[发明专利]一种在抛物线方程中由三角面元数据生成立方网格数据的方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算电磁学领域，尤其是在计算物体表面的雷达RCS（中文：雷达散射截面）时，对物体模型进行剖分建模方法，具体地说是一种在抛物线方程中由三角面元数据生成立方网格数据的方法。

背景技术

目前，在计算物体表面的雷达散射截面（即雷达RCS）时，对物体模型进行剖分建模。在电磁场数值计算与仿真中有多种建模方法，如矩量法(MOM)、时域有限差分方法(FDTD)、有限元方法(FEM)、抛物线方程方法(PE)等等，不同的方法通常需要不同的剖分单元，如矩量法和有限元方法采用三角面元作剖分单元，而时域有限差分方法和抛物线方程方法则需要用六面体(立方体)作为基本计算单元。三角面元的数据模型可以从多种途径，包括一些商用软件如ANSYS、Supermesh、3DMAX、ANSOFT中得到，而立方网格则比较难得到，通用的全自动建模软件还未见报到。

发明内容

本发明的目的是针对在电磁计算中需要对物体模型进行剖分的问题，提出一种由三角面元数据生成立方网格数据的解决方案。

本发明的技术方案是：

一种在抛物线方程中由三角面元数据生成立方网格数据的方法，它包括以下步骤：

（a）.读入数据和确立剖分范围的步骤：

获取物体模型的三角面元剖分模型数据，包括面片数目、面片编号、每个面片包含的三个顶点的编号以及各顶点的坐标信息，根据前述信息得到该物体模型的外接长方体作为剖分范围，所述的剖分范围即物体模型的外接长方体由物体模型在X，Y，Z坐标轴上的上下界坐标x_l,x_h,y_l,y_h,z_l,z_h构成；

根据抛物线方程方法或者时域有限差分方法的计算要求（指的是剖分网格的精度即边长吗？），确定剖分网格的边长大小δ(文中取0.1个波长)，再计算要剖分网格的数量，它由下面的公式确定：

n_x=(x_h-x_l)/δ    n_y=(y_h-y_l)/δ

n_z=(z_h-z_l)/δ    N=n_x×n_y×n_z

n_x,n_y,n_z分别为X，Y，Z坐标轴上剖分网格的数量，如果是整数，则直接获取，如果不是整数，使用去余进位法进行取整；

在z₀=z_l-δ/2平面上，将x_l,x_h,y_l,y_h所构成的正方形进行n_x×n_y等分，得到n_x×n_y个正方形，再把每个正方形分为M=m×m个小方格；m=2或m=3；以各小方格的中心坐标为起点，沿正z轴方向作M条射向物体模型三角面元剖分模型的射线，获得每一条射线与物体模型表面的相交情况，并将交点坐标存入数组；

（b）.求各条射线与整个物体模型的三角面元剖分模型的交点并且判断该交点是否在面元内部的步骤：

求射线与三角面元的交点时，首先求各射线与三角面元所在平面的交点，然后再判断该交点是否在三角面元内。先从目标的三角面元的数据文件中，读取每一个三角面元，设为ABC的3顶点坐标，然后从3顶点坐标求得该三角面元所在平面的几何方程，最后联立平行于z轴的网格线l方程，就可求交点的坐标，设为P点；

判断交点P是否在三角面元ABC内可利用xoy面内的投影来分析，设三角面元ABC和交点P在xoy面内的投影分别为A′B′C′和P′；

将P'与投影三角形A′B′C′的3个顶点可以构造3个矢量并依次形成矢量叉乘，即和若3者彼此同号表示交点P在三角面元ABC内；反之，则交点P不在三角面元ABC内。当P正好在三角面元ABC边线上，3者中有一个为零。

（c）.生成立方体剖分网格