CN117010093B - 一种汽车造型设计方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种汽车造型设计方法及设备。方法包括：从汽车造型几何模型中获取模型的几何信息；将三维曲线和三维曲面表示的连续几何进行离散化构建几何模型的连续几何、离散几何、拓扑关系的共同表征；根据共同表征分别按曲面、曲线、几何点三类几何实体进行汽车造型数据的缺失修复和精度缺陷修复，得到修复后的汽车造型几何模型；对修复后的汽车造型几何模型进行几何优化，对优化后的汽车造型几何模型进行网格生成，将网格导入CFD软件进行分析计算，得到汽车周围的流场分布结果；根据预先设置的数值指标评估汽车周围的流场分布结果，若数值指标达到设计要求则输出设计方案。采用本方法能够提高汽车造型设计准确率。
Description
技术领域
本申请涉及汽车造型设计技术领域，特别是涉及一种汽车造型设计方法及设备。
背景技术
随着电动汽车的普及和电动汽车对电池续航的不断追求，设计风阻系数更低、性能更好的汽车造型成了各大厂商的一致需求。意大利Pininfarina公司与意大利国力科研所进行的一项汽车造型的研究成果表明，未来汽车造型将以空气动力学为主导，从空气动力学出发，根据试验确定车身外形，使汽车造型具有优异的空气动力学特性，同时又能满足各种使用和生产工艺的严格要求。汽车造型的空气动力学性能分析主要有两种方式，一种是进行风洞试验，另一种就是利用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）进行数值模拟，传统的风洞试验结果一般可靠性比较高，但由于它有许多局限性，如风洞试验成本高、周期长、需要制作一系列油泥模型等。另外,在风洞试验时,只能在有限截面和位置处测得速度、压力和温度值，而不可能获得整个流场中任意点的详细信息。与风洞试验相反，CFD精度比不上风洞试验，但却几乎克服了它的所有局限性。由于CFD可以方便灵活地改变初始条件、边界条件以及几何边界,并且可以获得整个流场任意点处的详细信息，对汽车附近流场进行分析，由此对车身进行反馈调整，如改善车头造型，增加倾斜角，减少车头缘高度，改善底部造型，增大底部流速等等。
然而，目前由于表示汽车造型的几何模型在设计制作过程中某些部件的几何数据之间存在缺陷，后续在进行网格生成和CFD设计时造型设计偏差大，准确率低。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高汽车造型设计准确率的汽车造型设计方法及设备。
一种汽车造型设计方法，所述方法包括：
获取在概念设计时构建的汽车产品草图；
利用CAD软件对汽车产品草图进行细化，精确各部件的尺寸和位置构建得到汽车造型几何模型；
从汽车造型几何模型中获取模型的几何信息；几何信息包括几何模型的三维曲面、三维曲线、三维点和拓扑关系中各三维曲面上定义的面中线和面上点；
将三维曲线和三维曲面表示的连续几何进行离散化构建几何模型的连续几何、离散几何、拓扑关系的共同表征；
根据共同表征分别按曲面、曲线、几何点三类几何实体进行汽车造型数据的缺失修复和精度缺陷修复，得到修复后的汽车造型几何模型；
对修复后的汽车造型几何模型进行几何优化，对优化后的汽车造型几何模型进行网格生成，得到网格；
将网格导入CFD软件进行分析计算，得到汽车周围的流场分布结果；
根据预先设置的数值指标评估汽车周围的流场分布结果，若数值指标达到设计要求则输出设计方案。
在其中一个实施例中，将三维曲线和三维曲面表示的连续几何进行离散化构建几何模型共同表征，包括：
对连续几何进行离散，在参数域中确定连续几何离散分割点的位置，将三维曲线或三维曲面NURBS定义的节点矢量作为初始离散点的参数坐标，然后通过相邻离散点之间的偏离距离判断是否需要插点来满足精度要求，得到曲线或曲面的离散表示；
利用曲线离散表示构建面参数空间的面中线。
在其中一个实施例中，离散点之间的偏离距离的计算过程包括：
对于三个连续的离散点、/>、/>之间的偏离距离/>具体计算方法为：
。
在其中一个实施例中，利用曲线离散表示构建面参数空间的面中线，包括：
若曲线C和曲面S存在拓扑关系，则曲线C离散表示中的三维离散点也均位于曲面S上，通过曲线S的参数方程找出曲线C的三维离散点在该参数空间的对应坐标构成面中线。
在其中一个实施例中，汽车造型数据的缺失修复包括曲面的拓扑环修复、拓扑边的曲线修复和顶点的对应几何点修复；精度缺陷修复包括几何精度缺陷修复和拓扑精度缺陷修复；根据共同表征分别按曲面、曲线、几何点三类几何实体进行汽车造型数据的缺失修复和精度缺陷修复，包括：
根据共同表征分别按曲面、曲线、几何点三类几何实体进行汽车造型数据的缺失修复，在参数空间的曲面边界处建立首尾相接的四条面中线与拓扑边构成拓扑环完成曲面的拓扑环修复；
利用拓扑边对应的面中线与非退化封闭光滑曲面进行重构，如果面中线位于参数空间边界，根据非退化封闭光滑曲面方程提取边界所在曲线，并通过面中线的参数坐标区间切分提取的曲线；如果面中线位于参数空间内部，以面中线的离散点为初始点序列，通过相邻离散点之间的偏离距离判断是否需要插点来满足精度要求，在满足精度要求情况下通过非退化封闭光滑曲面方程将离散点参数坐标转换为三维坐标，以离散点为控制顶点建立一阶非退化封闭光滑曲线完成拓扑边的曲线修复；
利用对应的拓扑边离散表示的起止坐标点对缺失几何点进行重构修复，得到修复好的几何点。
在其中一个实施例中，对曲面是否存在精度缺陷进行判断，若曲面存在精度缺陷，则根据曲面的相交性对曲面进行精度缺陷类型检测，根据精度缺陷类型进行曲面精度缺陷修复；
以相邻面中线的连续性为依据对曲线进行精度缺陷检测，根据精度缺陷类型进行曲线精度缺陷修复。
在其中一个实施例中，对曲面是否存在精度缺陷进行判断，若曲面存在精度缺陷，则根据曲面的相交性对曲面进行精度缺陷类型检测，根据精度缺陷类型进行曲面精度缺陷修复，包括：
根据拓扑关系找到相邻的两个拓扑面以及位于各自拓扑面上交线处的两条拓扑边，计算两条拓扑边对应几何曲线之间的Hausdorff距离，根据Hausdorff距离确定曲线重合度，根据曲线重合度来判断曲面是否存在精度缺陷；
若曲面存在精度缺陷，对存在精度缺陷的两个曲面求交，如果曲面存在交线，属于拓扑精度缺陷，将求得的交线作为新的拓扑边，并更新对应的三维曲线数据；如果不存在交线，属于几何精度缺陷，采用曲面延伸或填充的方式进行修复。
在其中一个实施例中，以相邻面中线的连续性为依据对曲线进行精度缺陷检测，根据精度缺陷类型进行曲线精度缺陷修复，包括：
对拓扑相连的面中线进行求交，若存在实际交点，且交点与公共端点的距离大于容差，将新交点作为面中线的端点，若交点与公共端点的距离小于容差，则保持不变；若不存在实际交点，但拓扑相连的面中线与其他面中线存在公共端点或实际交点，交换相应面中线存储位置，将实际相连的面中线串联起来实现拓扑精度缺陷修复；
对拓扑相连的面中线进行求交，若存在实际交点，且交点与公共端点的距离与容差相等，或不存在实际交点，同时拓扑相连的面中线与其他面中线不存在公共端点或实际交点，则对曲线进行几何精度修复，以缺口处端点创建面中线，并利用拓扑边对应的面中线与非退化封闭光滑曲面进行几何实体曲线重构实现曲线的几何精度缺陷修复；
当几何点本身坐标与曲线起止点的距离大于容差时，判定为几何点精度缺陷，删除错误的几何点并利用对应的拓扑边离散表示的起止坐标点对缺失几何点进行重构修复，得到修复好的几何点。
在一个实施例中，对修复后的汽车造型几何模型进行几何优化，包括：
对修复后的汽车造型几何模型中的曲面-曲面、曲线-曲线之间的Hausdorff距离进行计算，若计算结果小于容差则判定为重复数据，删除重复数据中任意一个，并把拓扑关系中对应的数据更新；
对修复后的汽车造型几何模型中两个几何点之间的欧式距离进行计算，若计算结果小于容差则判定为重复数据，同样删除两个几何点中任意一个，并把拓扑关系中对应的数据更新；
对修复后的汽车造型几何模型中的所有几何实体曲线，若长度小于最大网格单元尺寸，且几何实体曲线两个端点处的切向量夹角小于15°，将几何实体曲线与左右相接的曲线进行NURBS参数合并，形成一条光滑的NURBS曲线；
利用投影距离确认修复后的汽车造型几何模型中悬边、孤点与几何实体曲面的相对关系，如果悬边与孤点位于某个曲面上，则作为曲面的嵌入线或嵌入点归类到曲面中参与网格生成。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
获取在概念设计时构建的汽车产品草图；
利用CAD软件对汽车产品草图进行细化，精确各部件的尺寸和位置构建得到汽车造型几何模型；
从汽车造型几何模型中获取模型的几何信息；几何信息包括几何模型的三维曲面、三维曲线、三维点和拓扑关系中各三维曲面上定义的面中线和面上点；
将三维曲线和三维曲面表示的连续几何进行离散化构建几何模型的连续几何、离散几何、拓扑关系的共同表征；
根据共同表征分别按曲面、曲线、几何点三类几何实体进行汽车造型数据的缺失修复和精度缺陷修复，得到修复后的汽车造型几何模型；
对修复后的汽车造型几何模型进行几何优化，对优化后的汽车造型几何模型进行网格生成，得到网格；
将网格导入CFD软件进行分析计算，得到汽车周围的流场分布结果；
根据预先设置的数值指标评估汽车周围的流场分布结果，若数值指标达到设计要求则输出设计方案。
上述一种汽车造型设计方法及设备，本申请在对进行CFD分析的汽车几何模型在读入阶段建立基于连续几何、离散几何和拓扑关系的共同表征，极大优化了对汽车几何模型进行几何修复、特征简化的处理流程，同时针对于汽车造型无法直接用于空气动力学设计分析的问题，根据共同表征分别按曲面、曲线、几何点三类几何实体进行汽车造型数据的缺失修复和精度缺陷修复，将汽车几何模型自动化修复到满足网格生成要求，避免了中间费时费力的手工修复过程，保证了网格生成的质量和效率，对修复后的汽车造型几何模型进行几何优化，提高了网格生成准确率，从而提高了后续进行汽车周围的流场分布计算的准确率，进而提高了汽车造型设计的准确率和效率。
附图说明
图1为一个实施例中一种汽车造型设计方法的流程示意图；
图2为一个实施例中汽车造型的几何模型图；
图3为一个实施例中汽车造型共同表征方法中连续几何、离散几何、拓扑关系示意图；
图4为另一个实施例中在连续NURBS曲面进行后离散结果的示意图；
图5为一个实施例中存在拓扑缺失的曲面进行拓扑重构流程的示意图；
图6为一个实施例中曲面精度缺陷分类示意图；
图7为一个实施例中曲线精度缺陷分类及修复过程示意图；（a）为曲线存在交点示意图；（b）为曲线交换后存在交点的示意图，（c）为曲线重构示意图；
图8为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种汽车造型设计方法，包括以下步骤：
步骤102，获取在概念设计时构建的汽车产品草图；利用CAD软件对汽车产品草图进行细化，精确各部件的尺寸和位置构建得到汽车造型几何模型。
利用CAD软件对汽车产品草图进行细化，精确各部件的尺寸和位置构建得到汽车造型几何模型的过程为现有技术，在本申请中不做过多的赘述。
步骤104，从汽车造型几何模型中获取模型的几何信息；几何信息包括几何模型的三维曲面、三维曲线、三维点和拓扑关系中各三维曲面上定义的面中线和面上点。
在几何模型中，拓扑实体均有对应的几何实体。例如，拓扑面表示对应三维曲面经过一次或多次裁剪后的区域，该区域一般称为裁剪曲面，裁剪后的有效参数域通常为原曲面参数域的一部分，裁剪曲面可以精确表示所定义的区域。因此,拓扑面通常需要包含一个表示原始曲面的参数方程以及限定区域的拓扑环，其中，拓扑面一定包含一个拓扑外环，其定义了区域最外边的轮廓边界，还可能存在一个或多个拓扑内环，表示该区域内部存在的孔洞区域。每一个拓扑环都由一系列的拓扑边组成，单个拓扑环中所有拓扑边首尾相接构成闭环；拓扑边是拓扑面的边界的组成部分，同时也是拓扑面连接关系的纽带，它有对应定义在三维空间的几何实体曲线。该曲线位于曲面上，因此在曲面参数空间中存在二维面中线与之对应；拓扑点是拓扑线的边界，它有对应定义在三维空间的几何实体点。不同曲面上的拓扑点或拓扑边可能对应着三维空间的同一顶点或曲线。
在汽车造型设计中，广泛采用非均匀有理B样条（NURBS）方法描述曲面和曲线。一条NURBS曲线通过阶数/>、权因子/>、控制顶点/>与节点矢量/>进行定义。节点矢量给出了曲线的参数域同时对参数方程中基函数/>进行了定义。曲面/>则是将曲线的定义进行推广，给定两方向参数,U向阶数/>和V向阶数/>、权因子/>与控制顶点/>、U向节点矢量/>与V向节点矢量/>。其NURBS曲线与曲面的参数方程分别为：
曲线：；
曲面：；
曲面参数空间是指三维曲面的参数域，即。曲面参数空间中任意一点/>对应三维空间的坐标为/>。
以图2为例，获取汽车造型的几何模型参数，并指定最大网格单元尺寸辅助几何修复，汽车造型中的几何信息包括几何实体中的三维曲面（编号、阶数、权因子、控制顶点、节点矢量），三维曲线（编号、阶数、权因子、控制顶点、节点矢量）和三维点（编号、三维坐标），以及拓扑关系中各三维曲面上定义的面中线（所对应的三维曲线编号）和面上点（所对应的三维点编号）。
步骤106，将三维曲线和三维曲面表示的连续几何进行离散化构建几何模型的连续几何、离散几何、拓扑关系的共同表征。
将曲线、曲面表示的连续几何离散化后得到对应离散表示，构建连续几何、离散几何、拓扑关系的共同表征，如图3所示。离散表示的构建步骤如下：
2.1.1对连续几何进行离散，在参数域中确定连续几何离散分割点的位置。以该曲线或曲面NURBS定义的节点矢量作为初始离散点的参数坐标，然后通过相邻离散点之间的偏离距离判断是否需要插点来满足精度要求，曲面在参数域中离散后的结果如图4所示。对于三个连续的离散点、/>、/>之间的偏离距离/>具体计算方法为：
；
若则表明满足精度要求,其中/>为最大偏离距离，其取值为，/>是正好包围该几何实体的长方体的三维尺寸。
2.1.2利用曲线离散表示构建面参数空间的面中线。若曲线C和曲面S存在拓扑关系，则曲线C离散表示中的三维离散点也均位于曲面S上，通过曲线S的参数方程找出曲线C的三维离散点在该参数空间的对应坐标，由此构成面中线。如图4所示，箭头所指为该曲面边界的三维曲线在参数空间中构建对应的面中线。本申请通过对进行CFD分析的汽车几何模型在读入阶段建立基于连续几何、离散几何和拓扑关系的共同表征，极大优化了对汽车几何模型进行几何修复、特征简化的网格生成前处理流程，提高了网格生成的效率。
步骤108，根据共同表征分别按曲面、曲线、几何点三类几何实体进行汽车造型数据的缺失修复和精度缺陷修复，得到修复后的汽车造型几何模型。
2.2.1汽车造型数据的缺失修复，分别按曲面、曲线、几何点三类几何实体进行处理：
（1）曲面缺失拓扑环。如图5所示，具体过程包括：在参数空间的曲面边界处建立首尾相接的四条面中线与拓扑边/>构成拓扑环，同时构造拓扑环与拓扑面、拓扑环与拓扑边之间的包含关系。
（2）拓扑边缺少对应曲线。利用拓扑边对应的面中线与NURBS曲面进行重构。如果面中线位于参数空间边界，根据NURBS曲面方程提取边界所在曲线参数，并通过面中线的参数坐标区间切分对提取的曲线；如果面中线位于参数空间内部，以面中线的离散点为初始点序列，采用2.1.1步所述方法通过相邻离散点之间的偏离距离判断是否需要插点来满足精度要求，然后通过NURBS曲面方程将离散点参数坐标转换为三维坐标，最后以离散点为控制顶点建立一阶NURBS曲线。
（3）顶点缺少对应几何点。用对应的拓扑边离散表示的起止坐标点对缺失几何点进行重构修复。
2.2.2汽车造型数据的精度缺陷修复，可分为几何精度缺陷和拓扑精度缺陷，同样按照曲面、曲线、几何点三类几何实体进行修复：
检测曲面是否存在精度缺陷并根据不同类型进行修复：
（1）通过拓扑关系找到相邻的两个拓扑面以及位于各自拓扑面上交线处的两条拓扑边；
（2）计算两条拓扑边对应几何曲线之间的Hausdorff距离，以曲线重合度来判断曲面是否存在精度缺陷。曲面-曲面、曲线-曲线的Hausdorff距离的计算流程为：计算曲面或曲线离散表示中离散点到另一个曲面或曲线的投影距离，两曲面或曲线中所有投影距离的最大值即为Hausdorff距离。离散点到曲线或曲面投影距离等价为计算点到曲线或曲面的最短距离。
（3）针对存在精度缺陷的两个曲面，对曲面求交，如果曲面存在交线，属于拓扑精度缺陷，将求得的交线作为新的拓扑边，并更新对应的三维曲线数据；如果不存在交线，属于几何精度缺陷，采用曲面延伸或填充的方式进行修复，如图6为曲面存在精度缺陷的示意图。曲面的几何精度缺陷修复采用曲面延伸或填充两种方法的条件：将曲面延伸最大网格单元尺寸的距离，此时对曲面进行求交，如果延伸后的曲面之间存在交线，更新延伸后曲面与交线的相应几何数据；如果曲面仍不相交，则基于两个曲面的边界新建一个曲面进行填充修复。
检测曲线是否存在精度缺陷，如图7所示，以相邻面中线的连续性为依据判断不同精度缺陷并分别进行处理：
（1）对拓扑相连的面中线进行求交，若存在实际交点，且交点与公共端点的距离大于容差，将新交点作为面中线的端点。容差计算方法为，其中/>是正好包围该几何实体的长方体的三维尺寸。若交点与公共端点的距离小于容差/>，则保持不变。若不存在实际交点，但与其他面中线存在公共端点或实际交点，交换相应面中线存储位置，将实际相连的面中线串联起来。
（2）不满足上述两种情况则为几何精度缺陷，此时以缺口处端点创建面中线，并利用2.2.1（2）所述步骤重构对应的几何实体曲线。
（3）检测几何点精度缺陷，当几何点本身坐标与曲线起止点的距离大于容差时，判定为几何点精度缺陷。此时应删除错误几何点并利用2.2.1（3）所述步骤重构对应的几何点。
步骤110，对修复后的汽车造型几何模型进行几何优化，对优化后的汽车造型几何模型进行网格生成，得到网格。
对修复后的汽车造型几何模型进行几何优化，主要包括以下步骤：
（1）删除重复定义的几何数据。计算曲面-曲面、曲线-曲线之间的Hausdorff距离，若其小于容差则判定为重复数据，删除其中任意一个，并把拓扑关系中对应的数据更新。计算两个几何点之间的欧式距离，若其小于容差/>则判定为重复数据，同样删除其中任意一个，并把拓扑关系中对应的数据更新。
（2）几何短边合并。针对所有几何实体曲线，若其长度小于最大网格单元尺寸，且该曲线两个端点处的切向量夹角小于15°，此时将该曲线与左右相接的曲线进行NURBS参数合并，形成一条光滑的NURBS曲线。
（3）无拓扑关系的悬边与孤点的处理，利用投影距离确认悬边、孤点与几何实体曲面的相对关系，如果位于某个曲面上，需要作为曲面的嵌入线或嵌入点归类到曲面中参与网格生成。
在本发明中，一条拓扑边存在三种几何表示，即三维空间的NURBS表示、三维离散点表示、参数空间的二维离散点表示。一个拓扑面存在两种表示，即NURBS表示与三维离散点表示。在共同表征的表示方法中，对其中一个进行修改均需同步更新其他表示。在几何修复中以面中线为主要对象，以参数空间的修复为基础去同步更新其他表示的对应数据，可以提高对优化后的汽车造型几何模型进行网格生成时网格的准确率。
对优化后的汽车造型几何模型进行网格生成的过程为现有技术，在本申请中不做过多的赘述。
步骤112，将网格导入CFD软件进行分析计算，得到汽车周围的流场分布结果；根据预先设置的数值指标评估汽车周围的流场分布结果，若数值指标达到设计要求则输出设计方案。
将网格导入CFD软件进行分析计算，获得汽车周围的流场分布，评估汽车周围流场的分析计算结果，如考察汽车的后风窗倾角、前风窗倾角和再附着点位置设计是否合理，汽车乘员舱的自然通风与散热是否满足需要，分析汽车的风阻系数和尾部涡流等是否达到预期设计值。若数值指标达到设计要求则输出设计方案；若未达到则转至步骤102，由设计人员根据分析结果在修复几何模型的基础上进行造型调整。
上述一种汽车造型设计方法中，本申请在对进行CFD分析的汽车几何模型在读入阶段建立基于连续几何、离散几何和拓扑关系的共同表征，极大优化了对汽车几何模型进行几何修复、特征简化的处理流程，同时针对于汽车造型无法直接用于空气动力学设计分析的问题，根据共同表征分别按曲面、曲线、几何点三类几何实体进行汽车造型数据的缺失修复和精度缺陷修复，将汽车几何模型自动化修复到满足网格生成要求，避免了中间费时费力的手工修复过程，保证了网格生成的质量和效率，对修复后的汽车造型几何模型进行几何优化，提高了网格生成准确率，从而提高了后续进行汽车周围的流场分布计算的准确率，进而提高了汽车造型设计的准确率和效率。
在其中一个实施例中，将三维曲线和三维曲面表示的连续几何进行离散化构建几何模型共同表征，包括：
对连续几何进行离散，在参数域中确定连续几何离散分割点的位置，将三维曲线或三维曲面NURBS定义的节点矢量作为初始离散点的参数坐标，然后通过相邻离散点之间的偏离距离判断是否需要插点来满足精度要求，得到曲线或曲面的离散表示；
利用曲线离散表示构建面参数空间的面中线。
在其中一个实施例中，离散点之间的偏离距离的计算过程包括：
对于三个连续的离散点、/>、/>之间的偏离距离/>具体计算方法为：
。
在其中一个实施例中，利用曲线离散表示构建面参数空间的面中线，包括：
若曲线C和曲面S存在拓扑关系，则曲线C离散表示中的三维离散点也均位于曲面S上，通过曲线S的参数方程找出曲线C的三维离散点在该参数空间的对应坐标构成面中线。
在其中一个实施例中，汽车造型数据的缺失修复包括曲面的拓扑环修复、拓扑边的曲线修复和顶点的对应几何点修复；精度缺陷修复包括几何精度缺陷修复和拓扑精度缺陷修复；根据共同表征分别按曲面、曲线、几何点三类几何实体进行汽车造型数据的缺失修复和精度缺陷修复，包括：
根据共同表征分别按曲面、曲线、几何点三类几何实体进行汽车造型数据的缺失修复，在参数空间的曲面边界处建立首尾相接的四条面中线与拓扑边构成拓扑环完成曲面的拓扑环修复；
利用拓扑边对应的面中线与非退化封闭光滑曲面进行重构，如果面中线位于参数空间边界，根据非退化封闭光滑曲面方程提取边界所在曲线，并通过面中线的参数坐标区间切分提取的曲线；如果面中线位于参数空间内部，以面中线的离散点为初始点序列，通过相邻离散点之间的偏离距离判断是否需要插点来满足精度要求，在满足精度要求情况下通过非退化封闭光滑曲面方程将离散点参数坐标转换为三维坐标，以离散点为控制顶点建立一阶非退化封闭光滑曲线完成拓扑边的曲线修复；
利用对应的拓扑边离散表示的起止坐标点对缺失几何点进行重构修复，得到修复好的几何点。
在具体实施例中，根据非退化封闭光滑曲面方程提取边界所在曲线，并通过面中线的参数坐标区间切分提取的曲线和在满足精度要求情况下通过非退化封闭光滑曲面方程将离散点参数坐标转换为三维坐标为现有技术，故在本申请中不做过多的赘述。
在其中一个实施例中，对曲面是否存在精度缺陷进行判断，若曲面存在精度缺陷，则根据曲面的相交性对曲面进行精度缺陷类型检测，根据精度缺陷类型进行曲面精度缺陷修复；
以相邻面中线的连续性为依据对曲线进行精度缺陷检测，根据精度缺陷类型进行曲线精度缺陷修复。
在其中一个实施例中，对曲面是否存在精度缺陷进行判断，若曲面存在精度缺陷，则根据曲面的相交性对曲面进行精度缺陷类型检测，根据精度缺陷类型进行曲面精度缺陷修复，包括：
根据拓扑关系找到相邻的两个拓扑面以及位于各自拓扑面上交线处的两条拓扑边，计算两条拓扑边对应几何曲线之间的Hausdorff距离，根据Hausdorff距离确定曲线重合度，根据曲线重合度来判断曲面是否存在精度缺陷；
若曲面存在精度缺陷，对存在精度缺陷的两个曲面求交，如果曲面存在交线，属于拓扑精度缺陷，将求得的交线作为新的拓扑边，并更新对应的三维曲线数据；如果不存在交线，属于几何精度缺陷，采用曲面延伸或填充的方式进行修复。
在具体实施例中，根据曲线重合度来判断曲面是否存在精度缺陷，首先计算容差，容差计算方法为，其中/>是正好包围该几何实体的长方体的三维尺寸。如果曲线重合度小于容差则判定重合。
在其中一个实施例中，以相邻面中线的连续性为依据对曲线进行精度缺陷检测，根据精度缺陷类型进行曲线精度缺陷修复，包括：
对拓扑相连的面中线进行求交，若存在实际交点，且交点与公共端点的距离大于容差，将新交点作为面中线的端点，若交点与公共端点的距离小于容差，则保持不变；若不存在实际交点，但拓扑相连的面中线与其他面中线存在公共端点或实际交点，交换相应面中线存储位置，将实际相连的面中线串联起来实现拓扑精度缺陷修复；
对拓扑相连的面中线进行求交，若存在实际交点，且交点与公共端点的距离与容差相等，或不存在实际交点，同时拓扑相连的面中线与其他面中线不存在公共端点或实际交点，则对曲线进行几何精度修复，以缺口处端点创建面中线，并利用拓扑边对应的面中线与非退化封闭光滑曲面进行几何实体曲线重构实现曲线的几何精度缺陷修复；
当几何点本身坐标与曲线起止点的距离大于容差时，判定为几何点精度缺陷，删除错误的几何点并利用对应的拓扑边离散表示的起止坐标点对缺失几何点进行重构修复，得到修复好的几何点。
在一个实施例中，对修复后的汽车造型几何模型进行几何优化，包括：
对修复后的汽车造型几何模型中的曲面-曲面、曲线-曲线之间的Hausdorff距离进行计算，若计算结果小于容差则判定为重复数据，删除重复数据中任意一个，并把拓扑关系中对应的数据更新；
对修复后的汽车造型几何模型中两个几何点之间的欧式距离进行计算，若计算结果小于容差则判定为重复数据，同样删除两个几何点中任意一个，并把拓扑关系中对应的数据更新；
对修复后的汽车造型几何模型中的所有几何实体曲线，若长度小于最大网格单元尺寸，且几何实体曲线两个端点处的切向量夹角小于15°，将几何实体曲线与左右相接的曲线进行NURBS参数合并，形成一条光滑的NURBS曲线；
利用投影距离确认修复后的汽车造型几何模型中悬边、孤点与几何实体曲面的相对关系，如果悬边与孤点位于某个曲面上，则作为曲面的嵌入线或嵌入点归类到曲面中参与网格生成。
应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图8所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种汽车造型设计方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图8中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述实施例中方法的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双数据率SDRAM（DDRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink） DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM）、以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种汽车造型设计方法，其特征在于，所述方法包括：
获取在概念设计时构建的汽车产品草图；
利用CAD软件对所述汽车产品草图进行细化，精确各部件的尺寸和位置构建得到汽车造型几何模型；
从所述汽车造型几何模型中获取模型的几何信息；所述几何信息包括几何模型的三维曲面、三维曲线、三维点和拓扑关系中各三维曲面上定义的面中线和面上点；
将三维曲线和三维曲面表示的连续几何进行离散化构建几何模型的连续几何、离散几何、拓扑关系的共同表征；
根据所述共同表征分别按曲面、曲线、几何点三类几何实体进行汽车造型数据的缺失修复和精度缺陷修复，得到修复后的汽车造型几何模型；
对所述修复后的汽车造型几何模型进行几何优化，对优化后的汽车造型几何模型进行网格生成，得到网格；
将所述网格导入CFD软件进行分析计算，得到汽车周围的流场分布结果；
根据预先设置的数值指标评估所述汽车周围的流场分布结果，若数值指标达到设计要求则输出设计方案；
将三维曲线和三维曲面表示的连续几何进行离散化构建几何模型共同表征，包括：
对连续几何进行离散，在参数域中确定连续几何离散分割点的位置，将三维曲线或三维曲面NURBS定义的节点矢量作为初始离散点的参数坐标，然后通过相邻离散点之间的偏离距离判断是否需要插点来满足精度要求，得到曲线或曲面的离散表示；
利用曲线离散表示构建面参数空间的面中线，包括：
若曲线C和曲面S存在拓扑关系，则曲线C离散表示中的三维离散点也均位于曲面S上，通过曲面S的参数方程找出曲线C的三维离散点在该参数空间的对应坐标构成面中线；
所述汽车造型数据的缺失修复包括曲面的拓扑环修复、拓扑边的曲线修复和顶点的对应几何点修复；所述精度缺陷修复包括几何精度缺陷修复和拓扑精度缺陷修复；根据所述共同表征分别按曲面、曲线、几何点三类几何实体进行汽车造型数据的缺失修复和精度缺陷修复，包括：
根据所述共同表征分别按曲面、曲线、几何点三类几何实体进行汽车造型数据的缺失修复，在参数空间的曲面边界处建立首尾相接的四条面中线与拓扑边构成拓扑环完成曲面的拓扑环修复；
利用拓扑边对应的面中线与非退化封闭光滑曲面进行重构，如果面中线位于参数空间边界，根据非退化封闭光滑曲面方程提取边界所在曲线，并通过面中线的参数坐标区间切分提取的曲线；如果面中线位于参数空间内部，以面中线的离散点为初始点序列，通过相邻离散点之间的偏离距离判断是否需要插点来满足精度要求，在满足精度要求情况下通过非退化封闭光滑曲面方程将离散点参数坐标转换为三维坐标，以离散点为控制顶点建立一阶非退化封闭光滑曲线完成拓扑边的曲线修复；
利用对应的拓扑边离散表示的起止坐标点对缺失几何点进行重构修复，得到修复好的几何点；
对曲面是否存在精度缺陷进行判断，若曲面存在精度缺陷，则根据曲面的相交性对曲面进行精度缺陷类型检测，根据精度缺陷类型进行曲面精度缺陷修复；
以相邻面中线的连续性为依据对曲线进行精度缺陷检测，根据精度缺陷类型进行曲线精度缺陷修复。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述离散点之间的偏离距离的计算过程包括：
对于三个连续的离散点、/>、/>之间的偏离距离/>具体计算方法为：
。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对曲面是否存在精度缺陷进行判断，若曲面存在精度缺陷，则根据曲面的相交性对曲面进行精度缺陷类型检测，根据精度缺陷类型进行曲面精度缺陷修复，包括：
根据拓扑关系找到相邻的两个拓扑面以及位于各自拓扑面上交线处的两条拓扑边，计算两条拓扑边对应几何曲线之间的Hausdorff距离，根据所述Hausdorff距离确定曲线重合度，根据所述曲线重合度来判断曲面是否存在精度缺陷；
若曲面存在精度缺陷，对存在精度缺陷的两个曲面求交，如果曲面存在交线，属于拓扑精度缺陷，将求得的交线作为新的拓扑边，并更新对应的三维曲线数据；如果不存在交线，属于几何精度缺陷，采用曲面延伸或填充的方式进行修复。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，以相邻面中线的连续性为依据对曲线进行精度缺陷检测，根据精度缺陷类型进行曲线精度缺陷修复，包括：
对拓扑相连的面中线进行求交，若存在实际交点，且交点与公共端点的距离大于容差，将新交点作为面中线的端点，若交点与公共端点的距离小于容差，则保持不变；若不存在实际交点，但拓扑相连的面中线与其他面中线存在公共端点或实际交点，交换相应面中线存储位置，将实际相连的面中线串联起来实现拓扑精度缺陷修复；
对拓扑相连的面中线进行求交，若存在实际交点，且交点与公共端点的距离与容差相等，或不存在实际交点，同时拓扑相连的面中线与其他面中线不存在公共端点或实际交点，则对曲线进行几何精度修复，以缺口处端点创建面中线，并利用拓扑边对应的面中线与非退化封闭光滑曲面进行几何实体曲线重构实现曲线的几何精度缺陷修复；
当几何点本身坐标与曲线起止点的距离大于容差时，判定为几何点精度缺陷，删除错误的几何点并利用对应的拓扑边离散表示的起止坐标点对缺失几何点进行重构修复，得到修复好的几何点。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述修复后的汽车造型几何模型进行几何优化，包括：
对所述修复后的汽车造型几何模型中的曲面-曲面、曲线-曲线之间的Hausdorff距离进行计算，若计算结果小于容差则判定为重复数据，删除重复数据中任意一个，并把拓扑关系中对应的数据更新；
对所述修复后的汽车造型几何模型中两个几何点之间的欧式距离进行计算，若计算结果小于容差则判定为重复数据，同样删除两个几何点中任意一个，并把拓扑关系中对应的数据更新；
对所述修复后的汽车造型几何模型中的所有几何实体曲线，若长度小于最大网格单元尺寸，且所述几何实体曲线两个端点处的切向量夹角小于15°，将所述几何实体曲线与左右相接的曲线进行NURBS参数合并，形成一条光滑的NURBS曲线；
利用投影距离确认修复后的汽车造型几何模型中悬边、孤点与几何实体曲面的相对关系，如果悬边与孤点位于某个曲面上，则作为曲面的嵌入线或嵌入点归类到曲面中参与网格生成。
6.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至5中任一项所述方法的步骤。
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