[发明专利]基于三角面片模型的拓扑面分离方法

说明书

技术领域

本发明涉及CAD建模技术，更具体而言，涉及一种基于三角面片模型的拓扑面分离方法。

背景技术

在现有技术中，用许多空间三角形小平面来表示CAD实体表面的数据模型在三维建模中是很常用的一种方法。这种方法将CAD表面离散化为三角形面片。不同的精度时有不同的三角形网格划分。通常每个三角形面片有4个数据项表示，即三角形的3个顶点坐标和三角形面片的外法线矢量，整个CAD实体数据模型由多个三角形面片的集合表示，数据结构简单，而且与所使用的CAD系统无关。

但是这种表示方法只是无序地列出构成实体表面的所有三角形的几何信息，不包含任何三角形之间的拓扑相邻信息。因此当用三角形面片这种表示方法生成的文件重建实体模型会遇到如下两个问题：一是由于导入的三维实体模型是经过三角化处理后的模型，拓扑信息匮乏，只能知道构成模型的点及三角面片信息，而无法得知模型的各个面的拓扑信息；二是构成零件的三角面片数量过于庞大，一个简单的球体模型约为5000个三角面片，而面片之间有着大量的冗余数据，甚至有许多错误和缺陷。因此需要设计一种能对缺乏拓扑信息却又数据量庞大的三维模型进行处理的通用方法。

发明内容

本发明是基于OSG等三维图形仿真环境，针对目前应用较为广泛的一类虚拟实验——机械类虚拟实验，公开一种通用的数据预处理方法，可以对三维模型进行拓扑重建，实现模型的拓扑面分离，提取三维模型的几何特征。

在本发明中，术语“三角面片”表示组成几何模型的三角形，三角面片有4个数据表示项，即三个顶点和一个外法向量。

术语“顶点坐标表”代表存放三角面片顶点的链表，记录了三角面片的顶点以及顺序号。

术语“相邻规则”表示判定两个三角面片是否相邻的规则，其被定义为若两个三角面片有两个顶点相同则认为这两个三角面片是相邻的。

术语“三角面片对象”代表一种采用面向对象的方法表示的数据，该数据记录了三角面片的三个顶点坐标，三角面片的外法向量，三角面片序列号以及与它相邻的三角面片序列号。

术语“拓扑面规则”代表拓扑面应该满足的几何特征规则，用来区分各个拓扑面，例如：平面应该符合组成平面的各个三角面片的法向量方向一致。

本发明提供一种基于三角面片模型的拓扑面分离方法，包括以下步骤：

1)对所述三角面片模型中的三角面片进行数据预处理；

2)利用三角面片的合并，从所述三角面片模型中分解拓扑面；

3)建立所述拓扑面的基本几何信息；

4)判断是否已经为所述三角面片模型中的所有三角面片分解拓扑面，如果还没有为所述三角面片模型中的所有三角面片分解拓扑面，则返回至步骤2)，否则结束所述方法。

优选地，所述数据预处理进一步包括以下步骤：

21)读入数据文件，所述数据文件记录所述三角面片模型中的三角面片的顶点坐标和外法向量；

22)对所述三角面片模型中的三角面片的顶点坐标进行排序；

23)将重合的顶点归并为一个顶点，并将归并后的顶点坐标存入顶点坐标表中；

24)为一个三角面片建立一个三角面片对象，所述三角面片对象根据顶点坐标表的读取顺序记录所述三角面片的序列号，并为所述三角面片的顶点与顶点坐标表建立对应关系；

25)判断是否已经为所有三角面片建立了三角面片对象，如果还没有为所有三角面片建立三角面片对象，则返回步骤24)，如果已经为所有三角面片建立了三角面片对象，则前进至步骤26)；

26)读取一个三角面片对象，根据相邻规则，为所读取的三角面片对象在其他三角面片对象中寻找相邻的三角面片对象，并且为所读取的三角面片对象和所述相邻的三角面片对象建立相邻关系；

27)将所述相邻关系记录在所读取的三角面片对象和所述相邻的三角面片对象中；

28)判断是否已经为所有的三角面片对象记录了相邻关系，如果还没有为所有的三角面片对象记录相邻关系，则返回至步骤26)，如果已经为所有的三角面片对象记录了相邻关系，则所述数据预处理结束。

优选地，分解拓扑面进一步包括以下步骤：

31)选择一个用于生成拓扑面的种子三角面片以及拓扑面规则；

32)找出与所述种子三角面片相邻的三角面片；