[发明专利]基于映射技术和双向等分技术的自由曲面网格划分方法

说明书

技术领域

本发明属于建筑网格划分领域，具体涉及一种基于映射技术和双向等分技术的自由曲面网格划分方法。

背景技术

计算机辅助设计领域出现的新技术，比如参数化建模和BIM等，提高了建筑曲面的造型水平。造型独特的自由曲面空间结构越来越多地出现在大众的视野中，成为了当代比较有代表性的建筑热点，比如阳光谷世博轴和阿联酋YasMarina酒店。该类曲面结构往往有着较好的视觉表现力，但传统网格结构的杆件布置方法，难以适应此类结构。目前，自由曲面的网格生成多数采用手动划分或者为特定曲面专门设定自动划分方法。这些方法要么耗费大量的人力，要么适用范围非常有限，并且划分效果往往也不甚理想。如何生成符合建筑美观的曲面网格是空间结构研究领域的一个难点。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种基于映射技术和双向等分技术的自由曲面网格划分方法。

本发明的网格划分过程中，首先需要建立曲面和平面的双向映射机制，用四条边界线圈定网格划分区域；接着在两条相对的边界线之间按距离等分的原则生成一组曲线；然后按照选定的等长原则划分该组曲线，并将同一分位值的分段点拟合成另一个方向上的等分曲线，轮流地对这两组曲线进行上述分段、拟合等操作，直到分段点位置无明显变化；最后按规律将两组曲线的交点连接成设定的网格样式。

本发明所采用的具体技术方案如下：

基于映射技术和双向等分技术的自由曲面网格划分方法，其步骤如下：

1)将自由曲面上需要进行网格划分的区域边界划分为四段，两条对边为主方向边界线，另外两条对边为次方向边界线；

此处的主方向和次方向可以根据实际需要进行确定，但是需要保证主方向和次方向能够交叉。当然，主方向和次方向最好是能够垂直，两条主方向边界线、两条次方向边界线尽量平行，使主方向边界线和次方向边界线接近于矩形的四条边，此时网格划分效果较好。

2)根据预先设定的主方向等分曲线数m和次方向等分曲线数n，将区域边界中的两条主方向边界线分别等分为n+1段，并依次以相同分位值的两个分段点为端点，在自由曲面上连接形成n条测地线，将n条测地线和两条次方向边界线作为初步的次方向网格曲线；

3)将每条次方向网格曲线均等分为m+1段，然后将次方向网格曲线的等分点映射到参数域内，得到平面内的点阵；依次对参数域平面内同一分位值上的分段点，采用插值法拟合m条光滑曲线，再将m条光滑曲线映射回曲面上，得到m条曲面曲线，将m条曲面曲线和两条主方向边界线作为当前的主方向网格曲线；

4)再将每条主方向网格曲线均等分为n+1段，然后将主方向网格曲线的等分点映射到参数域内，得到平面内的点阵；依次对参数域平面内同一分位值上的分段点，采用插值法拟合n条光滑曲线，再将n条光滑曲线映射回曲面上，得到n条曲面曲线，将n条曲面曲线和两条次方向边界线作为当前的次方向网格曲线；

5)不断地依次重复步骤3)和4)，对主方向网格曲线和次方向网格曲线进行迭代更新，直至满足迭代终止条件，然后以次方向网格曲线和主方向网格曲线交错构成的曲线网交点作为网格点，进行拓扑连接，最终得到自由曲面网格。

作为优选，划分区域边界时，保持主方向边界线和次方向边界线的整体走向垂直或近似垂直。

作为优选，所述的迭代终止条件为迭代前后各网格点的移动距离均小于阈值或者迭代次数到达上限。

作为优选，对于仅有两条主方向边界线的环状自由曲面，先在自由曲面上画一条连接两条主方向边界线的曲线，再将曲面视为有两条次方向边界线重合的4边曲面。

作为优选，根据目标输出网格样式，进行拓扑连接；网格样式包括但不限于方形网格、四边形网格、菱形网格、波浪状四边形网格、波浪状三角形网格。

作为优选，对于边界形态复杂的曲面，需先对该曲面进行分块，再对每块曲面采用所述的自由曲面网格划分方法或结合其他网格划分方法进行网格划分。

本发明相对于现有技术而言，能较好地适应各种边界条件，提高了网格整体的流畅性和规整性。本发明生成速度快，能够避免映射畸变，生成的网格样式丰富、线条流畅、大小均匀，可用于自由曲面整体或局部的网格生成，为网格结构的设计提供了新的思路。

附图说明

图1为实施例1中的自由曲面示意图；

图2为实施例1中的自由曲面初步形成的曲线网；

图3为实施例1中经过迭代更新后的次方向网格曲线；

图4为实施例1中最终得到的曲线网；