STL模型拓扑及形状信息提取算法的研究

摘要

热等静压数值模拟软件是通过有限元方法，实现制件和包套热等静压近净成形过程的精确计算机模拟，包括几何模型的可视化表达与交互式操作、有限元计算网格的自动剖分、有限元自动求解以及计算结果的可视化显示等功能。
　　 本文在软件实现方面，首先研究了热等静压软件中的前处理部分，针对无序四面体网格的拓扑重构，实现了基于散列函数的、线性时间复杂度的快速拓扑重构算法。并采用增量法实现了热等静压数值模拟软件中的后处理部分的三维实体实时截面查看功能，增量法可显著减少计算中的乘除法计算及其它重复计算，使对复杂三维网格模型进行多剖面的实时剖分成为可能。针对有限元模拟的前处理器中，自适应网格划分首先需要提取实体模型表面特征的问题，实现了一种三维模型表达方式，即Z-map模型，该模型可实现三维实体表面形状属性特征的快速提取。并对构建Z-map模型的算法进行了深入分析，通过实验证明该网格模型能够达到快速、精确地提取实体的有效信息的目的。对Z-map网格模型的空间复杂度问题进行了研究，实现了一种改进的，在保持原模型时间复杂度基础上的，大幅度降低空间复杂度的EZ-map网格模型。从运算速度，内存消耗，以及表面属性特征提取后的精确度三个方面对着两种模型进行了系统全面的比较。以上算法的主要实现已经应用在华中科技大学研制的粉末成形模拟软件PowerRP-IP上，并取得了良好的效果。