[发明专利]一种基于特征的CAD体网格模型编辑、优化方法

摘要

本发明公开了一种基于特征的CAD体网格模型编辑、优化方法，包括基于特征的CAD体网格模型编辑和基于特征的CAD四面体网格模型优化；在编辑中，用户可以选择需要保持模型形状特征的一组表面区域，通过对这些区域的平移、旋转等操作，来实现对模型的编辑。在优化时，根据模型变动的区域，首先评估出质量较差的四面体网格单元，对这些单元进行相应的拓扑优化操作，最后再进行网格平滑操作，整个优化过程迭代地进行，最终得到优化后的网格模型数据。本发明可以直接对有限元网格模型进行编辑并优化，可以精确地保持模型原有的特征，完全符合相关工业领域的应用要求。

主权项

1.一种基于特征的CAD体网格模型编辑、优化方法，其特征在于，包括以下步骤：1)基于特征的CAD体网格模型编辑1.1)读入CAD体网格模型并对外表面区域进行分割，提取相应的外表面区域；1.2)用户交互式地选取外表面区域，作为要编辑的形状特征的操作区域；1.3)对用户选定的每一个形状特征的“操作区域”，进行以下计算：针对当前“操作区域”，建立局部坐标系，该“操作区域”对应的“操作点”作为当前局部坐标系的原点；计算并记录网格所有顶点在当前局部坐标系中的坐标，便于通过操作区域、操作点来对整个网格进行编辑；1.4)对每个“操作点”，构建优化方程，并利用Eigen求解优化方程，求得每个“操作点”对网格上每个顶点的权重；并对“操作点”的权重进行归一化操作，使得网格上的每个顶点，各个操作点对其的权重总和为1；1.5)记录用户对每个“操作区域”进行的旋转平移编辑操作，将相应的操作作用在以对应“操作点”为原点的局部坐标系的每个顶点坐标上；将每个“操作点”为原点的局部坐标系下的每个顶点的坐标数据变换到全局坐标系即最初模型所处的坐标系，将每个顶点的坐标数据乘以其对应“操作点”的权重，加和得到最终顶点的坐标数据，这样，每个顶点的坐标都得以更新，模型的编辑操作也已经完成；2)基于特征的CAD四面体网格模型优化2.1)如果执行的迭代次数小于迭代阈值，则执行步骤2.2)，否则，执行步骤2.3)；2.2)对于网格的每一条边，如果其边长大于4/5*target_edge_length，其中target_edge_length是目标边长，则对其执行边分裂操作；如果其边长小于4/5*target_edge_length，那么对其执行边收缩操作；本步骤的两种操作将会对网格模型的拓扑单元进行增加与删除；然后执行步骤2.4)；2.3)检查网格的每一条边与每一个面，对于符合条件的边与面，对其邻接的四面体单元执行外表面四面体翻转的操作，然后执行步骤2.4)；2.4)执行网格顶点坐标的平滑操作，过程如下：2.4.1)对网格外表面上的顶点进行平滑，平滑时只根据这个顶点的一邻域中在外表面上的顶点来确定顶点平滑后的坐标；平滑过程中注意保持模型的语义形状特征，位于网格特征线上的顶点不应该进行平滑操作；另外，如果网格的外表面不是平面，那么表面顶点平滑后的位置往往不在外表面上，这就需要在平滑之后，对外表面上的顶点进行一个向原始网格即输入网格的外表面投影的操作；2.4.2)对网格的内部顶点进行平滑；2.5)如果执行了前四个步骤后，网格的拓扑元素数目相比于执行前变化不大，或者达到执行次数的上限，停止，否则，执行步骤2.1)。