[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

说明书

本发明公开了一种面向像素式拓扑优化结果的三维CAD重建方法，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；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；S3、对三角网格模型的骨架信息进行简化；S4、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，可以方便且高效的将拓扑优化生成的离散六面体网格模型转换成Bézier体模型。在生成Bézier体模型数量上具有显著优势，同时消除了离散六面体网格模型的锯齿状结构，在拓扑优化领域具有应用价值，经过CAD重建的模型同样可以应用于等几何分析，在等几何分析领域具有应用价值。

技术领域

本发明涉及拓扑优化后处理的CAD重建技术领域，具体指面向像素式拓扑优化结果的三维CAD重建方法。

背景技术

随着计算机计算能力的提升,以及计算机辅助工程(Computer AidedEngineering,CAE)的发展,通过对计算机模拟计算出的模型结构强度的分析，可以发现模型的结构缺陷，进而通过重新设计来改进模型的结构强度，这使得模型的设计流程需要的时间成本大大增加，创成式设计(Generative Design)应运而生，创成式设计通过使用特定的算法策略来对物品进行自动化设计，以满足一定刚度条件下，所设计生成的产品的质量最小或者其他相应设计目标。常用的算法策略从最开始的简单尺寸优化到后来比较复杂的形状优化，最后发展到现在难度较大的拓扑优化。拓扑优化，是寻求结构部件满足应力，位移等约束条件下，并且使结构的某种指标达到最优，常见的指标是结构的质量达到最轻或者所用材料达到最省。

拓扑优化生成的离散体素模型，如果直接转化成Bézier体模型会出现模型表面的锯齿化现象和生成的Bézier体数量较多的缺点，降低了模型的可制造性。

综上所述，如何有效的对拓扑优化结果的重建，生成光滑的模型且保持模型Bézier体块数较少是当前亟待解决的问题。

发明内容

本发明根据现有技术的不足，提出一种面向像素式拓扑优化结果的三维CAD重建方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种面向像素式拓扑优化结果的三维CAD重建方法，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。

作为优选，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。

作为优选，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；