[发明专利]电磁散射仿真建模中面片法向量自适应修改方法

说明书

技术领域

本发明属于数值仿真中的几何建模优化技术，适用于计算电磁学、计算流体力学等各种与矢量场仿真相关的学科，具体是一种电磁散射仿真建模中面片法向量自适应修改方法。

背景技术

在很多涉及到矢量场仿真的学科当中，仿真对象的表面外法向分量正确性是影响仿真结果的重要因素。以计算电磁学中的积分方程方法为例，对于处理闭域问题的磁场积分方程或混合积分方程来说，其公式内含法向量元素，必须保证所有单元法向一致向外，这个问题在高频方法计算时影响更为明显，如果单元法向不一致，会导致错误的计算结果。

在某些仿真软件如ANSYS里，已经提供了命令改变某个面片的法向量。然而当模型复杂，面元素繁多时，由于其可视性很复杂，利用ANSYS本身查看修改法向量便很困难了。即使利用其它仿真软件如FEKO虽然清楚的显示了模型各面片的外法向分量，手动进行逐个修改依然非常麻烦，对于某些含腔和夹缝的精细结构，根本无法通过手动的方式完成法向量修改。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电磁散射仿真建模中面片法向量自适应修改方法，通过程序代替人力实现对各种复杂模型的法向量修改。

实现本发明目的的技术方案为：一种电磁散射仿真建模中面片法向量自适应修改方法，步骤如下：

步骤一：对于任意给定的某模型剖分文件，若给定的剖分文件中有四面体信息和表面三角形信息，则直接转到步骤二；若文件仅提供完整的三角形表面剖分信息，即三角形对应节点号和各节点对应坐标位置，将此剖分文件转换成.poly的形式；将形成的.poly文件导入tetgen软件，键入/tetgen –p –y name.poly命令，在此剖分闭合面内形成四面体，得到一个存有表面三角形信息、四面体信息的文件；

步骤二：读入得到的剖分文件信息，根据剖分文件中的表面三角形信息、四面体信息建立八叉树分组，得到每一个四面体所在的非空组号和组内四面体对应的全局编号；对组内四面体进行循环，寻找表面三角形与四面体的一一对应关系，即每一个表面三角形处于哪一个四面体上；

步骤三：找出与表面三角形对应的四面体后，从四面体中点向该表面三角形中点连接一条向量，并与此表面三角形的法向量作点乘；若乘积大于0，则此三角形外法向分量正确，无需修改；若乘积小于0，此三角形外法向分量错误，调换此原剖分文件中三角形对应的三个节点中任意两个的顺序，完成法向量的修改。

本发明与现有技术相比，其显著优点：1、对于已剖分完成的网格文件，无论是否存在体信息，均能成功修改法向量。2、引入了八叉树算法，算法执行效率非常高。3、算法本身具有自适应性，即使原剖分文件的法向量极度不均匀，仍能作出正确修改（见图6、7）。4、应用范围广，对于几乎所有涉及矢量场仿真的学科，此发明均能有应用价值。

附图说明

图1为本发明处理的原本模型示意图。

图2为剖分后的模型示意图。

图3为八叉树技术示意图。

图4为面法向量修改方法示意图。

图5为修改后的法向量示意图。

图6是法向量极度不均匀的模型示意图。

图7为法向量极度不均匀的模型修改后的示意图。

具体实施方式

一种电磁散射仿真建模中面片法向量自适应修改方法，步骤如下：

第一步，面剖分文件的建立。利用如ANSYS、GMESH等剖分软件对物体表面进行面元（以三角形单元为例）剖分。此时得到的物体外表面面元的法向分量可能是混乱的。

第二步，体剖分信息的形成。利用如ANSYS、GMESH等剖分软件对物体进行体元（以四面体为例）剖分。对比较复杂的模型ANSYS、GMESH等剖分软件无法进行体剖分时，将面元信息导入tetgen软件形成内部四面体，至此剖分的体、面元信息已经全部得到。

第三步，建立体、面元关系。通过建立八叉树，快速找到剖分后的每个三角形与四面体单元的对应关系。

第四步，法向量修改，得到法向量正确的面剖分文件。计算每个面元的法向量，并与面元所在四面体中点指向面元中心点的矢量作点乘运算。乘积大于0则为正确的法向量，反之错误，修改对应三角形节点号使之正确。修改完后得到正确法向量的剖分文件，供数值仿真用。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。