[发明专利]支持STL数据源的动态空间索引构建方法

说明书

本发明提供一种支持STL数据源的网格曲面动态空间索引构建方法，属于数字化设计与制造领域，其特征在于：对STL文件格式的数字模型构建网格曲面顶点的KD树索引，在构建的过程中逐步消除网格曲面中的顶点冗余数据；通过KD树的最近邻查询算法快速查询STL数据源中的顶点信息，提高顶点数据复本消除效率；基于KD树叶节点层数据存储的开放性融入半边数据结构；利用半边结构中的半边环序及对偶半边信息，连接相邻三角面片，实现完整曲面拓扑结构的快速重建。本发明方法使所得的KD树与半边结构相融合的动态索引，大大减少了冗余顶点的去除时间和拓扑重建时间，并且有效支持网格曲面拓扑邻域信息的快速查询。

技术领域

本发明提供支持STL数据源的动态空间索引构建方法，可用于快速重建海量数据数字模型的拓扑结构，属于数字化设计与制造领域。

背景技术

STL文件格式是3D Systems公司为立体光固化成型CAD系统开发的一种以三角网格结构记录三维空间曲面信息的文件格式，因其数据格式简单和良好的跨平台性，现已被广泛应用于快速成型、CAD/CAM、虚拟现实等领域。

在实际应用中，STL文件格式存在着网格顶点数据冗余以及缺乏面片邻接信息等固有缺陷。随着3D打印技术的逐渐普及，这些缺陷所带来的负面影响日益突出。现有的解决方法主要是采用顶点数据信息的引用来代替网格顶点的数据复本，然后基于STL文件中的三角面片信息显式的重建曲面拓扑。安涛等在《基于红黑树的STL数据快速拓扑重建算法》(机械科学与技术,2008,27(8):1031-1034)中采用红黑树作为索引结构，可有效去除STL文件中的冗余信息，但红黑树建树复杂，为了检测树的平衡性需要进行节点颜色的改变和树的旋转。杨晟院等在《基于STL文件的曲面网格重建算法》(计算机工程,2011,37(4))中采用二叉树结构进行顶点聚合，该算法可快速查询面片信息，实现拓扑重建，但二叉树的高度会因数据量增大而急剧增加，导致调整树的平衡付出时间代价过大。Hou等在《The rapidtopological reconstruction of 3D-solid and simplification of weighted QEM》(Vehicular Electronics and Safety(ICVES),2013 IEEE International Conferenceon.IEEE,2013:273-277)中通过数组存储顶点信息，但是数组无法动态存储，插入和删除操作效率低。王增波在《STL格式文件的快速拓扑重建算法》(计算机应用，2014，34(9):2720-272)中以哈希表作为数据结构，哈希表在查询特定键值的数据效率非常高，但其最大难点是散列函数的设定，设置不当会使查询效率下降，并且哈希表对于不同键值的查找容易误判，导致查询的准确度降低。

发明内容

本发明的目的是针对目前STL文件格式存在网格顶点数据冗余以及缺乏面片邻接信息等缺陷，提出一种基于多维动态空间索引的显式曲面拓扑重建算法，通过建立顶点数据的索引结构消除STL文件中冗余的顶点数据，并基于索引结构的开放性融入半边结构，实现网格曲面拓扑的快速重建，在保证曲面网格冗余顶点去除效率与拓扑结构重建效率的前提下，实现网格曲面拓扑邻域信息的快速查询。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：