[发明专利]舰船与尾迹的网格模型的融合与优化方法

说明书

本发明属于海洋遥感监测技术领域，具体为舰船与尾迹的网格模型的融合与优化方法。本发明涉及计算流体力学和计算电磁学技术，具体步骤为：(1)利用对舰船与尾迹模型的先验知识，分别确定舰船模型与尾迹模型的交叠区域；(2)求出交叠区域舰船模型与尾迹模型中三角面元的交点；（3)对散点云进行二维Delaunay剖分，获得初始网格融合模型；(4)消除畸形三角面元，优化网格模型。一系列复杂模型的融合测试表明，本发明提出的算法适用于不同网格密度、不同结构的舰船与粗糙海面、舰船与尾迹等的网格模型的融合。算法无需附加条件即可稳健运行，可减少网格单元数目，完全去除畸形三角面元。

发明领域

本发明属于海洋遥感监测技术领域，具体涉及舰船与尾迹的网格模型的融合与优化方法。

背景技术

三角形面元网格常用于数值建模，广泛应用于计算流体力学、计算电磁学等众多领域。单一模型的三角网格建模已实现工程化，从网格的生成到优化存在大量成熟软件。但是，在某些领域往往需要将任意两个或多个网格模型进行拼接、融合，生成一体化网格以便后续数值计算。不同模型的拼接处一般是物理场的耦合区，因此，为保证计算的精度和稳定性，往往对网格拼接处的单元形状有较高的要求。

三角形面元网格的融合拼接方法主要有三类^[1]：第一类是基于裁剪的方法，即利用一片网格去裁剪另外一片网格，然后在公共边界上生成新的三角形单元，将两个模型的网格融合在一起，如TurK G和Levoy M等的算法^[2]。该方法的缺点是因为裁剪，公共边界处会产生大量的细小三角形，并且该方法只利用了重叠区一片网格中的顶点，另一片网格上的顶点则被完全抛弃。因此对于存在大交叠区域的网格而言，无法同时利用两片网格的重叠区进行顶点校正。第二类是基于补洞的拼接方法，即首先将重叠区的三角形全部删掉，然后通过补洞的方法重新生成重叠区的三角形。如Ruding L提出的先去除N-环相交区再重建交叠区的方法^[3]。这种方法对于交叠区较小的的网格非常适用，但对于存在大交叠区域的网格，虽然可通过径向基函数重新生成重叠区顶点，但新生成的顶点很难反映模型的实际形状。第三类是基于微分网格变形的方法，如利用泊松方程^[4]、拉普拉斯坐标^[5]等方法。这类方法需要指定一个准确的边界，边界的定位精度对融合结果影响很大；但是大范围复杂交叠区的拼接往往难以确定精确的融合边界。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效、精准的舰船与尾迹三角网格模型的融合与优化方法。

本发明提出的舰船与尾迹三角网格模型的融合与优化方法，基于三角形求交，散乱点云Delaunay剖分和三角面元内角控制；涉及计算流体力学和计算电磁学技术，具体步骤如下：

(一)利用对舰船与尾迹模型的先验知识，分别确定舰船模型与尾迹模型的交叠区域；

(二)求取交叠区域舰船模型与尾迹模型中三角面元的交点；

(三)剖分三角网格交叠区域每个三角面元上的散乱点，得到交叠区域新的网格结构，即初始网格融合模型；

(四)消除畸形三角面元，优化网格模型；即在实现任意两个三角网格的初步融合后，控制构成网格的三角面元的内角，从而优化融合过程因剖分所产生的畸形三角面元。

定义1对于一个空间三角网格，可以用一个三元组集合来描述，其中表示顶点集合，表示边集合，表示三角形集合。

定义2 三角网格中的畸形面元：一个或两个内角小于阈值为的三角形 (工程中一般取=15°)，小于的内角称作病态角。

定义3 两个网格模型的拼接与融合：拼接指对两个网格模型的网格数据简单地合并，三角形顶点构成和三角面片间的拓扑关系不变；融合是指当两个网格模型在三维空间上相交时，将二者的网格数据重新编排为一个网格体，顶点数量、编号和三角面片的拓扑关系相应改变。

下面对各步骤的具体细节分别介绍如下：