[发明专利]基于空间扫描的曲面集相互切割方法及系统

摘要

本发明公开了一种基于空间扫描的曲面集相互切割实现方法及系统，该方法及系统提供给用户一种高效处理大量曲面相互切割的技术，能够在单次的扫描过程中完成三角形相交检测、内存调度、重新三角化、结果曲面片产生等多个环节，它可以克服两两切割计算中的多曲面共点、共线、共面及自相交等不一致问题；通过流式加载、维护与扫描平面相交的三角形、尽早产出存储完成的曲面片并释放其占用的内存等多种方法来降低计算所涉及的数据量，降低计算规模；切割过程中每一步的计算不再依赖前一步所有数据处理完毕，每步能够并行完成，特别适合高性能计算环境。

主权项

1.一种基于空间扫描的曲面集相互切割方法，其特征在于，包含如下步骤：/n对参与切割的曲面集按顺序动态加载内存；/n建立二维动态空间索引来维护当前与扫描平面相交的三角形信息；/n建立优先级队列管理曲面边界中的沿扫描前进方向的上V型顶点；/n处理因扫描上V型顶点而引发的空间索引结构的更新与调整；/n处理因扫描三角形的中间顶点而引发的空间索引结构的更新与调整；/n处理因扫描三角形的结束顶点而引发的空间索引结构的更新与调整；/n处理扫描完成三角形的重新三角化；/n处理结果曲面片的产生、生长、分支、合并与结束；/n其中，所谓上V型顶点是指曲面的边界上满足下述条件的边界顶点：边界顶点的两个邻接顶点的空间排序都大于该边界顶点的空间排序，并且连接边界顶点的任意一个三角形中的任意一个点的空间排序都比该边界顶点的空间排序大；所述空间排序通过优先级队列中的顺序体现，优先级队列中的顺序是按照扫描前进方向所在维度至其它任意维度的顺序进行设计的，且为针对点的空间坐标字典序排序；/n在二维动态空间索引中维护的三角形信息包括：该三角形的来源曲面、未与扫描平面相交的边对应的邻接三角形、同在空间索引中的邻接三角形、已完全通过扫描平面的边对应的邻接三角形集合、三角形内已检测出的交线集合；/n处理因扫描上V型顶点而引发的空间索引结构的更新与调整，具体包括：/n根据该上V型顶点关联的曲面及拓扑情况，获得包含该上V型顶点的所有三角形，对每个三角形设置来源曲面，第一类邻接三角形设置为未与扫描平面相交的边相对的三角形，第二类邻接三角形设置为同在空间索引中并与三角形共享边界的三角形，第三类邻接三角形设置为与已完全通过扫描平面的边相对的三角形，三角形内已检测出的交线集合设置为每个三角形与空间索引中的三角形计算交线所得结果；/n三角形计算交线过程中通过空间索引本身过滤无关三角形；/n三角形计算交线过程具体包括：通过把三角形转化为参数方程，分析同时满足两个三角形参数方程的解及其边界获得相交于1点、相交于1条线段、相交于一个三角形面片、相交于一个四边形面片、相交于一个五边形面片、相交于一个六边形面片的情况；/n多个曲面重叠的公共曲面片单独作为一个结果曲面片；/n上述交线的计算同时也会更新已在空间索引结构中的三角形信息，只要这些三角形与新的待加入三角形相交；/n处理因扫描某个三角形的中间顶点而引发的空间索引结构的更新与调整，具体包括：/n包含所述某个三角形的中间顶点的未处理三角形与上V型顶点的处理方法进行处理相同，加入这些未处理三角形到空间索引结构中；/n三角形信息更新过程中的三角形间邻接关系的构建还需要考虑包含顶点的已处理三角形：更新以所述某个三角形的中间顶点作为端点的已经完成扫描的边所在的三角形信息，把与其邻接的三角形加入已完成扫描边对应邻接三角形集合中；/n处理因扫描某个三角形的结束顶点而引发的空间索引结构的更新与调整，具体包括：/n把完成扫描的三角形移除出空间索引结构；/n与这些移除的三角形相邻接且在空间索引中的三角形更新其已完成扫描边对应的邻接三角形信息；/n处理结果曲面片的产生、生长、分支、合并与结束，具体包括：/n结果曲面片产生：如果新产生的三角形没有和已完成扫描的三角形及重三角化后的三角形有拓扑邻接，那么标志着一个新的曲面片的产生；/n结果曲面片生长：对上述完成扫描的原三角形，如果其邻接三角形也已完成扫描，那么从与该邻接三角形公共顶点开始，所有相连且已完成扫描的顶点加入结果曲面片的顶点集合，所有由上述顶点构成的三角形加入结果曲面片三角形集合；/n结果曲面片分支：如果结果曲面片在生长边界断开为沿扫描平面的多个不连通部分，则需要处理分支，把分化出的多个不连通部分通过链表串联在一起；每个不连通部分可以称为一个生长点；/n结果曲面片合并：每个正在生长中的结果曲面片独自维护其顶点集合和三角形集合，如遇到因某个三角形扫描完成而使两个或三个结果曲面片形成连通的一个整体，则需要合并两个或三个结果曲面片的顶点集合和三角形集合，更新三角形集合中的顶点索引；/n结果曲面片结束：如果某个完成扫描的三角形其邻接三角形也都完成扫描，且其没有其它分化的生长点，则结果面片结束处理，产生一个完整的结果曲面片，新产生出的结果曲面片可以直接保存到外存或数据库中，同时释放该结果曲面片占据的内存。/n