[发明专利]针对机械铸造件模型的六面体网格结构简化方法

摘要

本发明公开了针对机械铸造件模型的六面体网格结构简化方法。现有六面体网格简化方法很难在达到高简化率的同时保证较高精度的网格结果。本发明采用权重排序的优先级队列来规划网格结构简化过程，可以有目标地减少网格中奇异结构分布，对于机械铸造件模型六面体网格通过简化处理，最终的输出结果与原始方法对比，可在近似100％单元数还原与指定最大简化率的前提下达到89％以上的奇异结构简化率，并使网格外形的豪斯道夫距离率控制在较小的误差范围内。

主权项

1.针对机械铸造件模型的六面体网格结构简化方法，其特征在于：该方法具体如下：步骤1、首先从输入的机械铸造件模型六面体网格中提取奇异点与奇异边，奇异边为一系列依次相连接的同价的非规则边，奇异边上的点为奇异点；步骤2、沿非规则边连接方向走向依次相连接的分割面归属到同一个分割面集合中；其中，机械铸造件模型六面体网格中价为n的内部奇异边拓展延伸出n个分割面集合，价为n的边界奇异边拓展延伸出n+1个分割面集合，n≥1；步骤3、从机械铸造件模型六面体网格中分割出组件；3.1对每个分割面集合Fs进行下述处理：①若分割面集合Fs中所有面都在边界上，则不对分割面集合Fs作处理；若分割面集合Fs中存在某个面F₁不在边界上时，将位于面F₁上且包含于拓展延伸出分割面集合Fs的那条奇异边中的非规则边定义为边S₁，令i＝1，然后进入步骤②；②找在面F_i上边S_i的对边S_i+1，若边S_i+1为规则边，将从面F₁开始沿顺时针或逆时针方向数到边S_i+1的第三个邻接面F_i+1加入分割面集合Fs，若边S_i+1位于边界上或是非规则边时终止；③i增大1，回到②，直到不再有新的面加入分割面集合Fs；3.2、对由所有分割面集合和边界面围成的各个封闭区域采用泛洪填充的方法获得各个完整的组件，每个组件为一组相互邻接的六面体单元组成的集合，其中，任意一个组件所包含的每个单元均不与其他组件中的单元有重复；步骤4、检测步骤3获取的每个组件是否具有类六面体结构，若不具有类六面体结构，则在各个非规则组件上单独地提取奇异边，并重复步骤2，拓展延伸出新的分割面集合，随后重复步骤3，直到所有组件均具有类六面体结构；其中，类六面体结构是表面上包含3组每组4个拓扑平行边集合和3组每组2个拓扑平行面集合以及8个角点的规则组件，组件上价为1的点为组件的角点；所有组件均具有类六面体结构时获取的分割结构称为base‑complex结构B＝{V_B，E_B，F_B，C_B}，V_B为base‑complex点集合，V_B中每个点均为base‑complex结构中组件的角点，E_B为base‑complex边集合，E_B中每条边均为一个拓扑平行边集合中的各条边依次连接组成，F_B为base‑complex面集合，F_B中每个base‑complex面均为一个拓扑平行面集合中的各个面相互连接组成，C_B为base‑complex组件集合，包含步骤3中提取的所有组件；步骤5、基于步骤4中提取的base‑complex结构，将base‑complex中每个组件作为基本单元，根据六面体网格中对偶结构抽取sheet和chord的方法来提取所有的base‑complex sheet与base‑complex chord，在每个base‑complex sheet中提取S＝{F_LS，F_RS，E_MS}，F_LS为分布于base‑complex sheet上与对偶面拓扑平行的一个表面上的base‑complex点、边、面集合，F_RS为分布于base‑complex sheet上与对偶面拓扑平行的另一个表面上的base‑complex点、边、面集合，E_MS为分别连接F_LS与F_RS集合中base‑complex点的base‑complex边集合；在每个base‑complex chord中提取C＝{F_LC，F_RC}，F_LC为副对角线一侧的base‑complex点、线、面集合，F_RC为副对角线另一侧的base‑complex点、线、面集合；对base‑complex sheet筛选后置入S_sheet队列中，对base‑complex chord筛选后置入S_chord队列中，S_sheet、S_chord的队列中元素数分别为k_s、k_c；筛选时排除的base‑complex sheet为：(1)折叠操作后会导致镜像构型、拓扑不连续和退化的base‑complex sheet；(2)E_MS中某条边位于边界上且存在尖特征点的base‑complex sheet；筛选时排除的base‑complex chord为：(1)折叠操作时会引入高价奇异边的base‑complex chord；(2)F_LC或F_RC中某条边位于边界上且存在尖特征点的base‑complex chord；步骤6、指定base‑complex结构的简化率目标为R和单元数简化率为H_R，简化率目标定义为输出网格中base‑complex组件数与初始组件数的比值，单元数简化率定义输出网格中网格单元数与初始网格中网格单元数的比值；对S_sheet队列中base‑complex sheet按权重优先级升序排序，对S_chord队列中base‑complex chord分别按权重优先级升序排序，对队列S_sheet中排名第一的base‑complex sheet进行折叠操作，对队列S_chord中前个base‑complex chord依次进行折叠操作，表示向上取整，通过折叠操作删除一些网格单元，其中，当时取3；每次折叠操作后进行检测，当达到base‑complex结构的简化率目标R后停止折叠操作，转到步骤7；每次折叠操作后都对是否失败进行判断，失败则对该次折叠操作前的网格进行一次自适应的细分操作，折叠操作失败指在折叠操作后产生的单元雅克布行列式的值小于0；所有折叠操作后判断单元数简化率是否满足指定单元数简化率H_R，若所有折叠操作后的单元数简化率在(0，0.9H_R]，则对所有折叠操作后的网格进行一次自适应的细分操作；步骤7、采用局部参数化方法来优化步骤6中折叠操作删去区域的周围4层邻域单元，局部参数化方法的软约束条件为使折叠区域体积为0且保持表面的新网格点投影在原始曲面上相应位置，优化问题为建立最小能量函数，通过SLIM求解器计算出局部的最优解，以此求得折叠操作删去区域的周围4层邻域单元上点的新位置；进行检测，当未达到base‑complex结构的简化率目标R时，转到步骤5；步骤8、使用步骤7中的局部参数化方法，取消使折叠区域体积为0的软约束，但保持表面的新网格点投影在原始曲面上相应位置要求，优化问题为建立最小能量函数，通过SLIM求解器来计算优化整个网格中所有单元，输出最终的机械铸造件简化六面体网格模型。