材料属性赋值，以得到初始网格模型；

对所述初始网格模型中的目标区域对应的网格单元进行实体化处理，以得到与所述网格单元一一对应的子实体组合，并基于所述子实体组合，确定目标实体模型；所述目标区域包括：非连续面区域、不良地质段或用户指定区域中的至少一个；

对包括所述目标区域的所述目标实体模型执行布尔运算；

对第一子实体进行重新分区和第二次材料属性赋值，以得到第二子实体；所述第一子实体归属于布尔运算影响区域；所述第一子实体为对所述目标实体模型执行所述布尔运算后，材料属性归零的子实体；

对所述第二子实体进行体网格划分，以得到重新划分体网格单元；

对第三子实体对应的第一体网格单元进行重构，以得到重构体网格单元；所述第三子实体归属于非布尔运算影响区域；所述第三子实体为所述目标实体模型执行所述布尔运算后，材料属性不变的子实体；

将所述重新划分体网格单元和所述重构体网格单元的组合，确定为目标网格模型。

2.根据权要求1所述的三维网格模型的构建方法，其特征在于，

所述初始实体模型的几何拓扑信息和所述目标实体模型的几何拓扑信息均包括：子实体模型的总数、子实体编号、子实体上控制点的数量及三维坐标、子实体的材料属性及质心坐标中的至少一项；

所述初始网格模型的几何拓扑信息和所述目标网格模型的几何拓扑信息均包括：网格单元总数、网格单元编号、网格单元节点编号及三维坐标、网格单元材料属性、单元类型及质心坐标中的至少一项。

3.根据权要求1所述的三维网格模型的构建方法，其特征在于，所述对所述初始网格模型中的目标区域对应的网格单元进行实体化处理，包括：

对所述非连续面区域进行拟合和面网格化处理，以得到处理后的非连续面区域；

存储所述处理后的非连续面区域中的面网格单元编号和质心坐标；

以所述面网格单元编号为索引，遍历所述面网格单元，确定所述质心坐标与体网格单元质心距离范围内的体单元，以完成对所述初始网格模型中的所述目标区域对应的网格单元进行的实体化处理。

4.根据权要求1所述的三维网格模型的构建方法，其特征在于，所述对所述初始网格模型中的目标区域对应的网格单元进行实体化处理，包括：

获取所述初始网格模型的第一数据；所述第一数据包括：单元编号、材料属性、单元属性以及节点编号和坐标；

对所述第一数据重复执行实体化处理操作，以完成对所述初始网格模型中的所述目标区域对应的网格单元进行的实体化处理；

所述实体化处理操作包括：以所述单元编号为索引，遍历所述初始网格模型中的体网格单元，以所述体网格单元上节点编号顺序提取每个网格节点的节点编号和坐标；依附所述每个网格节点，生成用于生成子实体的控制点；根据所述控制点的编号，依次生成与网格单元对应的子实体，并附上对应的体属性。

5.根据权要求1所述的三维网格模型的构建方法，其特征在于，所述对第一子实体进行重新分区和第二次材料属性赋值，以得到第二子实体，包括：

若所述第一子实体为所述布尔运算影响区域的夹层以内的子实体，则获取与所述第一子实体相邻子实体的材料属性；若所述相邻子实体的材料属性不为0，则将所述相邻子实体的材料属性赋予所述第一子实体；

若所述第一子实体为所述布尔运算影响区域的夹层以外的子实体，则获取所述布尔运算影响区域上，所述第一子实体的控制点坐标，以得到所述第一子实体的质心；以与相邻初始网格单元质心距离最小标准搜索所述第一子实体在所述初始网格模型中的最相邻网格单元，并所述最相邻网格单元的材料属性赋予所述第一子实体。

6.根据权要求1所述的三维网格模型的构建方法，其特征在于，所述对第三子实体对应的第一体网格单元进行重构，以得到重构体网格单元，包括：

遍历所述非布尔运算影响区域中的所述第三子实体，获取每个子实体的编号、控制点编号和三维坐标，根据所述每个子实体的编号、所述控制点编号和所述三维坐标，确定所述每个子实体的质心坐标；

根据所述布尔运算影响区域中的所述第二子实体的质心坐标搜索与之重合的初始网格模型的单元并保留；其中，保留的网格为所述非布尔运算区域中的体网格。

7.根据权要求1所述的三维网格模型的构建方法，其特征在于，所述对第三子实体对应的第一体网格单元进行重构，以得到重构体网格单元，包括：

遍历所述非布尔运算影响区域中的夹层区域，获取所述夹层区域中的每个子实体的编号、控制点编号和三维坐标，根据所述每个子实体的编号、所述控制点编号和所述三维坐标，确定所述每个子实体的质心坐标；

根据所述布尔运算影响区域中的所述第二子实体的质心坐标与相邻基础体网格单元质心距离最短的标准搜索与所述第三子实体最相邻的初始网格模型单元并删除，保留的网格为所述非布尔运算影响区域中的体网格。

8.一种三维网格模型的构建装置，其特征在于，包括：建立单元、赋值单元、处理单元和确定单元；

所述建立单元，用于基于点、线、面、体自下而上的建模方式，建立初始实体模型；

所述赋值单元，用于对所述初始实体模型进行网格剖分和第一次材料属性赋值，以得到初始网格模型；

所述处理单元，用于对所述初始网格模型中的目标区域对应的网格单元进行实体化处理，以得到与所述网格单元一一对应的子实体组合，并基于所述子实体组合，确定目标实体模型；所述目标区域包括：非连续面区域、不良地质段或用户指定区域中的至少一个；

所述处理单元，还用于对包括所述目标区域的所述目标实体模型执行布尔运算；

所述赋值单元，还用于对第一子实体进行重新分区和第二次材料属性赋值，以得到第二子实体；所述第一子实体归属于布尔运算影响区域；所述第一子实体为对所述目标实体模型执行所述布尔运算后，材料属性归零的子实体；

所述处理单元，还用于对所述第二子实体进行体网格划分，以得到重新划分体网格单元；

所述处理单元，还用于对第三子实体对应的第一体网格单元进行重构，以得到重构体网格单元；所述第三子实体归属于非布尔运算影响区域；所述第三子实体为所述目标实体模型执行所述布尔运算后，材料属性不变的子实体；

所述确定单元，用于将所述重新划分体网格单元和所述重构体网格单元的组合，确定为目标网格模型。

9.一种三维网格模型的构建装置，其特征在于，包括存储器和处理器；所述存储器用于存储计算机执行指令，所述处理器与所述存储器通过总线连接；

当所述三维网格模型的构建装置运行时，所述处理器执行所述存储器存储的所述计算机执行指令，以使所述三维网格模型的构建装置执行如权利要求1-7任一项所述的三维网格模型的构建方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括计算机执行指令，当所述计算机执行指令在计算机上运行时，使得所述计算机执行如权利要求1-7任一项所述的三维网格模型的构建方法。

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