[发明专利]一种从复杂CAD三维模型到蒙卡几何的自动转换方法

说明书

本发明公开了一种从复杂CAD三维模型到蒙卡几何的自动转换方法，包括：提取STEP文件中BRep数据模型信息；提取所述BRep数据模型信息中重复结构信息，将非重复结构作为待转换实体；将所述待转换实体分解为多个可转换实体；利用提取的重复结构信息进行模型重建，恢复重复结构；根据所述多个可转换实体和所述重复结构得到所有实体的半空间CSG表达式。本发明具有如下优点：提高了分解转换的效率和准确性。

技术领域

本发明涉及计算机辅助建模领域，具体设计一种从复杂CAD三维模型到蒙卡几何的自动转换方法。

背景技术

蒙特卡罗方法(Monte Carlo Method，简称“蒙卡方法”)是一种基于随机抽样和概率统计来描述粒子输运物理过程的模拟方法。蒙卡方法可以精确的描述每个粒子的输运行为，构建出复杂的几何结构，并用概率统计方法计算得到问题的解。因此在求解复杂粒子输运问题、辐射屏蔽计算精确求解中具有很大的优越性。

然而目前通用的蒙特卡罗模拟方法和程序在复杂几何的蒙卡建模中仍然存在效率问题。目前绝大多数蒙卡程序的几何模块都采用CSG(Constructive Solid Geometry)表示，CSG表示方法建模效率低下，已经成为限制精细化蒙特卡罗模拟发展的瓶颈。CSG表示建模过程非常繁琐，极易出错，且缺乏可视化环境的支持。精细化辐射屏蔽蒙卡模拟必须保证几何描述的准确性，面对一些比较复杂的大型核设施和辐射装置，如反应堆和粒子加速器，文本输入或者代码编写形式的CSG几何建模工作的时间和人力成本消耗以人·月甚至人·年为单位，远远超过了蒙卡计算的成本，因此必须研究高效的蒙卡几何自动输入方法。

工业界普遍应用的三维实体建模和分析软件是CAD。CAD系统从实体描述能力的角度出发，普遍采用BRep(Boundary Representation)表示，这种表示方法构建的实体模型难以直接用于蒙卡计算。

为提升蒙卡几何的自动输入能力，近年来国内外专家应用CAD系统辅助蒙卡几何建模，从CAD模型直接转换为基于CSG的蒙卡几何的角度出发，展开了大量的研究并取得了一定的研究成果。将CAD模型直接转换为基于CSG的蒙卡几何，可以省去重复建模的工作，而且保留了CSG表示几何运算高效的优势，可以说，在不考虑方法难度和成本的情况下，是非常高效的蒙卡几何自动输入方法。德国的卡尔斯鲁厄理工学院(Karlsruhe Institute forTechnology，KIT)系统的研究了CAD模型到蒙卡几何的转换算法，基于OCCT的CAD内核开发了McCad程序，可以实现CAD系统到MCNP几何的自动转换，McCad的分解面自动判断过程需要首先对三维实体表面进行网格化，然后基于碰撞检测技术进行处理，没有应用BRep表示中固有的一些几何和拓扑信息；日本MHI核工程公司(MHI Nuclear Engineering Co.Ltd.)研发的CAD到MCNP几何转换程序GEOMIT实现了基于边凸凹性的分解，但是对于不含凹边的分解面没有进行实体分解，也没有考虑辅助面分解的情况；中科院核能安全技术研究所FDS团队研究了基于特征识别技术的BRep到CSG模型转换方法，基于商业三维几何造型引擎ACIS开发了自动建模软件MCAM，支持CAD模型向MCNP、Geant4等多种蒙卡程序几何的转换，虽然特征识别技术的应用使得转换结果更加简单直观，但特征的识别和提取过程相对比较复杂，且基于特征识别的转换结果对蒙卡粒子输运效率的提升往往没有帮助。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种从复杂CAD三维模型到蒙卡几何的自动转换方法，以提高模型转换效率，降低转换后蒙卡几何的粒子输运复杂度，。