[发明专利]一种面向数值模拟的大规模城市模型可计算处理方法

说明书

本申请公开了一种面向数值模拟的大规模城市模型可计算处理方法，该方法属于计算机辅助工程领域。为了给数值模拟计算提供大规模城市的可计算模型，需要具备面向大空间尺度、海量数据、频繁更新的城市快速可计算建模能力，但由于数据采集过程中存在的误差，以及模型处理所做的必要的简化操作，导致直接生成的数字城市模型中存在大量非闭合、相接、相交、悬空等CAD模型缺陷，使得城市模型不可用于数值模拟。本方法通过分析城市模型中所涉及的CAD模型缺陷类型，提出一种满足可计算条件的处理方法，这种方法避免了传统的人工操作和CAD布尔运算。本发明能够快速生成建模结果且满足后续数值模拟计算的网格划分要求，在建模效率、模型规模和可计算性等方面均能满足高性能计算的要求。具有跨平台、可扩展的特性。

技术领域

本发明属于计算机辅助工程领域，具体涉及一种面向数值模拟的大规模城市模型可计算处理方法。

背景技术

本发明针对数值模拟前处理过程中对数字城市可计算建模的需求，可计算数字城市模型即可用于做数值模拟计算的CAD模型。城市可计算模型扩展了数字城市的应用领域，使城市模型可用于自然灾害、战争破坏效应研究和环境模拟研究，在解决重大领域问题、提高管理和决策的科学性和高效性等方面发挥着重大作用。作为贯穿整个智慧城市建设的重要技术，数字城市建模是计算机视觉、计算机图形学、遥感测量等领域的热点问题。

为了给数值模拟软件提供大规模城市的可计算模型，不仅需要具有面向大空间尺度、海量数据、频繁更新的城市的快速建模能力，还需要使模型满足特定的可计算要求，如不允许存在实体相交、悬边、悬面、非闭合体、二次曲面等，且对不影响计算结果的细小特征进行化简。但由于数据采集过程中存在的误差，以及模型处理所做的必要的简化操作，导致直接生成的数字城市模型中存在大量非闭合、相接、相交、悬空等CAD模型缺陷，使得城市模型不可用于数值模拟。由于城市模型的数据量巨大，不可能通过人工方式修复有缺陷的几何体。即使使用商用CAD软件的修复功能，图形的布尔运算仍需要耗费大量时间，无法满足快速构建大规模城市可计算模型的需要。

本发明提出的面向数值模拟的大规模城市可计算建模方法，重点研究模型数据的可计算处理。通过分析城市模型中所包含的CAD模型缺陷，给出了几何图形需满足的可计算条件以及处理方法，避免了传统数值模拟前处理过程中的人工操作和CAD布尔运算，使得在建模效率、模型规模和可计算性等方面均能满足高性能计算的要求。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种面向数值模拟的大规模城市模型可计算处理方法。采用本发明能够有效消除建筑与建筑、建筑与地形之间的相交、相接和裂缝，避免城市模型的CAD模型缺陷，并输出可供数值模拟软件使用的可计算城市模型。

本发明的应用面向数值模拟可计算建模，依次包括如下内容：

A、建筑轮廓简化：通过减少建筑轮廓顶点数量以及减少三维建筑模型的细节特征和面片数，使简化后的建筑轮廓与原建筑轮廓尽量保持形状一致；

B、自相交检测：通过对建筑轮廓的多边形构造直线方程，判断直线方程的交点所构造的新多边形顶点是否在原多边形内部，如果均在原多边形内部，则不存在自相交，进入步骤C，否则建筑轮廓存在自相交的情况，进入步骤G；

C、相交检测：判断两个不同的建筑轮廓之间是否存在相交的情况，不存在则进入步骤G,存在则进入步骤E；

D、相接检测：判断两个不同的建筑轮廓之间是否存在相接的情况，不存在则进入步骤G,存在则进入步骤E；

E、建筑轮廓收缩：通过将建筑轮廓收缩指定的距离（即安全缓冲距离），即从建筑轮廓顶点沿角平分线方向向建筑轮廓内部平移一定的距离，实现建筑轮廓收缩，完成后进入步骤F，继续判定建筑之间是否存在相交相接的情况，直到所有建筑完成检测与处理；

F、相交和相接检测：经过步骤F之后继续判断两个不同的建筑轮廓之间是否存在相交或相接的情况，不存在则通过检测，进入步骤H，存在则进入步骤G；