[发明专利]一种基于凸包算法的凹体生成方法和装置

权利要求书

1.一种基于凸包算法的凹体生成方法，其特征是，包括：

获取待模拟的骨料颗粒形态数据；

在预选择的基本形状的表面取多个点，记为初始点；

利用凸包算法基于初始点构成凸包，确定所形成的凸包中三角面的连接关系；

基于待模拟的骨料颗粒形态数据，对各初始点进行径向拉伸或者缩短以及旋转操作，将操作后的点记为位置点，并记录各初始点与位置点之间的对应关系；

用各位置点替换相应初始点，基于所述凸包中三角面的连接关系生成凹体三角面，得到由相应凹体三角面组成的凹体，即为待模拟骨料颗粒的数值模型。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，还包括，将生成的凹体输出为相应骨料颗粒的几何格式文件，用于其它对相应骨料颗粒进行的数值试验。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征是，所述几何格式文件为STL文件。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，还包括，将生成的凹体作为骨料颗粒，投放到预先设定的区域内，建立颗粒增强型复合材料的数值模型。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述待模拟的骨料颗粒的形态数据包括颗粒三维空间点坐标信息，颗粒凹凸系数以及颗粒三维面的连接关系信息。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述预选择的基本形状为圆球或椭球。

7.根据权利要求1或5所述的方法，其特征是，定义基本形状为椭球，椭球的半轴长为(r_a,r_b,r_c)，各初始点采用极坐标表示为i为初始点个数，θ和分别为方位角和仰角，按照每隔△θ和取一个初始点，即：

则所选取的颗粒三维空间初始点的坐标X₀＝(x_0i,y_0i,z_0i)为：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征是，所述基于待模拟的骨料颗粒形态数据，对各初始点进行径向拉伸或者缩短操作包括：

对每一个椭球面上的点的方位角和仰角添加一个随机量得到的点的方位角和仰角表示为

对每一个点上椭球的半轴长添加一个随机扰动(η_a,η_b,η_c)，得到新的赤道半径和极半径为(r_ai,r_bi,r_ci)：

rand()表示产生随机数函数，其中随机量和(η_a,η_b,η_c)控制颗粒的凹凸性；

则扰动后的三维空间点坐标信息为X_n＝(x_ni,y_ni,z_ni)：

所述旋转操作包括：考虑颗粒的空间摆放位置，假定颗粒在空间的欧拉角为(α,β,γ)，有旋转矩阵：

旋转操作后最终三维颗粒上点的坐标X_F＝(x_fi,y_fi,z_fi)为：

X_F＝RX_n。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述利用凸包算法基于初始点构成凸包包括：

根据初始点的极坐标计算笛卡尔坐标，基于初始点X₀的笛卡尔坐标利用凸包算法构成凸包。

10.一种基于凸包算法的凹体生成装置，其特征是，包括：

待模拟骨料颗粒形态数据获取模块，用于获取待模拟的骨料颗粒形态数据；

初始点选择模块，用于在预选择的基本形状的表面取多个点，记为初始点；

凸包三角面关系确定模块，用于利用凸包算法基于初始点构成凸包，确定所形成的凸包中三角面的连接关系；

扰动操作模块，用于基于待模拟的骨料颗粒形态数据，对各初始点进行径向拉伸或者缩短以及旋转操作，将操作后的点记为位置点，并记录各初始点与位置点之间的对应关系；

以及凹体生成模块，用于用各位置点替换相应初始点，基于所述凸包中三角面的连接关系生成凹体三角面，得到由相应凹体三角面组成的凹体，即为待模拟骨料颗粒的数值模型。