自由形態(tài)空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格設(shè)計(jì)方法研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、自由形態(tài)空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格設(shè)計(jì)是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作，而目前大部分網(wǎng)格設(shè)計(jì)的研究都是針對某個(gè)具體工程，無法直接應(yīng)用到或指導(dǎo)其他結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格設(shè)計(jì)。針對此問題，本文深入研究自由形態(tài)空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格設(shè)計(jì)，提出一種面向自由曲面的網(wǎng)格設(shè)計(jì)新方法，發(fā)展了已有的網(wǎng)格生成方法和網(wǎng)格優(yōu)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了自由形態(tài)點(diǎn)云的網(wǎng)格設(shè)計(jì)。
　　本文結(jié)合已有研究，給出了自由形態(tài)空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的定義，回顧了自由形態(tài)空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的的應(yīng)用現(xiàn)狀，闡述了網(wǎng)格設(shè)計(jì)的內(nèi)涵，總結(jié)了網(wǎng)格

2、生成方法和網(wǎng)格優(yōu)化方法的研究現(xiàn)狀。當(dāng)前的自由曲面造型技術(shù)以B樣條方法為基礎(chǔ)，本文闡述了B樣條、B樣條曲線曲面以及非均勻有理B樣條(NURBS)的定義和重要性質(zhì);介紹了B樣條曲線曲面的正向計(jì)算和反向映射的計(jì)算方法;解析了CAD/CAM/CAE領(lǐng)域普遍應(yīng)用的IGES接口文件的數(shù)據(jù)格式，以獲取各類建模軟件中構(gòu)造的自由曲面信息，用于網(wǎng)格設(shè)計(jì)?；诳臻g網(wǎng)格結(jié)構(gòu)對網(wǎng)格的要求，提出了一種自由曲面網(wǎng)格生成的新方法—等參線分割法。該方法的基本原理是利用B

3、樣條曲面的張量積特性，通過提取等參線，將二維的曲面網(wǎng)格劃分問題，降為一維的曲線分割問題。為實(shí)現(xiàn)等參線分割，建立了等參線等弦長分割算法。基于等參線分割法分別對簡單自由曲面和復(fù)雜邊界自由曲面進(jìn)行網(wǎng)格生成。依據(jù)邊界輪廓形狀，將簡單自由曲面歸納為四邊形邊界曲面、三角形邊界曲面和圓形邊界曲面三類，針對每種曲面設(shè)計(jì)不同形式的網(wǎng)格，發(fā)展了相應(yīng)網(wǎng)格形式的生成算法。介紹了復(fù)雜邊界自由曲面的生成途徑,以及與之相關(guān)的重要定義;建立了曲面邊界線的分類準(zhǔn)則、提出

4、了分類方法，結(jié)合物理空間與參數(shù)域內(nèi)邊界線之間的關(guān)系，提出了復(fù)雜邊界曲面網(wǎng)格生成的基本方法，并探討了網(wǎng)格的細(xì)部優(yōu)化方法，完善了網(wǎng)格生成算法流程。發(fā)展了面向3D掃描點(diǎn)云的網(wǎng)格生成方法，在點(diǎn)云上直接剖分網(wǎng)格?；谟邢拊袕V泛應(yīng)用的波前推進(jìn)法(AFT)，針對點(diǎn)云的數(shù)據(jù)特點(diǎn)，引入搜索盒數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以建立起離散數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的拓?fù)潢P(guān)系，提出了點(diǎn)云初始邊界的搜索方法，完善了前沿推進(jìn)過程中生成新節(jié)點(diǎn)的算法，形成了應(yīng)用于點(diǎn)云的網(wǎng)格生成方法。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究

5、了網(wǎng)格的優(yōu)化調(diào)整方法。提出了包括Delaunay優(yōu)化和Laplacian優(yōu)化兩個(gè)步驟的優(yōu)化流程，并通過對Laplacian優(yōu)化方法的改進(jìn)，克服傳統(tǒng)Laplacian優(yōu)化網(wǎng)格收縮的缺陷。提出了針對線約束和點(diǎn)約束的網(wǎng)格調(diào)整方法。采用兩種不同工藝制作實(shí)物模型，展示了基于3D掃描的自由形態(tài)空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)幾何設(shè)計(jì)全過程。根據(jù)上述理論與方法編制了自由形態(tài)空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)網(wǎng)格設(shè)計(jì)程序FreeMesh。該系統(tǒng)包括前處理模塊，網(wǎng)格設(shè)計(jì)模塊和后處理模塊。其中，網(wǎng)