[发明专利]基于递归分解的曲面网格生成方法及系统、计算机设备

说明书

本发明公开一种基于递归分解的曲面网格生成方法及系统、计算机设备，该方法采用直接法与映射法相结合的方式，利用映射的方式将直接法中在三维空间涉及到的相交判断转化在二维空间中进行操作，因此可以有效地简化所需要的大量的相交计算，所需的空间数据结构也更加简明。同时也继承了直接法中便于控制网格单元尺寸以及表面网格质量高等优点。此外，本发明通过直接法与映射法相结合的方式，可通过算法并行实现大规模网格的快速生成。

技术领域

本发明涉及计算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）等工程计算领域的网格生成技术领域，尤其是一种基于递归分解的曲面网格生成方法及系统、计算机设备。

背景技术

随着计算机技术的迅猛发展，CFD已经成为流体力学、空气动力学领域相关研究和工程设计的重要手段。在运用CFD数值求解方法之前，一步关键的前处理操作就是如何将连续的几何体离散化，即网格生成。网格生成的目的是将给定几何体划分成有限个基本几何单元，一般将二维几何体划分为三角形或四边形单元的网格，而三维几何体划分为四面体或六面体单元的网格。

通常依据网格节点的拓扑连接方式将网格分为结构网格和非结构网格。其中，非结构网格中由于网格节点连接关系随机分布，网格单元的局部可控性比较好，因此能够较好地处理复杂几何体的边界，被广泛地应用于数值求解的各个领域，是当前网格生成技术的主要研究方向。对于非结构网格生成而言，一般的流程是先生成表面的曲面网格，再以此为基础生成几何体内部的空间网格。

曲面网格传统生成方法有直接法和映射法两种方式。直接法在生成网格过程中，能直接对网格单元的尺寸进行控制，最终得到的曲面网格质量高。但是直接法的缺点就是网格生成过程中，会涉及到很多相交判断。因此需要准确有效地确定空间条件，数据结构设计也更复杂。所以其计算效率低，实现过程也更复杂。映射法最大的问题是普通的映射没有保角的性质，在平面域中质量很好的网格，可能逆映射后，质量变得很差，无法作为数值求解的网格使用。此外，不管是采用直接还是映射的方式，一般的曲面网格生成方法大多基于Delaunay三角剖分法和阵面推进法。其中Delaunay三角剖分法需要逐个插入新的节点到当前已有的网格，阵面推进法是从边界出发逐步向区域内部生成网格，这两种方法具有很强的顺序依赖性，因此很难通过算法并行实现大规模网格的快速生成。

发明内容

本发明提供一种基于递归分解的曲面网格生成方法及系统、计算机设备，用于克服现有技术中计算效率低、实现过程也更复杂、生成的网格质量差、以及无法实现大规模网格的快速生成等缺陷。

为实现上述目的，本发明提出一种基于递归分解的曲面网格生成方法，包括以下步骤：

101：获取目标对象的几何三维模型数据，根据所述几何三维模型数据得到几何三维模型的拓扑信息和几何参数信息；

102：根据所述拓扑信息和几何参数信息，利用设定的网格节点生成方式在几何三维模型的边界曲线上分布网格节点，形成初始网格单元；

103：建立初始网格单元的局部坐标系，根据所述局部坐标系建立原始三维坐标与投影二维坐标的映射关系函数；

104：以整体映射的方式利用上述映射关系将初始网格单元上的网格节点投影到二维平面；

105：在二维平面上用分割线连接投影后不相邻的网格节点，根据分割线与网格节点围成区域的位置关系，保存完全位于区域内部的分割线；

106：根据角度影响、长度影响和单元精度误差，对保存的分割线进行优选，得到最佳分割线；

107：对所述最佳分割线进行预离散，将预离散的节点通过所述映射关系函数投影到几何三维模型的曲面上，迭代运行所述网格节点生成方式生成新网格节点，得到曲面分割线；所述曲面分割线将初始网格单元分割成两个子网格单元；

108：以所述子网格单元取代初始网格单元，迭代步骤103~107，直至获得的所有子网格单元中包含的网格节点数量满足设定要求，得到曲面网格。