基于局部能量极小值的船体曲线曲面光顺方法研究

摘要

在船舶设计过程中，船体表面的光顺程度不仅对船舶水动力性能有很大的影响，而且对船体施工建造、成本控制等也有重要的影响，因此如何提高船体曲线曲面的光顺性具有重要的意义。本文针对曲线曲面光顺性准则和方法进行深入研究，在此基础上建立了曲线曲面的光顺性数学模型，建立了一套曲线曲面光顺系统。该系统依据曲线曲面的曲率棒、曲率图以及能量的大小判断其光顺性，然后对船体表面不光顺点进行修改，从而实现船体曲线曲面的光顺。
　　本文对NURBS理论进行分析、总结，对直线、圆弧和自由曲线进行升阶组合处理，实现船体曲线曲面的拟合。在此基础上，对它们的光顺性进行了深入的分析，基于局部能量极小值方法建立曲线曲面光顺数学模型，设计开发了船体曲线曲面光顺系统。在型线光顺子系统中，建立了型线自动光顺和手动光顺功能。针对型线手动光顺问题，主要对型线曲率棒的长度和疏密程度进行判断，建立了型线手动光顺。针对型线自动光顺问题，在研究现有能量法和 Kejlander法的基础上，结合三次样条曲线，建立局部能量极小值曲线光顺数学模型，并将其应于船体曲线光顺系统中，并与整体能量法相比较，证明了该方法的优越性。针对船体曲面光顺子系统方面，在曲线光顺数学模型的基础上，将曲面光顺问题转化为两个方向上的曲线光顺问题，建立了曲面光顺数学模型，并通过实例对其进行验证，实例表明该数学模型对曲面具有良好的光顺效果。
　　最后，对Matlab和VC语言混合编程优缺点进行简单的介绍，建立了混合编程的数据转化模型。对系统进行了总体设计，描述了系统各个模块的功能应用，通过VC++和OpenGL在用户窗口中拟合出船体曲线曲面，并成功的对其进行了光顺。

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第1章 绪 论

1.1本论文研究的目的及意义

1.2国内外研究现状

1.3本文主要研究内容

第2章 曲线曲面构建及光顺基础理论

2.1 NURBS曲线的定义及性质

2.2 曲线的相关计算

2.3曲面的定义及性质

2.4曲线曲面光顺性检测方法

2.5曲线光顺算法原理

2.6 本章小结

第3章 船舶曲线曲面拟合

3.1解析曲线三次NURBS表示

3.2自由曲线三次NURBS表示方法

3.3 NURBS曲线的拼接

3.4船体型线拟合

3.5船体曲面拟合

3.6本章小结

第4章 曲线曲面光顺处理

4.1曲线曲面光顺的概述

4.2曲线曲面光顺方法

4.3曲线光顺数学模型

4.5曲面光顺

4.6本章小结

第5章 曲线曲面光顺系统开发与建模

5.1Matlab与VC混合编程

5.2系统总体设计

5.3船体一级子系统构建

5.4 船体曲线光顺系统构建

5.5曲面光顺系统构建

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

附录1：XY坐标对应的Z值

附录2：不同光顺次数的曲面等高线图