(19)國家知識產(chǎn)權(quán)局(12)發(fā)明專利(10)授權(quán)公告號CN119397624B(65)同一申請的已公布的文獻(xiàn)號(73)專利權(quán)人中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)96號(74)專利代理機構(gòu)安徽北極慧知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司34321專利代理師韓晶審查員王垚基于四邊形網(wǎng)格劃分的六面體網(wǎng)格模型的正向設(shè)計方法本發(fā)明公開了一種基于四邊形網(wǎng)格劃分的六面體網(wǎng)格模型的正向設(shè)計方法，S1、通過基本圖形元素構(gòu)造草圖上的二維實體。S2、得到剖分后的四邊形網(wǎng)格；S3、將四邊形網(wǎng)格的內(nèi)部頂點的坐標(biāo)更新為相鄰頂點坐標(biāo)的平均值；S4、從四邊形網(wǎng)格構(gòu)造六面體網(wǎng)格；S5、在六面體網(wǎng)格表整后，有頂點在S4環(huán)路上的四邊形，分情況對其進(jìn)行細(xì)分處理；S7、以S5和S6中處于環(huán)路內(nèi)部的四邊形網(wǎng)格為新的底面，按照S4的方式進(jìn)行拉伸、旋轉(zhuǎn)或掃掠操作，得到最終的六面體網(wǎng)格模型。本發(fā)明能夠同時解決是否需顰兩拉2n大屬體用21.一種基于四邊形網(wǎng)格劃分的六面體網(wǎng)格模型的正向設(shè)計方法，其特征在于，包括如下步驟：S1、通過基本圖形元素構(gòu)造草圖上的二維實體；S2、采用四邊形網(wǎng)格劃分算法對二維實體進(jìn)行網(wǎng)格剖分，得到剖分后的四邊形網(wǎng)格；S3、對于四邊形網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格的優(yōu)化，將四邊形網(wǎng)格的內(nèi)部頂點的坐標(biāo)更新為相鄰頂點坐標(biāo)的平均值；S4、將S3優(yōu)化的四邊形網(wǎng)格構(gòu)造出三維網(wǎng)格，將二維草圖中的每個四邊形都按各自按照通過拉伸、旋轉(zhuǎn)或掃掠三種方式得到一組六面體，所有四邊形網(wǎng)格對應(yīng)的六面體共同構(gòu)成了六面體網(wǎng)格；S5、在六面體網(wǎng)格表面使用多邊形標(biāo)記表示需要進(jìn)行再次拉伸、旋轉(zhuǎn)或掃掠的圖形的邊界環(huán)路，求出六面體網(wǎng)格表面的四邊形網(wǎng)格與邊界環(huán)路的交點，根據(jù)四邊形網(wǎng)格與邊界環(huán)路的交點的位置調(diào)整六面體網(wǎng)格表面的四邊形網(wǎng)格使其符合需要的形狀；S7、以S5和S6中處于環(huán)路內(nèi)部的四邊形網(wǎng)格為新的底面，按照S4的方式進(jìn)行拉伸、旋轉(zhuǎn)或掃掠操作，得到最終的六面體網(wǎng)格模型。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于四邊形網(wǎng)格劃分的六面體網(wǎng)格模型的正向設(shè)計方法，其特征在于，所述草圖的實體包含外環(huán)和多個內(nèi)環(huán)，所述外環(huán)為草圖的外部輪廓，所述內(nèi)環(huán)為在草圖上的孔洞，所述基本圖形元素包括線段、多段線、圓弧和細(xì)分曲線，對于圓弧和細(xì)分曲線兩類基本圖形元素，通過指定的精度進(jìn)行采樣和離散化處理，得到草圖上一組離散的多段線，并以多段線表示草圖上的二維實體。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于四邊形網(wǎng)格劃分的六面體網(wǎng)格模型的正向設(shè)計方S21、指定網(wǎng)格大小S將二維草圖平面劃分為正方形網(wǎng)格，只保留四個頂點都在二維實體內(nèi)部的正方形；S22、分別識別內(nèi)部正方形網(wǎng)格的所有角特征頂點Pg與二維實體的所有角特征頂點PF,并在兩者之間進(jìn)行匹配；內(nèi)部正方形網(wǎng)格的角特征頂點Pj;的判斷方式為：鄰接四邊形數(shù)為1或3,且其相鄰的頂點的鄰接四邊形數(shù)都不為1或3的頂點為角特征頂點；二維實體的角特征頂點PF的判斷方式為：相鄰兩個線段的夾角小于閾值的頂點為角特征頂點；S23、對于二維實體上的正方形網(wǎng)格的角特征頂點Pji,若角特征頂點PFi和與其最近的正方形網(wǎng)格的角特征頂點Pj;間的距離小于√2S,則將正方形網(wǎng)格的角特征頂點Pji的投影設(shè)置為二維實體的角特征頂點PFi,否則將距離二維實體的角特征頂點PFi最近的正方形網(wǎng)格上的邊界頂點的投影設(shè)置為二維實體的角特征頂點PFi;S24、對于未設(shè)置投影的其它處于正方形網(wǎng)格的邊界上的頂點，將其投影設(shè)置為其到二維實體上的投影，即二維實體邊界上與其距離最近的點，若投影與二維實體上的一個角特征頂點PF;重合，則將其投影改為二維實體的角特征頂點PFi相鄰邊的中點；34.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于四邊形網(wǎng)格劃分的六面體網(wǎng)格模型的正向設(shè)計方5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于四邊形網(wǎng)格劃分的六面體網(wǎng)格模型的正向設(shè)計方法，其特征在于，所述拉伸為計算四邊形網(wǎng)格的平均邊長l,給定一個方向向量d=(dx,dy,d?)和對應(yīng)的拉伸長度L,計算最合適的拉伸層數(shù)：對于一個四邊形網(wǎng)格里面的四邊形V1U2V3U4,通過迭代的方式在其拉伸過程中的每一其中，Hexahedronk為該四邊形在第k層生成的六面體，v表示V;在第j層的對應(yīng)頂6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于四邊形網(wǎng)格劃分的六面體網(wǎng)格模型的正向設(shè)計方分別記為Pstart和Pend,旋轉(zhuǎn)的總角度為θ,計算四邊形網(wǎng)格上的點到旋轉(zhuǎn)軸線的平均距離r,計算最合適的拉伸層數(shù)：4對于每一個四邊形網(wǎng)格里面的四邊形U5V6V7U8,通過迭代的方式在旋轉(zhuǎn)過程中的每一層都生成一個新的四邊形，在第k層中，每個頂點為前一層的對應(yīng)頂點圍繞軸線旋轉(zhuǎn)角度Urotate(Urotate·(v?-Pstart))(1-cos(△θ)將前一層的四邊形與后一層的四邊形的對應(yīng)頂點相連得到該層此四邊形對應(yīng)的六面7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于四邊形網(wǎng)格劃分的六面體網(wǎng)格模型的正向設(shè)計方再計算正交基向量，設(shè)置初始的上方向向量uo為{0,1,0},對于每一層i?,計算右方向Ui?+1=normalize(di?再計算頂點變換，根據(jù)前一層的四邊形頂點vv1ov11vi?計算下一層的四邊形頂點v9+1vk+1v+1v±1,將前一層的四邊形與后一層的四邊形的對應(yīng)頂點相連得到該層四邊形8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于四邊形網(wǎng)格劃分的六面體網(wǎng)格模型的正向設(shè)計方5對于被細(xì)分的表面四邊形找到其對面的四邊形，對對面的四邊形施加同樣的細(xì)分規(guī)則，重復(fù)過程直到到達(dá)另一個邊界，當(dāng)被調(diào)整的四邊形構(gòu)成一條通路，刪除通路上的所有六面體，調(diào)整后的四邊形的對應(yīng)頂點構(gòu)成新的六面體。6技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明涉及六面體網(wǎng)格模型技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于四邊形網(wǎng)格劃分的六面體網(wǎng)格模型的正向設(shè)計方法。背景技術(shù)[0002]體網(wǎng)格作為一種同時包含物體表面與內(nèi)部信息的表示形式，可以提供比面網(wǎng)格更豐富的信息，在CAE中有著重要應(yīng)用，其中四面體網(wǎng)格和六面體網(wǎng)格是兩種最常用的體網(wǎng)格，其中六面體網(wǎng)格單元具有更好的形狀規(guī)則性和對稱性，在數(shù)值模擬中通常具有更高的精度和穩(wěn)定性。然而現(xiàn)在的CAD步驟只設(shè)計模型的表面，在后續(xù)的CAE的有限元分析等任務(wù)中需要進(jìn)一步將模型進(jìn)行體網(wǎng)格剖分，據(jù)統(tǒng)計對模型進(jìn)行預(yù)處理和網(wǎng)格生成的時間約占整個分析時間的80%,網(wǎng)格剖分已經(jīng)成為其性能瓶頸。[0003]因此，急需提出一種六面體網(wǎng)格的正向設(shè)計方法，解決六面體網(wǎng)格剖分算法耗時長的缺陷，在CAD的正向設(shè)計的過程中實現(xiàn)六面體網(wǎng)格的設(shè)計和構(gòu)造，避免傳統(tǒng)的先設(shè)計、再剖分的體網(wǎng)格生成方法的耗時過長的問題。發(fā)明內(nèi)容[0004]本發(fā)明的一個目的在于提出一種基于四邊形網(wǎng)格劃分的六面體網(wǎng)格模型的正向[0005]根據(jù)本發(fā)明實施例的一種基于四邊形網(wǎng)格劃分的六面體網(wǎng)格模型的正向設(shè)計方[0006]S1、通過基本圖形元素構(gòu)造草圖上的二維實體；[0007]S2、采用四邊形網(wǎng)格劃分算法對二維實體進(jìn)行網(wǎng)格剖分，得到剖分后的四邊形網(wǎng)[0008]S3、對于四邊形網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格的優(yōu)化，將四邊形網(wǎng)格的內(nèi)部頂點的坐標(biāo)更新為相鄰頂點坐標(biāo)的平均值；[0009]S4、將S3優(yōu)化的四邊形網(wǎng)格構(gòu)造出三維網(wǎng)格，將二維草圖中的每個四邊形都按各自按照通過拉伸、旋轉(zhuǎn)或掃掠三種方式得到一組六面體，所有四邊形網(wǎng)格對應(yīng)的六面體共同構(gòu)成了六面體網(wǎng)格；[0010]S5、在六面體網(wǎng)格表面使用多邊形標(biāo)記表示需要進(jìn)行再次拉伸、旋轉(zhuǎn)或掃掠的圖形的邊界環(huán)路，求出六面體網(wǎng)格表面的四邊形網(wǎng)格與邊界環(huán)路的交點，根據(jù)四邊形網(wǎng)格與邊界環(huán)路的交點的位置調(diào)整六面體網(wǎng)格表面的四邊形網(wǎng)格使其符合需要的形狀；[0012]S7、以S5和S6中處于環(huán)路內(nèi)部的四邊形網(wǎng)格為新的底面，按照S4的方式進(jìn)行拉伸、旋轉(zhuǎn)或掃掠操作，得到最終的六面體網(wǎng)格模型。[0013]可選的，所述草圖的實體包含外環(huán)和多個內(nèi)環(huán)，所述外環(huán)為草圖的外部輪廓，所述7[0017]內(nèi)部正方形網(wǎng)格的角特征頂點Pji的判斷方式為：鄰接四邊形數(shù)為1或3,且其相[0018]二維實體的角特征頂點P最近的正方形網(wǎng)格的角特征頂點Pji間的距離小于√2S,則將正方形網(wǎng)格的角特征頂點Pj;的投影設(shè)置為二維實體的角特征頂點PFi,否則將距離二維實體的角特征頂點PFi最近的正方形網(wǎng)格上的邊界頂點的投影設(shè)置為二維實體的角特征頂點PFi;[0025]可選的，所述拉伸步驟為計算四邊形網(wǎng)格的平均邊長l,給定一個方向向量d=(d,dy,dz)和對應(yīng)的拉伸長度L,計算最合適的拉伸層數(shù)：8[0030]對于一個四邊形網(wǎng)格里面的四邊形U?U?V3U4,通過迭代的方式在其拉伸過程中的[0035]可選的，所述旋轉(zhuǎn)的步驟為計算四邊形網(wǎng)格的平均邊長lrotate,給定旋轉(zhuǎn)軸線兩[0039]對于每一個四邊形網(wǎng)格里面的四邊形v5v6V7v8,通過迭代的方式在旋轉(zhuǎn)過程中的每一層都生成一個新的四邊形，在第k層中，每個頂點為前一層的對應(yīng)頂點圍繞軸線旋[0042]將前一層的四邊形與后一層的四邊形的對應(yīng)頂點相連得到該層此四邊形對應(yīng)的四邊形網(wǎng)格中的每一個四邊形V?U10V11U12,都根據(jù)路徑生成在每一層生成一個新的四邊[0045]再計算正交基向量，設(shè)置初始的上方向9方向ri?,同時與Ui?和di?正交：[0048]重新計算下一層的上方向向量Ui?+1為：[0050]再計算頂點變換，根據(jù)前一層的四邊形頂點vviovi?vi?計算下一層的四邊形頂,將前一層的四邊形與后一層的四邊形的對應(yīng)頂點相連得到該層四邊形對應(yīng)的六面體。[0051]可選的，所述細(xì)分處理具體包括對于一個頂點A在環(huán)路上的四邊形AHGD,取四邊形[0052]對于被細(xì)分的表面四邊形找到其對面的四邊形，對對面的四邊形施加同樣的細(xì)分規(guī)則，重復(fù)過程直到到達(dá)另一個邊界，當(dāng)被調(diào)整的四邊形構(gòu)成一條通路，刪除通路上的所有六面體，調(diào)整后的四邊形的對應(yīng)頂點構(gòu)成新的六面體。[0054]本發(fā)明能夠以較快的速度完成六面體網(wǎng)格的正向構(gòu)造且保證不會出現(xiàn)雅可比值為負(fù)的六面體，只需要數(shù)秒就可以完成上萬六面體網(wǎng)格模型的正向構(gòu)造，解決了現(xiàn)有技術(shù)出現(xiàn)的問題。附圖說明[0055]附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：[0056]圖1為本發(fā)明提出的一種基于四邊形網(wǎng)格劃分的六面體網(wǎng)格模型的正向設(shè)計方法的流程圖；[0057]圖2為本發(fā)明提出的一種基于四邊形網(wǎng)格劃分的六面體網(wǎng)格模型的正向設(shè)計方法草圖上二維實體和其內(nèi)部的正方形網(wǎng)格。[0058]圖3為本發(fā)明提出的一種基于四邊形網(wǎng)格劃分的六面體網(wǎng)格模型的正向設(shè)計方法內(nèi)部正方形網(wǎng)格進(jìn)行投影和連接后的四邊形網(wǎng)格。[0059]圖4為本發(fā)明提出的一種基于四邊形網(wǎng)格劃分的六面體網(wǎng)格模型的正向設(shè)計方法優(yōu)化后的四邊形網(wǎng)格。[0060]圖5為本發(fā)明提出的一種基于四邊形網(wǎng)格劃分的六面體網(wǎng)格模型的正向設(shè)計方法將四邊形網(wǎng)格進(jìn)行拉伸后生成的六面體網(wǎng)格。[0061]圖6為本發(fā)明提出的一種基于四邊形網(wǎng)格劃分的六面體網(wǎng)格模型的正向設(shè)計方法將四邊形網(wǎng)格進(jìn)行旋轉(zhuǎn)后生成的六面體網(wǎng)格。[0062]圖7為本發(fā)明提出的一種基于四邊形網(wǎng)格劃分的六面體網(wǎng)格模型的正向設(shè)計方法將四邊形網(wǎng)格進(jìn)行掃掠后生成的六面體網(wǎng)格。[0063]圖8為本發(fā)明提出的一種基于四邊形網(wǎng)格劃分的六面體網(wǎng)格模型的正向設(shè)計方法優(yōu)化四邊形網(wǎng)格時的細(xì)分規(guī)則示意圖。[0064]圖9為本發(fā)明提出的一種基于四邊形網(wǎng)格劃分的六面體網(wǎng)格模型的正向設(shè)計方法根據(jù)需要調(diào)整后的表面四邊形網(wǎng)格。[0065]圖10為本發(fā)明提出的一種基于四邊形網(wǎng)格劃分的六面體網(wǎng)格模型的正向設(shè)計方法優(yōu)化后的表面四邊形網(wǎng)格。[0066]圖11為本發(fā)明提出的一種基于四邊形網(wǎng)格劃分的六面體網(wǎng)格模型的正向設(shè)計方法六面體網(wǎng)格進(jìn)行再拉伸后的示意圖。具體實施方式[0067]現(xiàn)在結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。[0068]參考圖1-圖11,一種基于四邊形網(wǎng)格劃分的六面體網(wǎng)格模型的正向設(shè)計方法，包括如下步驟：[0070]S2、采用四邊形網(wǎng)格劃分算法對二維實體進(jìn)行網(wǎng)格剖分，得到剖分后的四邊形網(wǎng)[0071]S3、對于四邊形網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格的優(yōu)化，將四邊形網(wǎng)格的內(nèi)部頂點的坐標(biāo)更新為相鄰頂點坐標(biāo)的平均值；[0072]S4、將S3優(yōu)化的四邊形網(wǎng)格構(gòu)造出三維網(wǎng)格，將二維草圖中的每個四邊形都按各自按照通過拉伸、旋轉(zhuǎn)或掃掠三種方式得到一組六面體，所有四邊形網(wǎng)格對應(yīng)的六面體共同構(gòu)成了六面體網(wǎng)格；[0073]S5、在六面體網(wǎng)格表面使用多邊形標(biāo)記表示需要進(jìn)行再次拉伸、旋轉(zhuǎn)或掃掠的圖形的邊界環(huán)路，求出六面體網(wǎng)格表面的四邊形網(wǎng)格與邊界環(huán)路的交點，根據(jù)四邊形網(wǎng)格與邊界環(huán)路的交點的位置調(diào)整六面體網(wǎng)格表面的四邊形網(wǎng)格使其符合需要的形狀；[0074]具體的，對于需要進(jìn)行再拉伸、旋轉(zhuǎn)和掃掠的模型，需要對其表面網(wǎng)格進(jìn)行調(diào)整。在六面體網(wǎng)格的表面處使用封閉曲線或多邊形標(biāo)記表示需要進(jìn)行再次拉伸、旋轉(zhuǎn)或掃掠的區(qū)域的邊界環(huán)路，求出表面的四邊形網(wǎng)格與該環(huán)路的交點，對于每一條與該環(huán)路有交點的邊，將距離交點較近的端點移動到邊界上。同時再做一遍掃描，若一個四邊形的對角線上的兩個點都同時在邊界上，再選擇將四邊形剩余兩個頂點中的其中一個頂點移動到邊界上，選擇的頂點根據(jù)其移動后的四邊形質(zhì)量決定。[0075]S6、對于S5中被調(diào)整后，有頂點在S4環(huán)路上的四邊形，分情況對其進(jìn)行細(xì)分處理；[0076]S7、以S5和S6中處于環(huán)路內(nèi)部的四邊形網(wǎng)格為新的底面，按照S4的方式進(jìn)行拉伸、旋轉(zhuǎn)或掃掠操作，得到最終的六面體網(wǎng)格模型，圖11展示了從六面體網(wǎng)格的表面再拉伸出一個圓柱后的六面體網(wǎng)格模型。[0077]本實施方式中，草圖的實體包含外環(huán)和多個內(nèi)環(huán)，外環(huán)為草圖的外部輪廓，內(nèi)環(huán)為點PF,并在兩者之間進(jìn)行匹配；[0081]內(nèi)部正方形網(wǎng)格的角特征頂點Pj;的判斷方式為：鄰接四邊形數(shù)為1或3,且其相[0083]S23、對于二維實體上的正方最近的正方形網(wǎng)格的角特征頂點Pji間的距離小于√2S,則將正方形網(wǎng)格的角特征頂點Pji的投影設(shè)置為二維實體的角特征頂點PFi,否則將距離二維實體的角特征頂點PF;最近的正方形網(wǎng)格上的邊界頂點的投影設(shè)置為二維實體的角特征頂點PFi;[0086]附圖2給出了內(nèi)部正方形網(wǎng)格進(jìn)行投影和連接后的四邊形網(wǎng)格，附圖4為對附圖3進(jìn)行四邊形網(wǎng)格優(yōu)化優(yōu)化后的結(jié)果，四邊形網(wǎng)格優(yōu)化步驟使四邊形網(wǎng)格質(zhì)量有較大的提[0089]本實施方式中，拉伸步驟為計算四邊形網(wǎng)格的平均邊長l,給定一個方向向量d=(dx,dy,dz)和對應(yīng)的拉伸長度L,計算最合適的拉伸層數(shù)：示向量在z軸方向上的分量；[00