CN115641411A - 基于光滑性的网格模型生成方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于光滑性的网格模型生成方法和装置。其中，方法包括：获取实际地形的地形数据；根据所述地形数据将实际地形切分为若干个网格，每个网格具有对应的地形数据；针对每个网格，采用距离倒数加权法计算出第一光滑性，采用高斯曲面插值法计算出第二光滑性，采用三角形共面线性插值法计算出第三光滑性；从所述第一光滑性、所述第二光滑性、所述第三光滑性中选取与该网格实际地形相符合的光滑性作为该网格的最终光滑性；获取所有网格的最终光滑性，并基于所述所有网格的最终光滑性生成网格模型；利用八叉树算法对所述网格模型进行二次光滑，并生成二次光滑后的网格模型。本申请在保证模拟精准度的情况下，降低计算量，提高模拟效率。

Description

基于光滑性的网格模型生成方法和装置

技术领域

本申请涉及流场建模技术领域，尤其涉及一种基于光滑性的网格模型生成方法和装置。

背景技术

在流场建模技术领域中，模型网格的光滑性对流场建模的质量有着重要影响。如果流场 的光滑性与实际地形不相符，则会导致最终生成的模型精度较低。因此，需要选用合适的光 滑度计算方法来提高建模的精度。

目前，光滑度计算方法主要包括三种：(1)距离倒数加权法是一种加权平均插值法，利 用距离越近对插值点影响越大的原理，认为与插值点距离最近的若干点对其影响最大，加权 系数随着间距的增加而下降，权重比较均匀地分配给各数据点。(2)高斯曲面插值法，空间 四个节点组成一个高斯曲面，若网格点位于四个点围成的区域中，其高程值可以看作由四个 高斯曲面在相应位置处高程值的叠加。(3)三角形共面线性插值法，是用三角形的三个地形 数据点高程所形成的平面线性插值得到网格节点的高程值。但是，对于复杂地形的建模，上 述三种方法的精度较差，计算效率较低。

发明内容

本申请的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。

为此，本申请的第一个目的在于提出一种基于光滑性的网格模型生成方法，能够在保证 模拟精准度的情况下，降低计算量，提高模拟效率。

本申请的第二个目的在于提出一种基于光滑性的网格模型生成装置。

本申请的第三个目的在于提出一种计算机设备。

本申请的第四个目的在于提出一种计算机可读存储介质。

为实现上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种基于光滑性的网格模型生成方法， 包括：

获取实际地形的地形数据；

根据所述地形数据将实际地形切分为若干个网格，每个网格具有对应的地形数据；

针对每个网格，采用距离倒数加权法计算出第一光滑性，采用高斯曲面插值法计算出第 二光滑性，采用三角形共面线性插值法计算出第三光滑性；

从所述第一光滑性、所述第二光滑性、所述第三光滑性中选取与该网格实际地形相符合 的光滑性作为该网格的最终光滑性；

获取所有网格的最终光滑性，并基于所述所有网格的最终光滑性生成网格模型；

利用八叉树算法对所述网格模型进行二次光滑，并生成二次光滑后的网格模型。

可选的，采用距离倒数加权法计算出第一光滑性，包括：

基于公式一计算出每个网格的第一光滑性，公式一：

其中，Z1、 Z2、Z3、Z4分别表示4个地形数据点高程值，L1、L2、L3、L4分别表示三维平坦地形网格节点与周围4个地形数据点的平面距离，Z为插值得到的三维平坦地形网格节点高程值。

可选的，采用高斯曲面插值法计算出第二光滑性，包括：

基于公式二计算出每个网格的第二光滑性，公式二：

其中，Z1、Z2、Z3、Z4分别表示4 个地形数据点高程值，X、Y表示三维平坦地形网格节点的横、纵坐标，L表示地形数据网格边 长。

可选的，从所述第一光滑性、所述第二光滑性、所述第三光滑性中选取与该网格实际地 形相符合的光滑性作为该网格的最终光滑性，包括：

分别将所述第一光滑性、所述第二光滑性、所述第三光滑性与该网格实际地形的光滑性 阈值进行比对，并从中选择出与所述光滑性阈值最接近的作为最终光滑性。

可选的，利用八叉树算法对所述网格模型进行二次光滑，并生成二次光滑后的网格模型， 包括：

利用表面点提取算法提取出所述网格模型中网格的物体表面点；

利用提取出的所述物体表面点进行二次三角网格剖分，以重建出二次光滑后的网格模型。

可选的，利用表面点提取算法提取出所述网格模型中网格的物体表面点，包括：

获取所述网格模型中网格的顶点、棱以及面的数目，以对所述网格中的所有点进行打分， 并获取对应的分值；

根据所述分值区分出物体表面点和物体内部点；

提取出所述物体表面点。

本申请实施例的基于光滑性的网格模型生成方法，从三种光滑性算法中选取效果最佳的 算法生成网格模型，再利用八叉树算法对所述网格模型进行二次光滑，并生成二次光滑后的 网格模型，在保证模拟精准度的情况下，降低计算量，提高模拟效率。

为实现上述目的，本申请第二方面实施例提出一种基于光滑性的网格模型生成装置，包 括：

获取模块，用于获取实际地形的地形数据；

切分模块，用于根据所述地形数据将实际地形切分为若干个网格，每个网格具有对应的 地形数据；

计算模块，用于针对每个网格，采用距离倒数加权法计算出第一光滑性，采用高斯曲面 插值法计算出第二光滑性，采用三角形共面线性插值法计算出第三光滑性；

选取模块，用于从所述第一光滑性、所述第二光滑性、所述第三光滑性中选取与该网格 实际地形相符合的光滑性作为该网格的最终光滑性；

生成模块，用于获取所有网格的最终光滑性，并基于所述所有网格的最终光滑性生成网 格模型；

重建模块，用于利用八叉树算法对所述网格模型进行二次光滑，并生成二次光滑后的网 格模型。

可选的，所述计算模块，用于：

基于公式一计算出每个网格的第一光滑性，公式一：

其中，Z1、 Z2、Z3、Z4分别表示4个地形数据点高程值，L1、L2、L3、L4分别表示三维平坦地形网格节点与周围4个地形数据点的平面距离，Z为插值得到的三维平坦地形网格节点高程值。

可选的，所述计算模块，用于：

基于公式二计算出每个网格的第二光滑性，公式二：

其中，Z1、Z2、Z3、Z4分别表示4 个地形数据点高程值，X、Y表示三维平坦地形网格节点的横、纵坐标，L表示地形数据网格边 长。

可选的，所述选取模块，用于：

分别将所述第一光滑性、所述第二光滑性、所述第三光滑性与该网格实际地形的光滑性 阈值进行比对，并从中选择出与所述光滑性阈值最接近的作为最终光滑性。

可选的，所述重建模块，用于：

利用表面点提取算法提取出所述网格模型中网格的物体表面点；

利用提取出的所述物体表面点进行二次三角网格剖分，以重建出二次光滑后的网格模型。

可选的，所述重建模块，用于

获取所述网格模型中网格的顶点、棱以及面的数目，以对所述网格中的所有点进行打分， 并获取对应的分值；

根据所述分值区分出物体表面点和物体内部点；

提取出所述物体表面点。

本申请实施例的基于光滑性的网格模型生成装置，从三种光滑性算法中选取效果最佳的 算法生成网格模型，再利用八叉树算法对所述网格模型进行二次光滑，并生成二次光滑后的 网格模型，在保证模拟精准度的情况下，降低计算量，提高模拟效率。

为实现上述目的，本申请第三方面实施例提出一种计算机设备，包括存储器、处理器及 存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程 序时，实现如第一方面实施例所述的基于光滑性的网格模型生成方法。

为了实现上述目的，本申请第四方面实施例还提出了一种非临时性计算机可读存储介质， 其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面实施 例所述的基于光滑性的网格模型生成方法。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显， 或通过本申请的实践了解到。

附图说明

图1是本申请一个实施例的基于光滑性的网格模型生成方法的流程图；

图2是采用距离倒数加权法计算出第一光滑性的示意图；

图3是采用高斯曲面插值法计算出第二光滑性的效果示意图；

图4是采用高斯曲面插值法计算出第二光滑性的示意图；

图5是采用三角形共面线性插值法计算出第三光滑性的示意图；

图6是本申请一个实施例的基于光滑性的网格模型生成装置的结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本发明所 要求保护的范围。

下面参考附图描述本申请实施例的基于光滑性的网格模型生成方法和装置。

图1是本申请一个实施例的基于光滑性的网格模型生成方法的流程图，如图1所示，该 方法包括以下步骤：

S1，获取实际地形的地形数据。

其中，实际地形的地形数据通过对实际地形采集，再输入至建模软件中。

S2，根据所述地形数据将实际地形切分为若干个网格。

其中，每个网格均具有各自对应的地形数据。

S3，针对每个网格，采用距离倒数加权法计算出第一光滑性，采用高斯曲面插值法计算 出第二光滑性，采用三角形共面线性插值法计算出第三光滑性。

其中，可采用三种算法计算出不同的光滑性。

第一种算法：如图2所示，采用距离倒数加权法计算出第一光滑性。

具体地，基于公式一计算出每个网格的第一光滑性，公式一：

其 中，Z1、Z2、Z3、Z4分别表示4个地形数据点高程值，L1、L2、L3、L4分别表示三维平坦地 形网格节点与周围4个地形数据点的平面距离，Z为插值得到的三维平坦地形网格节点高程值。

第二种算法：采用高斯曲面插值法计算出第二光滑性。

具体地，如图3-图4所示，基于公式二计算出每个网格的第二光滑性，公式二：

其中，Z1、Z2、Z3、Z4分别表 示4个地形数据点高程值，X、Y表示三维平坦地形网格节点的横、纵坐标，L表示地形数据网 格边长。

第三种算法：采用三角形共面线性插值法计算出第三光滑性。

具体地，如图5所示，利用三角形的三个地形数据点高程所形成的的平面线性插值得到 网格节点的高程值。

S4，从所述第一光滑性、所述第二光滑性、所述第三光滑性中选取与该网格实际地形相 符合的光滑性作为该网格的最终光滑性。

具体地，分别将所述第一光滑性、所述第二光滑性、所述第三光滑性与该网格实际地形 的光滑性阈值进行比对，并从中选择出与所述光滑性阈值最接近的作为最终光滑性。由于不 同的网格，其对应的地形数据并不相同，因此需要选取适合自身的光滑性算法，以达到最佳 光滑效果。

S5，获取所有网格的最终光滑性，并基于所述所有网格的最终光滑性生成网格模型。

基于每个网格的最终光滑性，最终拟合成整体计算域内的网格模型，从而模拟出最佳光 滑性的网格模型。

S6，利用八叉树算法对所述网格模型进行二次光滑，并生成二次光滑后的网格模型。

具体地，可利用表面点提取算法提取出所述网格模型中网格的物体表面点，然后利用提 取出的所述物体表面点进行二次三角网格剖分，以重建出二次光滑后的网格模型。

进一步地，在提取物体表面点时，首先获取所述网格模型中网格的顶点、棱以及面的数 目，然后基于上述获取的数据对所述网格中的所有点进行打分，计算出各自对应的分值，之 后再根据所述分值区分出物体表面点和物体内部点，最后提取出所述物体表面点。在物体表 面点的提取过程中，对处于不同状态的点赋予不同的权值，并根据点所占据的顶点、棱以及 面的数目对点进行打分，从而根据分值区分出是物体内部点还是物体表面点，进而实现对物 体表面点的提取。该算法不仅可以极大地减少点的数量，而且可以降低重建误差，使模型表 面更加平滑。

本申请实施例的基于光滑性的网格模型生成方法，从三种光滑性算法中选取效果最佳的 算法生成网格模型，再利用八叉树算法对所述网格模型进行二次光滑，并生成二次光滑后的 网格模型，在保证模拟精准度的情况下，降低计算量，提高模拟效率。

为了实现上述实施例，本申请还提出了一种基于光滑性的网格模型生成装置。

图6是本申请一个实施例的基于光滑性的网格模型生成装置的结构示意图。

如图6所示，该装置包括获取模块21、切分模块22、计算模块23、选取模块24、生成模块25和重建模块26。

获取模块21，用于获取实际地形的地形数据；

切分模块22，用于根据所述地形数据将实际地形切分为若干个网格，每个网格具有对应 的地形数据；

计算模块23，用于针对每个网格，采用距离倒数加权法计算出第一光滑性，采用高斯曲 面插值法计算出第二光滑性，采用三角形共面线性插值法计算出第三光滑性；

所述计算模块23，具体用于：

基于公式一计算出每个网格的第一光滑性，公式一：

其中，Z1、 Z2、Z3、Z4分别表示4个地形数据点高程值，L1、L2、L3、L4分别表示三维平坦地形网格节点与周围4个地形数据点的平面距离，Z为插值得到的三维平坦地形网格节点高程值。

所述计算模块23，具体用于：

基于公式二计算出每个网格的第二光滑性，公式二：

其中，Z1、Z2、Z3、Z4分别表示4 个地形数据点高程值，X、Y表示三维平坦地形网格节点的横、纵坐标，L表示地形数据网格边 长。

选取模块24，用于从所述第一光滑性、所述第二光滑性、所述第三光滑性中选取与该网 格实际地形相符合的光滑性作为该网格的最终光滑性；

所述选取模块24，具体用于：

分别将所述第一光滑性、所述第二光滑性、所述第三光滑性与该网格实际地形的光滑性 阈值进行比对，并从中选择出与所述光滑性阈值最接近的作为最终光滑性。

生成模块25，用于获取所有网格的最终光滑性，并基于所述所有网格的最终光滑性生成 网格模型；

重建模块26，用于利用八叉树算法对所述网格模型进行二次光滑，并生成二次光滑后的 网格模型。

所述重建模块26，具体用于：

利用表面点提取算法提取出所述网格模型中网格的物体表面点；

利用提取出的所述物体表面点进行二次三角网格剖分，以重建出二次光滑后的网格模型。

所述重建模块26，具体用于：

获取所述网格模型中网格的顶点、棱以及面的数目，以对所述网格中的所有点进行打分， 并获取对应的分值；

根据所述分值区分出物体表面点和物体内部点；

提取出所述物体表面点。

应当理解的是，基于光滑性的网格模型生成装置与其对应的基于光滑性的网格模型生成 方法实施例描述一致，故本实施例中不再赘述。

本申请实施例的基于光滑性的网格模型生成装置，从三种光滑性算法中选取效果最佳的 算法生成网格模型，再利用八叉树算法对所述网格模型进行二次光滑，并生成二次光滑后的 网格模型，在保证模拟精准度的情况下，降低计算量，提高模拟效率。

为了实现上述实施例，本申请还提出了一种计算机设备。

该计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序， 处理器执行计算机程序时，实现如第一方面实施例的基于光滑性的网格模型生成方法。

为了实现上述实施例，本申请还提出了一种非临时性计算机可读存储介质。

该非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时 实现如第一方面实施例的基于光滑性的网格模型生成方法。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者 操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这 种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他 性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且 还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的 要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要 素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现 逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行 系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、 装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。 就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供 指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可 读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子 装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦 除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器 (CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印程序的纸或其他合适的介质，因 为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方 式进行处理来以电子方式获得程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施 方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件 来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术 中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻 辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门 阵列(FPGA)等。

需要说明的是，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意 性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点 可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本 领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进 行结合和组合。

Claims (12)

1.一种基于光滑性的网格模型生成方法，其特征在于，包括：

获取实际地形的地形数据；

根据所述地形数据将实际地形切分为若干个网格，每个网格具有对应的地形数据；

针对每个网格，采用距离倒数加权法计算出第一光滑性，采用高斯曲面插值法计算出第二光滑性，采用三角形共面线性插值法计算出第三光滑性；

从所述第一光滑性、所述第二光滑性、所述第三光滑性中选取与该网格实际地形相符合的光滑性作为该网格的最终光滑性；

获取所有网格的最终光滑性，并基于所述所有网格的最终光滑性生成网格模型；

利用八叉树算法对所述网格模型进行二次光滑，并生成二次光滑后的网格模型。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用距离倒数加权法计算出第一光滑性，包括：

基于公式一计算出每个网格的第一光滑性，公式一：

其中，Z1、Z2、Z3、Z4分别表示4个地形数据点高程值，L1、L2、L3、L4分别表示三维平坦地形网格节点与周围4个地形数据点的平面距离，Z为插值得到的三维平坦地形网格节点高程值。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用高斯曲面插值法计算出第二光滑性，包括：

基于公式二计算出每个网格的第二光滑性，公式二：

其中，Z1、Z2、Z3、Z4分别表示4个地形数据点高程值，X、Y表示三维平坦地形网格节点的横、纵坐标，L表示地形数据网格边长。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，从所述第一光滑性、所述第二光滑性、所述第三光滑性中选取与该网格实际地形相符合的光滑性作为该网格的最终光滑性，包括：

分别将所述第一光滑性、所述第二光滑性、所述第三光滑性与该网格实际地形的光滑性阈值进行比对，并从中选择出与所述光滑性阈值最接近的作为最终光滑性。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，利用八叉树算法对所述网格模型进行二次光滑，并生成二次光滑后的网格模型，包括：

利用表面点提取算法提取出所述网格模型中网格的物体表面点；

利用提取出的所述物体表面点进行二次三角网格剖分，以重建出二次光滑后的网格模型。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，利用表面点提取算法提取出所述网格模型中网格的物体表面点，包括：

获取所述网格模型中网格的顶点、棱以及面的数目，以对所述网格中的所有点进行打分，并获取对应的分值；

根据所述分值区分出物体表面点和物体内部点；

提取出所述物体表面点。

7.一种基于光滑性的网格模型生成装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取实际地形的地形数据；

切分模块，用于根据所述地形数据将实际地形切分为若干个网格，每个网格具有对应的地形数据；

计算模块，用于针对每个网格，采用距离倒数加权法计算出第一光滑性，采用高斯曲面插值法计算出第二光滑性，采用三角形共面线性插值法计算出第三光滑性；

选取模块，用于从所述第一光滑性、所述第二光滑性、所述第三光滑性中选取与该网格实际地形相符合的光滑性作为该网格的最终光滑性；

生成模块，用于获取所有网格的最终光滑性，并基于所述所有网格的最终光滑性生成网格模型；

重建模块，用于利用八叉树算法对所述网格模型进行二次光滑，并生成二次光滑后的网格模型。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述计算模块，用于：

基于公式一计算出每个网格的第一光滑性，公式一：

其中，Z1、Z2、Z3、Z4分别表示4个地形数据点高程值，L1、L2、L3、L4分别表示三维平坦地形网格节点与周围4个地形数据点的平面距离，Z为插值得到的三维平坦地形网格节点高程值。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述计算模块，用于：

基于公式二计算出每个网格的第二光滑性，公式二：

其中，Z1、Z2、Z3、Z4分别表示4个地形数据点高程值，X、Y表示三维平坦地形网格节点的横、纵坐标，L表示地形数据网格边长。

10.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述选取模块，用于：

分别将所述第一光滑性、所述第二光滑性、所述第三光滑性与该网格实际地形的光滑性阈值进行比对，并从中选择出与所述光滑性阈值最接近的作为最终光滑性。

11.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述重建模块，用于：

利用表面点提取算法提取出所述网格模型中网格的物体表面点；

利用提取出的所述物体表面点进行二次三角网格剖分，以重建出二次光滑后的网格模型。

12.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述重建模块，用于

获取所述网格模型中网格的顶点、棱以及面的数目，以对所述网格中的所有点进行打分，并获取对应的分值；

根据所述分值区分出物体表面点和物体内部点；

提取出所述物体表面点。

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