CN115495968A - 网格划分方法、终端以及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种网格划分方法、终端以及存储介质，该网格划分方法包括：S101：根据几何拓扑数据中设置的采样点进行四面体网格剖分形成第一体网格，网格拓扑优化区域分解第一体网格生成的第一子区域体网格之间的分界面网格；S102：基于第一子区域体网格的子区域表面网格对第一子区域体网格进行四面体网格剖分，合并剖分后的第一子区域体网格形成第二体网格；S103：区域分解第二体网格形成第二子区域体网格，网格拓扑优化第二子区域体网格中的体网格，合并优化后的第二子区域体网格生成网格数据。本发明既保证了网格划分效率，又显著提升了网格质量，保障了求解器的仿真结果的正确性和求解精度。

Description

网格划分方法、终端以及存储介质

技术领域

本发明涉及工业仿真领域，尤其涉及一种网格划分方法、终端以及存储介质。

背景技术

随着高性能计算机的快速发展，工业仿真规模越来越大。其中，网格划分的算法作为整个仿真过程的重要环节，其划分时间制约了仿真模拟的整个过程，划分的质量则影响了求解器的仿真结果的正确性和求解精度。

常用的网格划分采取并行划分的方式，如基于metis等图划分软件进行区域分解，然后结合OpenMP/MPI或者OpenMP和MPI混合并行的方式进行并行网格划分，再合并子区域的网格划分结果进行网格输出。但是，这种网格并行划分的方法，会存在区域交界区的网格质量差、网格存在狭长面等问题，降低了网格划分的质量，降低了求解器的仿真结果的正确性和求解精度。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出一种网格划分方法、终端以及存储介质，利用几何拓扑数据得到第一体网格后，区域分解第一体网格形成第一子区域体网格，对第一子区域体网格的分界面网格进行网格拓扑优化，合并优化后的第一子区域体网格生成第二体网格，对第二体网格区域分解形成的第二子区域体网格进行体网格拓扑优化和合并以输出网格数据，从而利用子区域分界面网格拓扑优化和子区域体网格拓扑优化的方式消除了区域交界区的网格质量差、网格存在狭长面的问题，既保证了网格划分效率，又显著提升了网格质量，保障了求解器的仿真结果的正确性和求解精度。

为解决上述问题，本发明采用的一个技术方案为：一种网格划分方法，所述网格划分方法包括：S101：根据几何拓扑数据中设置的采样点进行四面体网格剖分形成第一体网格，区域分解所述第一体网格形成第一子区域体网格，网格拓扑优化所述第一子区域体网格之间的分界面网格；S102：根据优化结果生成第一子区域体网格的子区域表面网格，基于子区域表面网格对所述第一子区域体网格进行四面体网格剖分，合并剖分后的第一子区域体网格形成第二体网格；S103：区域分解所述第二体网格形成第二子区域体网格，网格拓扑优化第二子区域体网格中的体网格，合并优化后的第二子区域体网格生成网格数据。

进一步地，所述根据几何拓扑数据中设置的采样点进行四面体网格剖分形成第一体网格的步骤具体包括：识别所述几何拓扑数据中的几何特征区域，在所述几何特征区域插入采样点，将所述采样点作为网格边界节点，基于所述网格边界节点进行四面体网格剖分生成第一体网格。

进一步地，所述区域分解所述第一体网格形成第一子区域体网格的步骤具体包括：根据所述第一体网格构建网格单元拓扑树，对网格单元拓扑树区域分解生成多个第一子区域体网格。

进一步地，所述对网格单元拓扑树区域分解生成多个第一子区域体网格的步骤包括：获取当前的数据并行处理信息，根据所述数据并行处理信息确定区域分解生成的第一子区域体网格的数量。

进一步地，所述根据优化结果生成第一子区域体网格的子区域表面网格的步骤具体包括：获取所述第一子区域体网格上分界面网格以外的表面网格，将所述表面网格与优化后的分界面网格合并形成子区域表面网格。

进一步地，所述区域分解所述第二体网格形成第二子区域体网格的步骤具体包括：基于所述第二体网格构建新的网格单元拓扑树，对所述新的网格单元拓扑树区域分解生成第二子区域体网格。

进一步地，所述网格拓扑优化第二子区域体网格中的体网格的步骤具体包括：保持所述第二子区域体网格的表面网格不变，对所述第二子区域体网格内部的体网格进行拓扑优化。

进一步地，所述第一子区域体网格、第二子区域体网格的数量相同，并行拓扑优化所述第一子区域体网格、第二子区域体网格。

基于相同的发明构思，本发明还提出一种智能终端，所述智能终端包括处理器、存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器与所述存储器连接，所述处理器根据所述计算机程序执行如上所述的网格划分方法。

基于相同的发明构思，本发明还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有程序数据，所述程序数据被用于执行如上所述的网格划分方法。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：利用几何拓扑数据得到第一体网格后，区域分解第一体网格形成第一子区域体网格，对第一子区域体网格的分界面网格进行网格拓扑优化，合并优化后的第一子区域体网格生成第二体网格，对第二体网格区域分解形成的第二子区域体网格进行体网格拓扑优化和合并以输出网格数据，从而利用子区域分界面网格拓扑优化和子区域体网格拓扑优化的方式消除了区域交界区的网格质量差、网格存在狭长面的问题，既保证了网格划分效率，又显著提升了网格质量，保障了求解器的仿真结果的正确性和求解精度。

附图说明

图1为本发明网格划分方法一实施例的流程图；

图2为本发明网格划分方法另一实施例的流程图；

图3为本发明网格划分方法中第一体网格一实施例的示意图；

图4为本发明网格划分方法中生成的网格单元拓扑树一实施例的示意图；

图5为本发明网格划分方法中第一体网格区域分解一实施例的示意图；

图6为图5生成的第一子区域体网格一实施例的示意图；

图7为图6中的第一子区域体网格剖分后形成的网格一实施例的示意图；

图8为本发明网格划分方法中第二体网格区域分解一实施例的示意图；

图9为图8中的第二子区域体网格的拓扑优化结果一实施例的示意图；

图10为本发明智能终端一实施例的结构图；

图11为本发明计算机可读存储介质一实施例的结构图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，通常在此处附图中描述和示出的各本公开实施例在不冲突的前提下，可相互组合，其中的结构部件或功能模块可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本公开的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本公开的范围，而是仅仅表示本公开的选定实施例。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。

在本申请公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数生式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数生式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

请参阅图1-图9，其中，图1为本发明网格划分方法一实施例的流程图；图2为本发明网格划分方法另一实施例的流程图；图3为本发明网格划分方法中第一体网格一实施例的示意图；图4为本发明网格划分方法中生成的网格单元拓扑树一实施例的示意图；图5为本发明网格划分方法中第一体网格区域分解一实施例的示意图；图6为图5生成的第一子区域体网格一实施例的示意图；图7为图6中的第一子区域体网格剖分后形成的网格一实施例的示意图；图8为本发明网格划分方法中第二体网格区域分解一实施例的示意图；图9为图8中的第二子区域体网格的拓扑优化结果一实施例的示意图，其中，图5、图6、图7、图8、图9中的标号如①、②、③、④、a、b、c、d为区域分解产生的子区域体网格的编号。结合图1-图9对本发明的网格划分方法进行说明。

在本实施例中，执行网格划分方法的设备可以为手机、平板电脑、工作站、服务器以及其他能够在工业仿真中执行网格划分操作的智能终端。

其中，智能终端执行的网格划分方法包括：

S101：根据几何拓扑数据中设置的采样点进行四面体网格剖分形成第一体网格，区域分解第一体网格形成第一子区域体网格，网格拓扑优化第一子区域体网格之间的分界面网格。

在本实施例中，根据几何拓扑数据中设置的采样点进行四面体网格剖分形成第一体网格的步骤具体包括：识别几何拓扑数据中的几何特征区域，在几何特征区域插入采样点，将采样点作为网格边界节点，基于网格边界节点进行四面体网格剖分生成第一体网格。

其中，几何特征区域包括特征点、曲率较大的曲线、曲面等区域，智能终端预存曲率阈值，在获取几何拓扑数据后，计算几何拓扑数据中曲线、曲面的曲率，判断该曲率是否大于曲率阈值，若是，则确该曲线或曲面确定为几何特征区域。

在本实施例中，采用二分法插入采样点，并在插入采样点后，通过迭代方式优化采样点。在得到采样点后，将采样点作为网格边界点进行四面体网格剖分。

具体的，利用Constrained Delaunay 三角化方法进行四面体网格剖分得到完全四面体的第一体网格，从而尽量减少Steiner（斯坦纳）节点的生成。

在本实施例中，区域分解第一体网格形成第一子区域体网格的步骤具体包括：根据第一体网格构建网格单元拓扑树，对网格单元拓扑树区域分解生成多个第一子区域体网格。

其中，对网格单元拓扑树区域分解生成多个第一子区域体网格的步骤包括：获取当前的数据并行处理信息，根据数据并行处理信息确定区域分解生成的第一子区域体网格的数量。

在本实施例中，数据并行处理信息包括智能终端并行的CPU核数或CPU的并行线程数或其他表示智能终端数据并行处理能力的数据。

在一个具体的实施例中，根据并行的CPU核数N利用metis等图划分开源软件，将利用第一体网格构建的网格单元拓扑树分成N个子网格单元拓扑树结构，从而获得N个第一子区域体网格。

生成第一子区域体网格后，获取相邻的第一子区域体网格之间的分界面网格，对该分界面网格进行网格拓扑优化，并在优化过程中保留第一子区域体网格的初始特征。

具体的，网格拓扑优化尺寸为预设的网格划分尺寸,在优化过程中对比每种优化可能性的网格单元质量，其中，当网格单元尺寸越接近目标尺寸（预设的网格划分尺寸），则网格单元质量越好，三角形网格单元k的质量

的计算公式为：

其中，

表示三角形单元的面积，

为三角形网格单元三条边的平均长度。根据该计算公式进行网格拓扑优化。

在本实施例中，网格拓扑优化的方法包括：增加网格节点、删除网格节点并改变网格拓扑连接关系、移动网格节点等优化方式。

S102：根据优化结果生成第一子区域体网格的子区域表面网格，基于子区域表面网格对第一子区域体网格进行四面体网格剖分，合并剖分后的第一子区域体网格形成第二体网格。

根据优化结果生成第一子区域体网格的子区域表面网格的步骤具体包括：获取第一子区域体网格上分界面网格以外的表面网格，将表面网格与优化后的分界面网格合并形成子区域表面网格。于新的子区域表面网格，可以生成质量较好的体网格。

在本实施例中，网格拓扑优化第二子区域体网格中的体网格的步骤具体包括：保持所述第二子区域体网格的表面网格不变，对第二子区域体网格内部的体网格进行拓扑优化。

在一个具体的实施例中，采用OpenMP启动智能终端的N个线程进行四面体网格剖分，每个线程负责一个第一子区域体网格的四面体网格的划分（在此过程中子区域表面网格是不变的，被约束住的。相当于外部是固定的，填充内部），N个线程并行进行第一子区域体网格的四面体网格划分。

S103：区域分解第二体网格形成第二子区域体网格，网格拓扑优化第二子区域体网格中的体网格，合并优化后的第二子区域体网格生成网格数据。

在四面体网格剖分后，合并所有的第一子区域体网格得到第二体网格。利用第二体网格构建新的网格单元拓扑树，并对该网格单元拓扑树进行区域分割得到第二子区域体网格。

具体的，利用metis等图划分开源软件，对网格单元拓扑树进行区域分割，形成N个第二子区域体网格。再次分割后的第二子区域体网格的面网格质量已达到，进而保证后续生成体网格的单元质量符合要求。

在本实施例中，第一子区域体网格、第二子区域体网格的数量相同，并行拓扑优化第一子区域体网格、第二子区域体网格。

在其他实施例中，第一子区域体网格、第二子区域体网格的数量也可以不相同，可根据实际需求设置第一子区域体网格、第二子区域体网格的数量。

对第二子区域体网格进行网格拓扑优化，其中，采用OpenMP启动N个线程，每个线程执行1个第二子区域体网格的拓扑优化，在保证第二子区域体网格的表面网格不发生变化的约束下，对体网格进行拓扑优化。此时，第二子区域体网格消除了分界面网格上的尖角等网格质量问题,网格划分整体质量很好。合并网格拓扑优化后的第二子区域体网格，根据合并后的网格数据进行网格数据更新和输出。

对常见的并行网格剖分后容易出现子网格交界区域附近容易出现的尖角等网格质量问题，利用子区域分界面网格拓扑优化和体网格并行拓扑优化的方法，在保证网格并行划分效率的基础上，显著提升网格并行划分的网格质量。

基于相同的发明构思，本发明还提出一种智能终端，请参阅图10，图10为本发明智能终端一实施例的结构图，结合图10对本发明的智能终端进行具体说明。

在本实施例中，智能终端包括处理器、存储器，存储器存储有计算机程序，处理器与存储器连接，处理器通过计算机程序执行如权上述实施例所述的网格划分方法。

在一些实施例中，存储器可能包括但不限于高速随机存取存储器、非易失性存储器。例如一个或多个磁盘存储设备、闪存设备或其他非易失性固态存储设备。处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，简称NP）等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，简称FPGA）或者其他可编程功能器件、分立门或者晶体管功能器件、分立硬件组件。

基于相同的发明构思，本发明还提出一种计算机可读存储介质，请参阅图11，图11为本发明计算机可读存储介质一实施例的结构图，结合图11对本发明的计算机可读存储介质进行说明。

在本实施例中，计算机可读存储介质存储有程序数据，该程序数据被用于执行如上述实施例所述的网格划分方法。

其中，计算机可读存储介质可包括，但不限于，软盘、光盘、CD-ROM(紧致盘－只读存储器）、磁光盘、ROM(只读存储器）、RAM(随机存取存储器）、EPROM(可擦除可编程只读存储器）、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器）、磁卡或光卡、闪存或适于存储机器可执行指令的其他类型的介质/机器可读介质。该计算机可读存储介质可以是未接入计算机设备的产品，也可以是已接入计算机设备使用的部件。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种网格划分方法，其特征在于，所述网格划分方法包括：

S101：根据几何拓扑数据中设置的采样点进行四面体网格剖分形成第一体网格，区域分解所述第一体网格形成第一子区域体网格，网格拓扑优化所述第一子区域体网格之间的分界面网格；

S102：根据优化结果生成第一子区域体网格的子区域表面网格，基于子区域表面网格对所述第一子区域体网格进行四面体网格剖分，合并剖分后的第一子区域体网格形成第二体网格；

S103：区域分解所述第二体网格形成第二子区域体网格，网格拓扑优化第二子区域体网格中的体网格，合并优化后的第二子区域体网格生成网格数据。

2.如权利要求1所述的网格划分方法，其特征在于，所述根据几何拓扑数据中设置的采样点进行四面体网格剖分形成第一体网格的步骤具体包括：

识别所述几何拓扑数据中的几何特征区域，在所述几何特征区域插入采样点，将所述采样点作为网格边界节点，基于所述网格边界节点进行四面体网格剖分生成第一体网格。

3.如权利要求1所述的网格划分方法，其特征在于，所述区域分解所述第一体网格形成第一子区域体网格的步骤具体包括：

根据所述第一体网格构建网格单元拓扑树，对网格单元拓扑树区域分解生成多个第一子区域体网格。

4.如权利要求3所述的网格划分方法，其特征在于，所述对网格单元拓扑树区域分解生成多个第一子区域体网格的步骤包括：

获取当前的数据并行处理信息，根据所述数据并行处理信息确定区域分解生成的第一子区域体网格的数量。

5.如权利要求1所述的网格划分方法，其特征在于，所述根据优化结果生成第一子区域体网格的子区域表面网格的步骤具体包括：

获取所述第一子区域体网格上分界面网格以外的表面网格，将所述表面网格与优化后的分界面网格合并形成子区域表面网格。

6.如权利要求1所述的网格划分方法，所述区域分解所述第二体网格形成第二子区域体网格的步骤具体包括：

基于所述第二体网格构建新的网格单元拓扑树，对所述新的网格单元拓扑树区域分解生成第二子区域体网格。

7.如权利要求1所述的网格划分方法，其特征在于，所述网格拓扑优化第二子区域体网格中的体网格的步骤具体包括：

保持所述第二子区域体网格的表面网格不变，对所述第二子区域体网格内部的体网格进行拓扑优化。

8.如权利要求1所述的网格划分方法，其特征在于，所述第一子区域体网格、第二子区域体网格的数量相同，并行拓扑优化所述第一子区域体网格、第二子区域体网格。

9.一种智能终端，其特征在于，所述智能终端包括处理器、存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器与所述存储器连接，所述处理器根据所述计算机程序执行如权利要求1-8任一项所述的网格划分方法。

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存储有程序数据，所述程序数据被用于执行如权利要求1-8任一项所述的网格划分方法。

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