[发明专利]基于数字图形介质的三维空间结构图形切割及切片方法

说明书

 

（一）、技术领域：本发明涉及一种三维空间结构图形切割及切片方法，特别是涉及一种基于数字图形介质的三维空间结构图形切割及切片方法。

（二）、背景技术: 目前，三维空间结构的数值模拟主要采用连续介质计算方法（FEM）或非连续介质的数值计算方法（如DDA、EDM、NMM），由于计算方法解题过程精度控制的不同，对网格的要求也有所不同。传统的数值模拟网格构建一般采用直接建模方式，按照控制点－－控制线－－控制区域－－单元网格的过程来构建。但是，这种建模方式需要较高水平的人员，按照从单元到局部再到整体的方式，在网格剖分前需进行频繁的交互，寻求封闭区域和独立封闭空间等等。传统的从单元到局部再到整体的网格构建方式，使整个过程实现复杂化，同时容易生成畸形网格，存在整体建模效率不高、自动化程度低等问题。

现实世界的物体常常是三维的，即立体的，如工程设计中产品几何模型、实际景物的几何外观等等，用立体的图形去描述它们当然是最合适的了，三维建模技术的发展已经能够创建出满足要求的模型。但有时我们在描述和观察图形时却常常只能在二维介质中（即平面物体上）来进行，比如：工程图纸的剖面图等等。有时，我们也需要先将三维零件的一层层的二维截面轮廓信息获得，然后采用特定的工艺方法将原材料制成多个与截面形状相同的薄片，再逐层累加，直至生成三维零件的实体模型。在以上两种情况下，都需要进行三维模型的切片处理，即：情况1：在工程详图生成技术中进行切片处理，情况2：在快速成型技术中进行切片处理。

情况1中的切片处理主要是基于三维实体模型的投影变换处理或基于模板的处理，该方法对于处理剖切面问题以及自动标注问题很难解决。

情况2中的切片处理主要由两类方法：一类是基于STL数据模型的切片，STL数据格式因其格式简单，实现方便，已成为快速成型领域的工业标准。但它还存在许多缺点，如数据高度冗余、文件尺寸大、模型误差大等。另一类是基于CAD精确模型的直接切片，处理对象是来自CAD系统的三维精确模型，它不仅避免了STL文件的种种缺点，而且可提高表面精度和质量，但是，此类方法正处在研究设想之中，还没有形成成熟的技术。

因此，针对目前三维空间切片的应用，无疑需要一种更为简单、有效的三维空间结构的切片方法，以满足三维空间结构对于切片的应用需求。

（三）、发明内容：

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的缺陷，提供基于数字图形介质的三维空间结构图形切割及切片方法；其中的图形切割方法是一种三维空间结构网格生成的方法，该方法可解决现有三维空间网格构建方法实现过程复杂化、整体效率不高、自动化程度低的问题；其中的图形切片方法简单有效、精度高。

本发明的技术方案：

为了实现本发明目的，完成三维空间结构图形的切割和切片，首先要了解三维空间结构的数字图形介质模拟方法，该方法具体为（参见图1～图11）：在计算机虚拟空间里，用图形这一载体介质模拟自然界的物理实体的真实自然状态，根据计算机图形学方法，用图形表达自然界的物理实体的外观，该图形具有可视的外形、相应的角点、边、面和体的构造和拓扑关系，用数字化、参数化方式对图形进行语言描述，形成数字化图形，自然界的物理实体的几何属性和物理属性也一并存入数字化图形的图形元素之间，将数字化图形作为一种具有几何属性和物理属性的载体，数据附着于数字化图形，而数字化图形中又隐含有数据，同时以自然界的物理方程来控制数字化图形的动作和相应的变化，各数字化图形之间的相互作用基于物理定律，反映真实自然界的运动规律和结果，数字化图形具备完善的定义、构造和表达方式、数据存储方法，因而是行之有效的模拟真实自然状态的全新方法手段。

利用计算机图形学方法产生数字图形介质模型文件，将数字图形介质模型文件均存储成统一的Model-XML数据格式；

采用复杂结构图形的截面关键点模型、关键点连线的骨骼网架模型建模方法，这样易于获得实体轮廓，克服了由于实体模型数据过于臃肿带来的数据存储问题，还可方便地判断多段线与指定的空间平面的交点，为判断实体的几何位置提供了方便，将复杂图形结构的拓扑计算简单化；

通过计算机网络传递数字图形介质模型文件，数字图形介质模型文件含有图形数据信息和基于OOP技术的图形数据模板库；