一種任意曲面建立空間網格結構的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種建模方法，尤其為一種任意曲面建立空間網格結構的方法。
【背景技術】
[0002] 在鋼結構建筑中，隨著人們對建筑美感的不斷追求，優美的建筑造型不斷涌現，其 中不乏各種曲面造型的建筑，這些建筑中，有很大一部分采用空間網格結構，它是一種由多 根桿件按照某種有規律的幾何圖形通過節點連接起來的結構，空間網格結構包括網架結構 和網殼結構。空間結構的計算模型必須是由直線通過節點連接的線模型，面對建筑師提供 的曲面或者根據建筑控制點建立的曲面，結構工程師第一步要完成的就是建立符合曲面要 求的線模型，目前建模沒有很好的方法，導致工作量大，建立的線模型不理想。
【發明內容】
[0003] 鑒于以上內容，必須找到一種任意曲面建立空間網格結構的方法。
[0004] -種任意曲面建立空間網格結構的方法，能夠根據任意曲面建立空間網格結構， 該方法包括以下步驟：
[0005] (a)接收用戶導入的三維曲面及用戶設置的空間網格模型參數，所述三維曲面包 括平面（特殊的曲面）、規則曲面（直紋曲面和曲紋曲面）、RURBS曲面，所述網架模型參數 包括U、V方向網格數目（Nu、Nv)、網架厚度。（b)根據U、V方向網格數Nu、Nv，將導入曲面 進行細分成Nu*Nv個小曲面，U、V線交點坐標數據按樹形數據組織，兩兩直線連接相鄰組織 好的點，形成第一弦層。（c)分別求得Nu*Nv個小曲面的幾何中心點，求得原導入曲面上與 幾何中心點的最近點。（d)接收空間網格厚度數據h，將最近點沿導入三維曲面的法線方向 移動h，得到新的頂點。（e)以新的頂點為角錐頂點，對應的小曲面角點為底面點形成角錐， 與頂點相連的邊即為網架腹層。（f)將角錐頂點按樹形數據組織，兩兩直線連接相鄰組織好 的點，形成第二弦層。
[0006] 本發明曲面建立空間網格結構的方法能夠根據任意曲面建立空間網格結構，給鋼 結構空間網格（網架、網殼）設計過程中建線模型帶來了便利。
【附圖說明】
[0007] 圖1是任意三維曲面；
[0008] 圖2是本發明任意曲面建立空間網格結構的方法較佳實施例的應用環境圖；
[0009] 圖3是本發明任意曲面建立空間網格結構的方法較佳實施例的主流程圖；
[0010] 圖4是本發明任意曲面建立空間網格結構的方法第一弦層示意圖；
[0011] 圖5是本發明任意曲面建立空間網格結構的方法腹層示意圖；
[0012] 圖6是本發明任意曲面建立空間網格結構的方法第二弦層示意圖；
[0013] 圖7是圖3中步驟S302的詳細步驟圖；
[0014] 圖8是圖7中步驟S704的樹形數據示意圖；
[0015] 圖9是圖7中步驟S705的樹形數據示意圖；
[0016] 圖10是建立后的空間網格結構示意圖；
【具體實施方式】
[0017] 參閱圖2所示，是本發明一種任意曲面建立空間網格結構的方法較佳實施例的應 用環境示意。該運行環境主要包括數據庫1、與數據庫1連接的主機2、與主機2連接的顯 示設備3以及與顯示設備3連接的數據庫4。數據庫1用于存儲三維曲面。主機2用于運 行任意曲面建立空間網格結構程序20,該任意曲面建立空間網格結構程序20接收用戶從 數據庫1導入的三維曲面及用戶設置的空間網格結構參數（U和V方向網格數目Nu和Nv、 空間網格厚度），根據用戶設置的U和V方向網格數目Nu和Nv及空間網格厚度進行空間網 格的建模，得到符合曲面要求的線模型。顯示設備3提供一顯示界面，用于顯示導入的三維 曲面及建立的空間網格結構線模型。數據庫4用于存儲導出的空間網格結構線模型接口數 據，用于后續的空間網格結構分析計算。
[0018] 如圖3所示，是本發明一種任意曲面建立空間網格結構的方法較佳實施例的主流 程圖。
[0019] 步驟S301接收用戶從數據庫1導入的三維曲面并顯示在顯示設備3上，該三維曲 面包括平面（特殊的曲面）、規則曲面（直紋曲面和曲紋曲面）、RURBS曲面，如圖1所示， 三維曲面可以通過犀牛（Rhino)、AutoCAD或3DMAX等三維軟件建立，這里不再贅述。
[0020] 步驟S302接收用戶設置的空間網格模型參數，所述空間網格模型參數包括U、V方 向網格數目（Nu、Nv)及空間網格厚度。根據U、V方向網格數Nu、Nv，將導入曲面進行細分 成Nu*Nv個小曲面，在微分幾何中，把曲面表示成雙參數u和V的矢函數
[0021] p = p (u, V)
[0022] 相應地，曲面大都采用基表示的一種特殊矢函數形式
[0024] 其中，sMu) Q = 〇, 1，-",m)為以 u 為變量的一組基函數，ω;(ν) (j = 〇, 1，"·，η) 為以ν為變量的一組基函數。兩者都是用于定義曲線的，各取其一組成的乘積，就得到了用 于定義曲面的以u與V為雙變量的一組基函數，a u為系數矢量。可見，曲面的U、V線是真 實存在的，可以通過犀牛（Rhino)或AutoCAD等軟件得到曲面的U、V線，這里不再贅述。
[0025] U、V線交點坐標數據按樹形數據組織，直線連接相鄰組織好的點，形成第一弦層線 模型，如圖4, a為第一弦層直線。
[0026] 步驟S303,分別求得Nu*Nv個小曲面的幾何中心點，求得原導入曲面上與幾何中 心點的最近點，所有最近點形成數組。
[0027] 步驟S304,接收空間網格厚度數據h，將最近點沿導入三維曲面的法線方向移動 h，得到新的頂點，所有頂點形成數組。
[0028] 步驟S305,以新的頂點為角錐頂點，對應的小曲面角點為底面點形成角錐，與頂點 相連的角錐邊即為空間網格腹層，如圖5, b為腹層直線。
[0029] 步驟S306,將角錐頂點以Nv值為段，進行樹形數據組織，一共有Nu個數組，每個數 組中有Nv個點，保持數據結構不變，將數據向后推移一位，形成新的點組，兩兩分別連線， 形成V方向的線模；U、V轉換后重復推移及兩兩連線，形成V方向的線模，具體實施參照步 驟S302。形成第二弦層線模，如圖5, c為第二弦層直線。
[0030] 如圖7所示，是圖3步驟S302的詳細步驟圖。
[0031] 步驟S701，接收U、V方向網格數Nu、Nv，例如Nu = 4, Nv = 3,也就是U方向網格 數是4, V方向網格數是3。
[0032] 步驟S702,將接收的三維曲面細分成Nu*Nv個小曲面，也就是分成12個小曲面。
[0033] 步驟S703，求得U、V線的交點，u和V方向網格數分別是4和3，則U和V方向的 點的數目分別為5和4,交點一共為20個。
[0034] 步驟S704,將交點進行樹形數據組織，數據組織如圖8所示，801為"樹干"數據， 數據個數為5(Nu+l)個，802為"樹葉"數據，每個"樹干"上有4(Nv+l)片"樹葉"，點分別為 PointV(0~3) 〇
[0035] 步驟S705,將交點樹形數據進行U、V轉換，數據組織如圖9所示，901為"樹干"數 據，數據個數為4 (Νν+l)個，902為"樹葉"數據，每個"樹干"上有5 (Nu+Ι)片"樹葉"，點分 別為 PointU(。~4)。
[0036] 步驟S706,保持數據結構不變，將數據向后推移一位，形成新的點組，分別為 PointV(1 ~3)和 PointU(1 ~4) 〇
[0037] 步驟S707,兩兩連線，即PointV(。~3)與？〇丨11" (1~3)兩兩分別連線，形成V方向的 線模型；P〇intUd4)與PointU( 兩兩分別連線，形成U方向的線模，最終圖形如圖4。
[0038] 圖10是三維曲面建立空間網格結構后的示意圖，圖中a為第一弦層直線，b為腹 層直線，c為第二弦層直線。
[0039] 最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參 照較佳實施例對本發明進行詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的 技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和范圍。
【主權項】
1. 一種任意曲面建立空間網格結構的方法，能夠將曲面按設計要求進行分割，建立空 間網格結構的線模型，用于結構計算，其特征在于，該方法包括以下步驟： (a) 接收用戶導入的三維曲面及用戶設置的空間網格模型參數，所述三維曲面包括平 面（特殊的曲面）、規則曲面（直紋曲面和曲紋曲面）、RURBS曲面，所述空間網格模型參數 包括U、V方向網格數目（Nu、Nv)、空間網格厚度。 (b) 根據U、V方向網格數Nu、Nv，將導入曲面進行細分成Nu*Nv個小曲面，U、V線交點 坐標數據按樹形數據組織，直線連接相鄰組織好的點，形成第一弦層。 (c) 分別求得Nu*Nv個小曲面的幾何中心點，求得原導入曲面上與幾何中心點的最近 點。 (d) 接收空間網格厚度數據h，將最近點沿導入三維曲面的法線方向移動h，得到新的 頂點。 (e) 以新的頂點為角錐頂點，對應的小曲面角點為底面點形成角錐，與頂點相連的角錐 邊即為空間網格腹層。 (f) 將角錐頂點按樹形數據組織，直線連接相鄰組織好的點，形成第二弦層。2. 如1所述的一種任意曲面建立空間網格結構的方法，其特征在于，所述步驟（b)包括 以下步驟： (bl)Nu*Nv為整數，曲面的U、V線是真實存在的，可以通過犀牛（Rhino)或AutoCAD等 軟件得到曲面的U、V線。 (b2)U、V線交點坐標以樹形數據組織，即有Nu+1個數組,每個數組中有Νν+l個點。 (b3)將Νν+l個點PointVdn)形成的數組向后推移一位，形成新的數組為PointVu~ n)，以PointV^M為起始點，PointV^M做為終止點，分別配對連直線，形成V方向的線段 模型。 (b4)步驟（b)中角點樹形數據U、V顛掉，重復步驟（b3)得到U方向的線段模型。 (b5)步驟b3、b4完成后，第一弦層線模型就建好了。3. 如1所述的一種任意曲面建立空間網格結構的方法，其特征在于，所述步驟（c)中求 得原導入曲面上與幾何中心點最近點的目的在于步驟（e)形成的角錐的高度等于步驟（d) 接收的空間網格厚度h。4. 如1所述的一種任意曲面建立空間網格結構的方法，其特征在于，所述步驟（f)包括 以下步驟： (fl)角錐頂點以Nv值為段，進行樹形數據組織，一共有Nu個數組，每個數組中有Nv個 角錐頂點。 (f2)參照b3、b4得到第二弦層線模型。
【專利摘要】一種任意曲面建立空間網格結構的方法，該方法包括步驟：接收用戶導入的三維曲面及用戶設置的空間網格模型參數，所述三維曲面包括平面、規則曲面(直紋曲面和曲紋曲面)、RURBS曲面，所述網格模型參數包括U和V方向分格數Nu和Nv、網格厚度h；將三維曲面細分成Nu*Nv個小曲面，U、V線交點坐標按樹形數據組織并兩兩連線得到第一弦層；求得三維曲面上與小曲面幾何中心點距離最近的點并將其沿三維曲面的法線方向移動h，以移動后的點為頂點形成角錐，得到網格腹層；將角錐頂點按樹形數據組織并兩兩連線，形成第二弦層。本發明能夠根據任意曲面建立空間網格結構，給空間網格(網架、網殼)結構設計的建模帶來便利。
【IPC分類】G06F17/50, E04B1/24
【公開號】CN105302927
【申請號】CN201410252805
【發明人】冷新中, 費建偉, 程林, 金海 , 朱羅軍, 童優娜
【申請人】杭州恒達鋼構股份有限公司
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2014年5月28日