基于边界曲线的细分曲面控制网格的生成方法研究

发布时间：2017-08-30 02:02

  本文关键词：基于边界曲线的细分曲面控制网格的生成方法研究

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【摘要】：自由曲面是工程应用中最复杂而又经常遇到的曲面,如汽车车身、飞机机翼和涡轮机叶片等,都是不能通过简单的数学解析表达式所描述的曲面。在自由曲面正向设计过程中,由于产品的设计意图一般都由外在轮廓曲线体现出来,因此,基于边界曲线的曲面造型在产品设计过程中被广泛应用。细分曲面造型技术由于其不受控制网格拓扑结构的限制、无需进行不同曲面间光滑拼接、易于在计算机上表示等特点,经常被使用在基于边界曲线的自由曲面造型中。而初始控制网格的构造,是细分曲面造型中必不可缺的一个步骤。当前存在的大多数CAD软件中,初始控制网格通常是由用户通过交互编辑操作生成的,它包含了子曲面回路的选择以及回路内繁杂耗时的手动连接节点过程,增加了设计所需时间和设计过程中用户的操作量,影响了曲面造型的效率。目前存在的关于细分方法的文献侧重于不同细分方法的研究、细分收敛性光滑性分析及细分法在光滑曲线曲面造型中的应用,很少有文献致力于初始控制网格的生成过程。针对初始控制网格的生成方法进行的研究,对提高产品设计效率、节约设计成本有着重要意义。本文提出了一个基于边界曲线网络的初始控制网格的系统生成方法,以改善当前初始控制网格生成研究的不足。该方法包含了三个步骤:首先,利用输入曲线的控制多边形,构造初始控制网格的边界折线网络,生成的边界折线网络需保持拓扑结构的不变性;然后,在生成的边界折线网络中进行子曲面回路的搜索,以获取所设计产品的子曲面回路组合;最后,采用推进前沿的方法,在搜索得到的子曲面回路中进行网格填充,从而得到整个模型的初始控制网格。本文的初始控制网格生成方法通过Java编程得到实现,并在多个边界曲线网络模型上进行了仿真测试,生成了相应的初始控制网格;针对网格中局部存在的网格单元不规则、排列不整等问题,利用薄板能量方程,对生成的控制网格进行优化;最后对生成的控制网格采用Catmull-clark进行细分,得到过渡光滑并且逼近原曲线网络的曲面。通过对生成的控制网格质量和网格生成效率的分析,证明了本文方法的可行性,以及可有效提高细分曲面造型的效率,从而阐明了工程意义。
【关键词】：初始控制网格 边界曲线网络 控制多边形 子曲面回路 网格填充 细分曲面
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP391.7
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-23
• 1.1 研究背景9-12
• 1.1.1 背景介绍9-11
• 1.1.2 课题来源11-12
• 1.1.3 研究意义12
• 1.2 国内外研究现状12-20
• 1.2.1 自由曲面造型的发展与现状12-16
• 1.2.2 细分曲面初始控制网格的研究现状16-19
• 1.2.3 文献综述小结19-20
• 1.3 本文的研究内容及章节安排20-23
• 1.3.1 课题研究目标20-21
• 1.3.2 研究内容及章节安排21-23
• 第2章 边界曲线网络的多边形逼近方法23-35
• 2.1 引言23
• 2.2 边界折线逼近的相关研究23-25
• 2.3 本文边界折线逼近方法25-27
• 2.4 边界折线构造过程的影响因素27-32
• 2.4.1 断点对网格生成质量的影响及解决方案27-30
• 2.4.2 曲线控制点密度的均匀分布方案30-32
• 2.5 边界折线测试结果32-34
• 2.6 本章小结34-35
• 第3章 子曲面回路的搜索算法研究35-50
• 3.1 引言35
• 3.2 子曲面回路相关研究35-38
• 3.3 本文子曲面回路搜索算法38-45
• 3.3.1 回路搜索算法：深度优先搜索法38-40
• 3.3.2 子曲面回路的筛选标准40-42
• 3.3.3 遍历方法42-44
• 3.3.4 线性代数检验44-45
• 3.4 测试结果与分析45-49
• 3.5 本章小结49-50
• 第4章 给定边界区域的网格填充方法50-58
• 4.1 引言50
• 4.2 控制网格的相关研究50-52
• 4.3 本章控制网格生成方法52-57
• 4.3.1 内部拓扑关系的确定53-56
• 4.3.2 内部控制点位置的计算56-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第5章 实例测试及分析58-71
• 5.1 引言58
• 5.2 网格质量评价指标58-61
• 5.3 控制网格生成测试61-64
• 5.4 网格优化64-66
• 5.5 细分曲面仿真66-69
• 5.6 本章小结69-71
• 第6章 全文总结与展望71-76
• 6.1 主要研究工作及结论72-73
• 6.2 创新点73-74
• 6.3 研究展望74-76
• 参考文献76-80
• 致谢80-81
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文与专利81-83

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本文编号：756630