[发明专利]一种面向像素式拓扑优化结果的三维CAD重建方法

权利要求书

1.一种面向像素式拓扑优化结果的三维CAD重建方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将拓扑优化结果生成的离散体素模型进行光顺操作，其中离散体素模型即以大量规则立方体的有序组合表示的三维物体模型；

S2、提取光顺后的离散体素模型表面的三角网格，生成三角网格模型的骨架线，即与原三角网格模型连通性和拓扑结构一致的曲线；

S3、对三角网格模型的骨架线进行简化；

S4、生成粗骨架模型

S4-1、进行交互式调整三角网格模型的骨架节点；

S4-2、进行三角网格模型的骨架节点角度优化操作；

S4-3、建立中间连接六面体单元并进行拓扑分裂操作，生成粗骨架模型；

S5、对粗骨架模型进行Catmull-Clark体细分操作，并将表面顶点投影到步骤S2生成的表面三角网格上，生成Bézier体模型。

2.根据权利要求1所述的面向像素式拓扑优化结果的三维CAD重建方法，其特征在于，所述步骤S1中，进行六面体网格光顺操作，六面体网格采用拉普拉斯网格光顺方法，表达式如下：

其中，Adj表示一个顶点的领域，U(P_i)即一个顶点的邻域的坐标均值。

3.根据权利要求2所述的面向像素式拓扑优化结果的三维CAD重建方法，其特征在于，所述拉普拉斯网格光顺方法具体如下：

1)初始化整个六面体网格，提取边界顶点和内部顶点；

2)遍历边界顶点，然后计算边界点的1邻域点的位置和S,且边界点的1邻域点不包括内部顶点，遍历内部顶点，计算内部点的1邻域点的位置和S'；

3)将边界点放置于S/n，n为1邻域顶点的个数，将内部点置于S'/n。

4.根据权利要求1所述的一种面向像素式拓扑优化结果的三维CAD重建方法，其特征在于，所述的步骤S2，包括如下子步骤：

S2-1、遍历经过步骤S1后的离散体素模型，将模型的边界四边形面通过在面中添加一条辅助边使其转化成三角网格模型，即表面以三角形表示的模型结构；

S2-2、首先通过Loop细分方法对提取的三角网格模型进行加细，然后，利用三角网格的曲率的极值性质，提取模型的骨架线，即与原三角网格模型连通性和拓扑结构一致的曲线。

5.根据权利要求1所述的一种面向像素式拓扑优化结果的三维CAD重建方法，其特征在于，所述的步骤S3中骨架线的简化方法如下：

S3-1、将得到的骨架线进行分段处理，将度大于2的节点和度等于1的节点进行分段提取骨架段；

S3-2、使用B样条拟合算法，将分段骨架线进行拟合操作，通过求解系数矩阵

得到B样条的控制顶点和节点向量，其中，Q_k表示需要插值的顶点，P_i表示求得的控制顶点，表示B样条曲线的参数，通过弦长参数化来选择

令d为总弦长

并令

S3-3、首先计算端点即度大于2或度等于1的骨架节点到表面三角网格的最近距离作为其半径，计算分段骨架的中间位置的节点到表面三角网格的最近距离，判断中间位置的节点是否和此骨架线两端的节点相交；

S3-4、如果不相交，重复步骤S3-1至S3-3，直到相交则停止骨架节点继续步骤S3-5；

S3-5、将多段骨架线生成的骨架节点进行合并生成全局简化的骨架；

S3-6、对相交的骨架节点进行合并操作将这两个有部分相交的节点进行合并操作，删除其中一个节点，并将其所连接的节点进行转移到保留下来的节点。

6.根据权利要求1所述的一种面向像素式拓扑优化结果的三维CAD重建方法，其特征在于，所述的步骤S4-1中，对骨架的节点进行位移、旋转、分裂、延展、新增和删除操作。