[发明专利]一种面向高质量冲压排料的三维模型切割方法

说明书

本发明公开了一种面向高质量冲压排料的三维模型切割方法，属于计算机辅助设计领域。其步骤如下：1)充分考虑模型曲面几何信息，在输入曲面上生成四对称方向场并提取奇异点；2)利用奇异点数量和切割线长度进行相关性分析，对冗余的奇异点进行简化；3)设计一组互相垂直的曲面切割边，在连接奇异点的同时，将输入曲面切割成与圆盘同胚的结构；4)对切割后的曲面进行低扭曲的参数化并对参数化结果进行优化，5)利用平面参数化优化结果获得高质量冲压排料。本方法的优点在于利用了多连正方形在冲压排料中的高效性，并充分考虑多连正方形的几何特性，其操作简单、鲁棒性高；本发明对于高质量板金冲压排料具有十分重要的实际应用价值。

技术领域

本发明属于计算机辅助设计领域，具体涉及一种面向高质量冲压排料的三维模型切割方法。

背景技术

利用计算机图形学技术，高装箱效率的参数化方法在冲压排料中具有广泛的应用。为了高质量高效率的排料效果，工业上一般希望冲压排料具有较高的装箱效率(PE，packing efficiency)、较短的切割边界长度(BL，boundary length)以及较小的形状扭曲(ED，energy of shape distortion)。然而，得到满足以上三个指标的结果往往涉及复杂的多目标优化，这样的优化通常因其高度的非线性和非凸性而难以高效求解。

针对这一复杂而又难以求解的多目标优化问题，现有技术通常将其拆解成两步求解：首先，只考虑切割长度(BL)和形状扭曲(ED)两个指标，将曲面模型参数化到平面区域；然后，在平面区域内引入装箱效率(PE)指标，兼顾切割长度(BL)和形状扭曲(ED)的同时进行平面装箱效率(PE)的再优化。显然，在这样的两步优化策略中，第二步生成的纹理图集强烈依赖于第一步中的参数化，一旦第一步引入了大量的冗余切割或者巨大的形状扭曲，都会使得最终结果落入到一个局部的最优解，从而无法得到高质量的冲压排料。因此，在两步优化的框架下，一个有利于平面纹理再优化的参数化技术至关重要。

众多现有技术都只关注了上述两步优化中的其中一步，虽然它们在单步领域做出了突出了贡献，但是它们都忽略了两个步骤之间的衔接。

发明内容

本发明的目的是克服现有的不足，提供一种面向高质量冲压排料的三维模型切割方法，从而弥补传统切割技术中两步优化策略之间的鸿沟，以满足高质量高效率的应用需求。。

为实现本发明目的，提供的技术方案如下：

一种面向高质量冲压排料的三维模型切割方法，包括以下步骤：

S1：根据输入模型的离散高斯曲率，优化输入模型三维曲面上光滑的离散四对称方向场，获取离散方向场的奇异点；

S2：对步骤S1获取的离散方向场的奇异点进行简化；

S3：连接步骤S1中简化得到的奇异点，获得一组互相垂直的曲面切割边；

S4：沿着曲面切割边将输入模型切割成拓扑上与圆盘同胚的模型，对切割后的曲面模型进行各向同性的低扭曲参数化；

S5：利用平面纹理优化技术对参数化结果进行优化，获得冲压排料。

进一步地，所述的步骤S1包括：

S11：在输入模型的每个面片上定义局部坐标系；

S12：针对输入模型的网格上的任一条连接三角形i和三角形j的公共边e_ij，计算四对称方向场的平滑能量：