CN118013770A - 一种离散网格面片几何拓扑关系重建方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents
一种离散网格面片几何拓扑关系重建方法、装置、设备及存储介质 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种离散网格面片几何拓扑关系重建方法、装置、设备及存储介质，属于CAM软件研发技术领域，包括：读取离散三角网格面片数据信息；对离散三角网格面片中包含的顶点数据进行去重、编号；对离散三角网格面片中包含的边数据进行去重、编号，将某顶点对应的面片序号存入新建立的面→点”数组中，建立“面→点”对应关系；将三个顶点所属的面片序号存入新建立的“面→邻面”数组中，建立“面→邻面”对应关系；将某顶点对应的面片序号存入新建立的“边→点”数组中，建立“边→点”对应关系。本发明能够快速、准确、有效地重构大型离散网格面片的几何拓扑关系。
Description
技术领域
本发明属于CAM软件研发技术领域，具体涉及一种离散网格面片几何拓扑关系重建方法、装置及存储介质。
背景技术
对于离散网格三角面片几何拓扑关系的建立，一般是以交边（两个交点组成的边）的拓扑关系为基础，建立三角形点、面的拓扑关系，最终得到一系列有序的交点。然而，这种拓扑关系的建立方式需要遍历所有交边，对于大网格数据来说，计算效率非常低，还容易占用系统资源。
现有技术中，公开号为CN107330142A，公开日为2017年05月23日，名称为“一种基于STL模型的在机检测的测点法矢估算方法”的中国发明专利，公开了如下技术方案：一种基于STL模型的在机检测的测点法矢估算方法，包括拓扑重建：根据STL模型的STL文件中给出的顶点坐标及三角面片法矢信息，以点、线、面为单位进行拓扑重建，通过编程工具，建立STL三维模型中“点—线—面”三者之间的关系。该专利提到没有公开点-线-面编号的依据以及具体的网格面片拓扑重建过程，无法知晓在千万级别的大规模离散网格面片几何拓扑重建效率。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中针对离散网格三角网格面片几何拓扑关系重建存在的效率低下、资源消耗大等问题，提出一种离散网格面片几何拓扑关系重建方法、装置、设备及存储介质，以实现快速、准确、有效地重构大型离散网格面片的几何拓扑关系。
为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：
一种离散网格面片几何拓扑关系重建方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤a、读取离散三角网格面片数据信息，统计所包含的面片数量，并预估不重复的点、边数量，以此建立对应大小的点、边、面数据存储空间；
步骤b、对离散三角网格面片中包含的顶点数据进行去重、排序，并记录去重、排序后的顶点编号以及所属的面片编号，建立“点→面”的拓扑关系；
步骤c、对离散三角网格面片中包含的边数据进行去重、排序，并记录去重、排序后的边编号、所属的面片编号以及所包含的顶点编号，建立“点→边”的拓扑关系；
步骤d、遍历步骤b所得存储数据，将每个顶点对应的面片序号存入新建立的“面→点”数组中，建立“面→点”对应关系；
步骤e、基于步骤d得到的“面→点”数组，遍历每个面片的三个顶点所建立的“点→面”拓扑关系，将三个顶点所属于的面片序号存入新建立的“面→邻面”数组中，建立“面→邻面”对应关系；
步骤f、遍历步骤c所得存储数据，将每个顶点对应的边序号存入新建立的“边→点”数组中，建立“边→点”对应关系；
步骤g、通过面号找到对应的顶点以及边，通过顶点找到其所属的面以及所属的边，通过边找到其所属的面片以及所包含的顶点，至此建立离散三角网格面片数据中面-边-点的拓扑关系。
进一步的，对于离散三角网格面片中包含的顶点数据和边数据，均使用哈希表技术进行去重。
进一步的，对离散三角网格面片中包含的顶点数据进行去重、排序，具体包括：
基于各顶点的坐标以及网格中所包含的不重复顶点的总数，设计顶点的哈希表函数来表征三角面片中各顶点的编号值；根据哈希表函数的值，对每个顶点按顺序进行编号；在编号过程中，若其中任意某顶点及其对应的编号不存在，则对该顶点按哈希表函数的计算结果进行编号并记录；若其中任意某顶点以及对应的编号已存在，则不对此顶点重复编号，但需记录该顶点编号以及所属的面片编号。
进一步的，所述的对离散三角网格面片中包含的边数据进行去重、排序，具体包括：
基于每条边对应的两个顶点坐标、顶点编号以及网格中所包含的不重复边线的总数，设计边的哈希表函数来表征三角面片中各条边的值；根据哈希表函数的值，对每条边按顺序进行编号；在编号过程中，若其中任意某条边及其对应的编号不存在，则对该条边按哈希表函数的计算结果进行编号，并记录该条边的编号、所属的面片编号以及所包含的顶点编号；若其中任意某条边及其对应的面编号已存在，则不对此条边重复编号，但需记录该条边的编号以及所属的面片编号。
进一步的，顶点的哈希表函数为：
；其中，/>是顶点P的哈希表函数；/>是取整函数；%为取余运算符；x,y,z表示所属顶点P的空间坐标值，/>为此网格所包含不重复顶点的总数。
进一步的，边的哈希表函数为：
；
其中，是边的哈希表函数；/>是取整函数；%为取余运算符；i,j分别表示此条边所包含两个顶点的编号；/>分别表示此条边所包含两个顶点的坐标值；/>为此网格所包含不重复边线的总数。
一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储的有计算机程序，运行该计算机程序可执行如上述方法中的步骤。
一种离散网格面片几何拓扑关系重建装置，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在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上述的方法中的步骤。
一种离散网格面片几何拓扑关系重建设备，包括：
信息读取模块，所述信息读取模块用于读取离散三角网格面片数据信息，统计所包含的面片数量，并预估不重复的点、边数量，以此建立对应大小的点、边、面数据存储空间；
顶点去重排序模块，所述顶点去重排序模块用于对离散三角网格面片中包含的顶点数据进行去重、排序，并记录去重、排序后的顶点编号以及所属的面片编号，建立“点→面”的拓扑关系；
边去重排序模块，所述边去重排序模块用于对离散三角网格面片中包含的边数据进行去重、排序，并记录去重、排序后的边编号、所属的面片编号以及所包含的顶点编号，建立“点→边”的拓扑关系；
数据处理模块一，所述数据处理模块一用于遍历顶点去重排序模块所得的存储数据，将每个顶点对应的面片序号存入新建立的“面→点”数组中，建立“面→点”对应关系；
数据处理模块二，所述数据处理模块二用于基于数据处理模块一得到的“面→点”数组，遍历其中每个面片的三个顶点所建立的“点→面”拓扑关系，将三个顶点所属的面片序号存入新建立的“面→邻面”数组中，建立“面→邻面”对应关系；
数据处理模块三，所述数据处理模块三用于遍历边去重排序模块所得的存储数据，将每个顶点对应的边序号存入新建立的“边→点”数组中，建立“边→点”对应关系。
综上所述，本发明具有以下优点：
1、本发明基于哈希表技术对STL网格面片包含的顶点、边线进行去重与编号，再通过排序实现“点→面”、“点→边”、“面-邻面”等几何拓扑关系重建，实现快速、准确、有效地重构大型离散网格面片的几何拓扑关系；
2、通过本发明最终实现通过面号可以找到对应的顶点以及边，通过顶点可以找到其所属的面以及所属的边，通过边可以找到其所属的面片以及所包含的顶点，至此建立三角网格面片数据中面-边-点的拓扑关系，为基于离散网格面片的轨迹设计奠定了基础；
3、本发明基于哈希表技术对STL网格面片包含的顶点、边线进行去重，能够确定目标网格不重复点、线、面的数据存储区大小，节约了存储空间，提高了计算效率。
附图说明
图1为STL数据几何拓扑关系重建流程示意图；
图2为基于哈希表技术的点-边数据去重示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明提供了一种离散网格面片几何拓扑关系重建方法，其流程如图1所示，包括以下步骤：
步骤一、读取离散三角网格面片数据信息，统计所包含的面片数量，并预估不重复的点、边数量，以此建立对应大小的点、边、面数据存储空间。
本实施例中，网格面片数据信息可以是STL、OBJ、PCL等格式的数据信息。统计得到所包含的面片数量为Nf，根据封闭凸多面体的欧拉公式V-E+F=2；其中，V表示点的数目，E表示边的数目，F表示面的数目；每条边被两个三角形共用，则有E = 3F /2。由此可以估算出目标网格不重复的点、边量约为0.5Nf和1.5Nf，进而将不重复的点、边的数量值作为哈希表数据存储区大小，完成初始化。
步骤二、如图2所示，对面片包含的顶点数据去重、编号。
遍历目标网格中的每一个三角面片，随机对某一个面片的三个顶点采用哈希表技术进行去重排序。
设计顶点的哈希表函数为：
；其中，/>是顶点P的哈希表函数；/>是取整函数；%为取余运算符；x,y,z表示所属顶点P的坐标值，/>为此网格所包含不重复顶点的总数。
具体的，根据哈希表函数的计算结果，对每个顶点进行编号。在编号过程中，若其中任意某顶点及其对应的编号不存在，则对该顶点按哈希表计算结果进行编号并记录；若其中任意某顶点以及对应的编号已存在，则直接记录此顶点编号以及对应的面片编号，以此建立“点→面”的拓扑关系。
步骤三、对面片包含的边数据去重、编号。
对于三角面片的三条边，设每条边对应的两个顶点坐标分别设为。
设计边的哈希表函数为：
；其中，/>是边的哈希表函数；/>是取整函数；%为取余运算符；i,j分别表示此条边所包含两个顶点的编号；分别表示此条边所包含两个顶点的空间坐标值；/>为此网格所包含不重复边线的总数。
根据边的哈希表函数的计算结果，对每条边进行编号。在编号过程中，若其中任意某条边及其对应的编号不存在，则对该条边按哈希表计算结果进行编号，并记录此条边的编号、所属的面片编号以及所包含的顶点编号；若其中任意某条边及其对应的面编号已存在，则直接记录此条边的编号、所属的面片编号以及所包含的顶点编号，以此建立“点→边”的拓扑关系。
步骤四、循环步骤二至步骤三，直到所有的面片循环完成，获得不重复的点、边数量，完成 “点→面”、“点→边”的拓扑关系建立。
步骤五、建立“面→点”对应关系
根据步骤四得到的结果，遍历步骤二中“点→面”的存储数据，将每个顶点对应的面片序号存入新建立的“面→点”数组中。
步骤六、建立“面→邻面”对应关系
根据步骤五得到的结果，遍历某三角面片的三个顶点所建立的“点→面”拓扑关系，将三个顶点所属于的面片存入新建立的“面→邻面”数组中。
步骤七、建立“边→点”对应关系
根据步骤四得到的结果，遍历步骤三“点→边”的存储数据，将某点对应的边序号存入新建立的“边→点”数组中。
步骤八、离散网格面片几何拓扑关系重建
基于哈希表技术对面片包含的顶点、边线进行去重与编号后，通过排序实现了“点→面”、“点→边”、“面-邻面”等几何拓扑关系重建。最终通过面号可以找到对应的顶点以及边，通过顶点可以找到其所属的面以及所属的边，通过边可以找到其所属的面片以及所包含的顶点，至此建立三角网格面片数据中面-边-点的拓扑关系。
实施例2
本实施例提供了一种离散网格面片几何拓扑关系重建装置，所述装置包括：信息读取模块、顶点去重排序模块，边去重排序模块、数据处理模块一、数据处理模块二和数据处理模块三。
所述信息读取模块用于读取离散三角网格面片数据信息，统计所包含的面片数量，并预估不重复的点、边数量，以此建立对应大小的点、边、面数据存储空间；
所述顶点去重排序模块用于对离散三角网格面片中包含的顶点数据进行去重、排序，并记录去重、排序后的顶点编号以及所属的面片编号，建立“点→面”的拓扑关系；
更进一步的，对离散三角网格面片中包含的顶点数据进行去重、排序，具体包括：
根据设计的顶点的哈希表函数的值，对每个顶点按顺序进行编号；在编号过程中，若其中任意某顶点及其对应的编号不存在，则对该顶点按哈希表计算结果进行编号并记录；若其中任意某顶点以及对应的编号已存在，则不对此顶点重复编号，但需记录该顶点编号以及所属的面片编号；
本实施例中，设计的顶点的哈希表函数为：
；其中，/>是顶点P的哈希表函数；/>是取整函数；%为取余运算符；x,y,z表示所属顶点P的空间坐标值，/>为此网格所包含不重复顶点的总数。
所述边去重排序模块用于对离散三角网格面片中包含的边数据进行去重、排序，并记录去重、排序后的边编号、所属的面片编号以及所包含的顶点编号，建立“点→边”的拓扑关系；
更进一步的，对离散三角网格面片中包含的边数据进行去重、排序，具体包括：根据设计的边的哈希表函数的值，对每条边进行编号；在编号过程中，若其中任意某条边及其对应的编号不存在，则对该条边以及所属的面片按哈希表函数的计算结果进行编号，并记录此条边的编号、所属的面片编号以及所包含的顶点编号；若其中任意某条边及其对应的面编号已存在，则不对此条边重复编号，但需记录该条边的编号以及所属的面片编号；
本实施例中，设计的边的哈希表函数为：
；
其中，是边的哈希表函数；/>是取整函数；%为取余运算符；i,j分别表示此条边所包含两个顶点的编号；/>分别表示此条边所包含两个顶点的空间坐标值；/>为此网格所包含不重复边线的总数。
所述数据处理模块一用于遍历顶点去重排序模块所得的存储数据，将每个顶点对应的面片序号存入新建立的“面→点”数组中，建立“面→点”对应关系；
所述数据处理模块二用于基于数据处理模块一得到的“面→点”数组，遍历所有面片的三个顶点所建立的“点→面”拓扑关系，将三个顶点所属的面片序号存入新建立的“面→邻面”数组中，建立“面→邻面”对应关系；
所述数据处理模块三用于遍历边去重排序模块所得的存储数据，将每个顶点对应的边序号存入新建立的“边→点”数组中，建立“边→点”对应关系。
实施例3
本发明还提供了一种离散网格面片几何拓扑关系重建设备，该设备可用于实现前述实施例所述的一种离散网格面片几何拓扑关系重建方法，设备包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器在执行计算机程序时实现上述实施例中一种离散网格面片几何拓扑关系重建方法中的步骤。
优选地，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述设备中的执行过程。
处理器可以是中央处理单元，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路、现成可编程门阵列或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，通用处理器可以是微处理器，或者所述处理器也可以是任何常规的处理器，所述处理器是所述设备的控制中心，利用各种接口和线路连接所述设备的各个部分。
存储器主要包括程序存储区和数据存储区，其中，程序存储区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序等，数据存储区可存储相关数据等。此外，所述存储器可以是高速随机存取存储器，还可以是非易失性存储器，例如插接式硬盘，智能存储卡、安全数字卡和闪存卡等，或所述存储器也可以是其他易失性固态存储器件。
实施例4
本发明实施例还公开了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储的有计算机程序，运行该计算机程序被处理器执行时实现如上述实施例1所公开的一种离散网格面片几何拓扑关系重建方法。
计算机存储介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种离散网格面片几何拓扑关系重建方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤a、读取离散三角网格面片数据信息，统计所包含的面片数量，并预估不重复的点、边数量，以此建立对应大小的点、边、面数据存储空间；
步骤b、对离散三角网格面片中包含的顶点数据进行去重、排序，并记录去重、排序后的顶点编号以及所属的面片编号，建立“点→面”的拓扑关系；
步骤c、对离散三角网格面片中包含的边数据进行去重、排序，并记录去重、排序后的边编号、所属的面片编号以及所包含的顶点编号，建立“点→边”的拓扑关系；
步骤d、遍历步骤b所得存储数据，将每个顶点对应的面片序号存入新建立的“面→点”数组中，建立“面→点”对应关系；
步骤e、基于步骤d得到的“面→点”数组，遍历每个面片的三个顶点所建立的“点→面”拓扑关系，将三个顶点所属于的面片序号存入新建立的“面→邻面”数组中，建立“面→邻面”对应关系；
步骤f、遍历步骤c所得存储数据，将每个顶点对应的边序号存入新建立的“边→点”数组中，建立“边→点”对应关系；
步骤g、通过面号找到对应的顶点以及边，通过顶点找到其所属的面以及所属的边，通过边找到其所属的面片以及所包含的顶点，至此建立离散三角网格面片数据中面-边-点的拓扑关系。
2.根据权利要求1所述的一种离散网格面片几何拓扑关系重建方法，其特征在于，对于离散三角网格面片中包含的顶点数据和边数据，均使用哈希表技术进行去重。
3.根据权利要求1所述的一种离散网格面片几何拓扑关系重建方法，其特征在于，所述的对离散三角网格面片中包含的顶点数据进行去重、排序，具体包括：
基于各顶点的坐标以及网格中所包含的不重复顶点的总数，设计顶点的哈希表函数来表征三角面片中各顶点的编号值；根据哈希表函数的值，对每个顶点按顺序进行编号；在编号过程中，若其中任意某顶点及其对应的编号不存在，则对该顶点按哈希表函数的计算结果进行编号并记录；若其中任意某顶点以及对应的编号已存在，则不对此顶点重复编号，但需记录该顶点编号以及所属的面片编号。
4.根据权利要求3所述的一种离散网格面片几何拓扑关系重建方法，其特征在于，所述的对离散三角网格面片中包含的边数据进行去重、排序，具体包括：
基于每条边对应的两个顶点坐标、顶点编号以及网格中所包含的不重复边线的总数，设计边的哈希表函数来表征三角面片中各条边的值；根据哈希表函数的值，对每条边按顺序进行编号；在编号过程中，若其中任意某条边及其对应的编号不存在，则对该条边按哈希表函数的计算结果进行编号，并记录该条边的编号、所属的面片编号以及所包含的顶点编号；若其中任意某条边及其对应的面编号已存在，则不对该条边重复编号，但需记录该条边的编号以及所属的面片编号。
5.根据权利要求3所述的一种离散网格面片几何拓扑关系重建方法，其特征在于，顶点的哈希表函数为：
；其中，/>是顶点P的哈希表函数；/>是取整函数；%为取余运算符；x,y,z表示所属顶点P的空间坐标值，/>为此网格所包含不重复顶点的总数。
6.根据权利要求4所述的一种离散网格面片几何拓扑关系重建方法，其特征在于，边的哈希表函数为：
；
其中，是边的哈希表函数；/>是取整函数；%为取余运算符；i,j分别表示该条边所包含两个顶点的编号；/>分别表示该条边所包含两个顶点的空间坐标值；/>为此网格所包含不重复边线的总数。
7.一种离散网格面片几何拓扑关系重建装置，其特征在于，包括：
信息读取模块，所述信息读取模块用于读取离散三角网格面片数据信息，统计所包含的面片数量，并预估不重复的点、边数量，以此建立对应大小的点、边、面数据存储空间；
顶点去重排序模块，所述顶点去重排序模块用于对离散三角网格面片中包含的顶点数据进行去重、排序，并记录去重、排序后的顶点编号以及所属的面片编号，建立“点→面”的拓扑关系；
边去重排序模块，所述边去重排序模块用于对离散三角网格面片中包含的边数据进行去重、排序，并记录去重、排序后的边编号、所属的面片编号以及所包含的顶点编号，建立“点→边”的拓扑关系；
数据处理模块一，所述数据处理模块一用于遍历顶点去重排序模块所得的存储数据，将每个顶点对应的面片序号存入新建立的“面→点”数组中，建立“面→点”对应关系；
数据处理模块二，所述数据处理模块二用于基于数据处理模块一得到的“面→点”数组，遍历其中每个面片的三个顶点所建立的“点→面”拓扑关系，将三个顶点所属的面片序号存入新建立的“面→邻面”数组中，建立“面→邻面”对应关系；
数据处理模块三，所述数据处理模块三用于遍历边去重排序模块所得的存储数据，将每个顶点对应的边序号存入新建立的“边→点”数组中，建立“边→点”对应关系。
8.一种离散网格面片几何拓扑关系重建设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6中任意一项所述的一种离散网格面片几何拓扑关系重建方法中的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储的有计算机程序，运行该计算机程序可执行如权利要求1至6任意一项所述的一种离散网格面片几何拓扑关系重建方法中的步骤。
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