电磁计算中的区域分解和模型自适应剖分

摘要

复杂目标的电磁散射和辐射特性的计算仿真具有很高的应用价值。在电磁计算的工程应用中，这些目标的模型网格质量对于电磁计算而言非常重要，决定着相应电磁计算算法的适应性、计算速度和精度。
　　 本文的工作主要面向电磁计算，针对模型的格式转换、模型区域分解、网格自适应剖分这三项内容分别展开。
　　 在模型的格式转换方面，本文首先介绍了CAD模型的两种主要格式——IGES和STEP格式的组织结构，并对两者做了简单的对比;其次提出了这两种格式文件的读入算法和将几何模型转换为三角网格模型的算法。
　　 在模型区域分解方面，本文首先主要介绍了几种经典的网格分割算法，比如分水岭法、骨架抽取法等;其次对原有算法的流程进行了改进，提出了基于曲率和区域增长的网格分割算法，根据用户标记的点进行基于曲率的区域增长并最终将网格划分为不同区域。
　　 在网格自适应剖分方面，本文首先介绍了常用的几种剖分算法，比如多边形细分、蝶形算法及其改进算法、SQRT3算法;其次本文在前人工作的基础上提出了基于Loop细分算法的自适应细分算法，利用三角网格平坦度作为控制细分迭代次数的参数，对网格进行自适应剖分。剖分之后，较平坦的区域网格较稀疏，而凹凸变化剧烈的区域网格比较密集。在不损失特征的情况下有效减少了面片数量。
　　 最后，本文在对上述内容实现的基础上，完成了相应的功能模块。为了将这些功能更好地应用于电磁计算，本人对所在研究小组开发的一个电磁计算平台(emX)进行了功能扩展，将这些模块加入到了这个平台中。通过实例分析，验证了本文所开发算法及模块的有效性。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景

1．2 研究概况

1．2．1 本文研究内容

1．2．2 国内外研究现状

1．3 论文内容及结构安排

1．4 本章小结

第2章 CAD模型的读入和预处理

2．1 CAD模型标准格式

2．1．1 IGES格式

2．1．2 STEP格式

2．1．3 IGES格式和STEP格式的对比

2．2 CAD模型读入

2．2．1 IGES模型读入

2．2．2 STEP模型读入

2．3 CAD模型格式转换

2．3．1 生成曲面控制点

2．3．2 将三维曲面铺平到二维平面

2．3．3 对生成的二维平面进行三角剖分

2．3．4 修整剖分结果

2．3．5 生成三角网格数据

2．4 本章小结

第3章 区域分解

3．1 模型区域分解的方法

3．1．1 分水岭法

3．1．2 分层网格分解法

3．1．3 迭代聚类法

3．1．4 骨架抽取法

3．2 基于曲率和用户交互的区域分解方法

3．2．1 算法思想描述

3．2．2 区域增长的度量标准

3．2．3 曲率估计

3．2．4 区域增长算法步骤

3．3 本章小结

第4章 模型自适应剖分

4．1 模型细分的方法

4．1．1 多面体算法

4．1．2 蝶形算法

4．1．3 改进的蝶形算法

4．1．4 SQRT3算法

4．2 模型自适应剖分的方法

4．3 Loop算法及自适应Loop算法

4．3．1 Loop细分算法

4．3．2 基于Loop细分的自适应细分方法

4．4 本章小结

第5章 原型系统实现及实验结果

5．1 基于emX平台模型预处理模块实现

5．2 CAD模型读入及转换实现

5．2．1 IGES读取类的实现

5．2．2 STEP读取类的实现

5．2．3 CAD模型格式转换的实现

5．3 模型区域分解实现

5．3．1 曲率估计模块

5．3．2 模型分解模块

5．4 模型细分及自适应剖分实现

5．5 本章小结

第6章 结论

6．1 本文总结

6．2 今后工作展望

参考文献

致谢