[发明专利]基于线框的曲面体三维边界表示模型重建方法及其装置

说明书

技术领域：

本发明涉及一种基于线框的曲面体三维边界表示(BoudaryRepresentation。以下简称B-rep)模型重建方法及其装置。

技术背景：

在计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)领域，先后出现了基于二维平面、基于三维形体的CAD绘图或造型系统，如CADAM，AutoCAD，CATIA，Pro/E，UG等。而最早出现的三维造型系统就是二十世纪六、七十年代的线框模型系统，线框作为简单的三维造型，能表达基本的几何信息和一定的几何数据拓扑关系。二十世纪七、八十年代，随着计算机技术的大跨步前进，CAD/CAM技术也有了较大发展，先后出现了B-rep模型和实体模型等造型技术，更多地表达了零件的其他特性，也给设计带来了惊人的方便性。另一方面，随着计算机技术与人工智能的结合发展，智能CAD/CAM系统尤其基于草图的智能CAD/CAM也将在工业领域越来越多地得到推广和应用，如何将草图设计快速转换成理想的三维形体，也将成为CAD/CAM一个重要的研究领域。无论时当前还是将来的CAD/CAM系统，基于线框的曲面体B-rep模型重建，都是非常重要的研究课题。基于线框的B-rep模型重建的一个主要方法，就是从线框中提取数据的几何信息和拓扑信息，自动转化为B-rep模型。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种基于线框的曲面体B-rep模型重建方法，主要解决了基于曲面体的线框模型，如何生成空间表面，如何生成空间面环，如何生成空间面片以及如何生成最终的B-rep模型等问题，实现线框模型向B-rep模型的高精度转换。

基于线框的曲面体三维边界表示(Boudary Representation。以下简称B-rep)模型重建方法，具体技术法案它包括如下步骤：

①客户端输入曲面体的线框模型；

②服务器端根据输入的线框模型，采用三点法生成平面，并利用相邻空间边以及模式识别的方法生成空间自然曲面；

②服务器端对相交曲面求交线，生成高次曲线边；

④服务器端将前述空间边(无向)分开为两条方向相反的有向边，计算每条有向边与其前向邻边的夹角，得到每条有向边的极左邻边；

⑤服务器端对表面进行划分，即根据当前有向边查找其极左邻边，并将最终所形成的面环添加到面环表；

⑥服务器端判断每个表面上的每个面环的方向，即根据面环所在多边形的凸凹性质或包含不同空间边而采用相应策略确定面环是顺时针还是逆时针方向；

⑦服务器端根据每个表面上的面环的方向和大小，判断同一表面上不同面环间的位置关系，得到面环关系表；

⑧服务器端根据同一表面上不同面环的位置关系，确定面环与面环之间是否生成面片，得到空间面片表；

⑨服务器段对所有面片进行处理，按照通过有向边查找邻面的方法从所有面片中提取若干封闭面序列(即面片的集合)，将这些封闭面序列组合起来，删除冗余的面片，最终得到目标形体的B-rep模型。

所述的基于线框的曲面体B-rep模型重建方法，是基于以下装置实现的，其特征在于：包括进行输入曲面线框文件的客户端、对线框文件进行B-rep曲面体线框模型重建的服务器和将线框文件从客户端输送到服务器端的网络总线。

步骤①中所述的线框模型，包括空间顶点表和空间边表以及其关联结构。

步骤②中所述的三点法生成平面，为服务器端利用相邻接的两条空间直线边的三个端点生成空间平面，再利用曲线上的三点生成空间二次曲线边的支撑平面并加入表面表。

步骤②中所述利用相邻空间边以及模式识别的方法生成空间自然曲面，包括：a.服务器检测相邻的且不在同一平面上的直线边和曲线边生成相应的曲面或b.服务器检测相邻的且不在同一平面上的两条圆弧或两个整圆生成相应的曲面。

所述步骤③中的相交曲面，是通过服务器端检测是否有空间顶点同时落在两个曲面上判别两个曲面是否相交的：有相交点为相交曲面；否则，为不相交曲面。

所述步骤③中的生成高次曲线，是将交线作划分从而生成高次曲线边。

所述步骤④中计算每条有向边的极左邻边的夹角，是通过表面法矢和右手螺旋法则来计算的。

所述步骤⑤中服务器端对表面进行划分，即提取面环，具体是通过以下步骤完成的：服务器端遍历每个表面，对表面上的有向边递归查找极左邻边形成一条有向路径，当路径的终点与起始有向边的起点重合时，删除桥边或直接从路径中提取封闭的面环。