CN114912174A - 一种双层网格结构参数化建模方法、设备及可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了本申请提供了一种双层网格结构参数化建模方法、设备及可读存储介质，所述建模方法包括如下步骤：T1：拾取建筑几何模型并设置网格参数；T2：曲面近似展开与网格划分优化；T3：利用KG运算器进行多条件网格优化；优化完的网格映射回原曲面；利用重心法生成双层网格结构。本申请提供的一种双层网格结构参数化建模方法适用于复杂形态与边界的自由曲面，并且在网格自动生成过程中，尽量保证杆件长度统一，且考虑网格结构的实际支承条件，具有很高的普适性。

Description

一种双层网格结构参数化建模方法、设备及可读存储介质

技术领域

本发明涉及结构建模技术，具体涉及一种双层网格结构参数化建模方法、设备及可读存储介质。

背景技术

双层网格结构是一种常用的大跨空间结构形式，其传力途径简洁，结构刚度好，抗震性能优越，施工安装成熟简便，且布置灵活，可适用于不同跨度，不同造型的建筑中。

一方面，对结构设计师而言，传统形状的双层网格结构已有较多研究，通常可通过一个或多个关键的参数的设定，就可完成结构的初步比选。但对于自由曲面空间结构，往往很难用一个统一的几何参数对其结构性能进行描述与判断。故需要在建筑师提供的允许范围内，对自由曲面进行多方案的建模比选。

另一方面，现今建筑领域主要通过三维建模软件Rhino(犀牛)进行建筑设计创作，且建筑创作过程中普遍使用参数化建模方法。建筑参数化建模的趋势不仅是基于业主需求的考虑，更是建筑设计的发展趋势。建筑参数化设计的同时势必要求结构设计也能与建筑参数化设计联动，要求结构专业能够对建筑参数化的模型进行快速计算。传统的结构建模计算为基于建筑的某一次方案模型，然后结构工程师采用手动建模的方式进行结构布置与计算，手动建模往往基于点、线关系，手动连接节点，形成网架结构，如果建筑方案参数化调整后，结构师只能重复手动建模的计算过程，从而导致结构设计师无法快速响应建筑方案调整，造成设计效率低，设计周期较长的弊端。

现有的基于GH编制双层网格结构的建模程序仅用于具有显著UV方向的曲面，在划分网格时，人为将曲面分割为立面区域与顶部平面区域，容易造成曲面环向拐角处划分线没有交在同一节点上，需手动调整等不足。

发明内容

本发明提供了一种双层网格结构参数化建模方法、设备及可读存储介质，适用于复杂形态与边界的自由曲面双层网格结构建模，并且在网格自动生成过程中，尽量保证杆件长度统一，且考虑网格结构的实际支承条件，具有很高的普适性。

一方面，本申请提供了一种双层网格结构参数化建模方法，包括如下步骤：

T1：拾取建筑几何模型并设置网格参数；

T2：曲面近似展开与网格划分优化；

T3：利用优化的网格生成双层网格结构。

在上述方案的基础上，进一步网格划分与优化，步骤T1具体包括：从犀牛模型中拾取建筑目标曲面与网格结构的支承柱，该曲面即为网格结构弦杆所在曲面；一般情况，建筑方案往往提供的为上弦杆曲面。设置关于网格结构生成的几何参数和优化参数，支承柱为后续网格划分依据之一，网格划分时，保证支撑柱位置有网格节点。

在上述方案的基础上，进一步的有，网格几何参数包含：网格边长尺寸L、网格与世界坐标系的夹角α、网格结构厚度h、网格形式(包括三角锥网架、四角锥网架)；

网格优化参数包含：网格边长合并阈值β、网格面积合并阈值γ、网格迭代优化收敛条件ε。

各参数含义如下：

网格边长尺寸L即网格结构弦杆的边长大小。

网格与世界坐标系的夹角α即网格弦杆与世界坐标系的夹角大小。通过该参数的引入，可方便工程师根据支承柱的位置、建筑的效果、轴网在世界坐标系中的夹角等因素来人为设定网格的方向。特别适用于具有单向传力特征，需要将弦杆布置在传力短向时的情况。

网格结构厚度h即双层网格结构厚度。程序支持两种网架厚度的实现，一种为等厚度网架，此时通过单一参数h，即可通过曲面偏移得到网格结构未知弦杆的曲面；一种的变厚度网架，此时可在犀牛中任意建立厚度的弦杆所在曲面，然后拾取进入GH平台即可。

网格形式即工程师根据需要选取三边形网格或者是四边网格。

网格边长合并阈值β即在网格优化过程中，当某网格边长小于该阈值时，程序自动删除该网格，并将网格两侧节点进行合并。

网格面积合并阈值γ即在网格优化过程中，当网格各边边长大于阈值β，但可能存在网格夹角较小，导致围合面积较小的畸形网格存在，此时网格面积小于阈值γ时，程序自动删除该网格，并将网格端点合并。

网格迭代优化收敛条件ε即在网格优化过程中，当前后两次迭代小于收敛条件时，停止网格优化。

网格几何参数中未设置腹杆夹角参数，因为当网格结构的上弦曲面、下弦曲面、上弦网格尺寸或者下弦网格尺寸确定后，腹杆的夹角是确定的，因此不再设置腹杆夹角参数。

在上述方案的基础上，进一步的有，步骤T2具体包括：

使用ShapeMap插件对弦杆曲面进行数学近似展开；此阶段的曲面为近似展开，满足工程精度即可。对近似展开的曲面进行标准网格划分；网格初步划分完成后，利用袋鼠插件，进行平面网格优化。

在上述方案的基础上，进一步的有，所述标准网格划分的参数包含网格长度、网格角度和网格形式。

在上述方案的基础上，进一步的有，所述网格优化具体方式为：以平面网格点为优化对象，利用引力、斥力、弹簧力等多种物理力学平衡电池组为工具，对网格点进行均匀性优化，优化过程中保证网格点与支座展开点重合，保证网格优化完成后，节点与网格结构支承点重合，当网格点在自然力作用下互相平衡时，判定达到了匀质的状态。

在上述方案的基础上，进一步的有，步骤T3包括子步骤：

T31：利用KG运算器进行多条件网格优化；

T32：优化完的网格映射回原曲面；

T33：利用重心法生成双层网格结构。

在上述方案的基础上，进一步的有，步骤T3具体包括：

采用映射的方式将展开平面上优化好的网格贴回至原空间弦杆所在曲面上；分别生成曲面网格的重心点；利用Surface Closest Point电池，将重心点按照法线方向投影到下弦杆所在平面，并将投影点相互连接构成网格结构的下弦杆；最后利用Closest Points电池，寻找上弦节点与下弦节点的对应关系，并将上弦点与下弦点连接，构成网格结构的腹杆。至此就完成了网格结构的参数化建模。

第二方面，本申请提供了一种双层网格结构参数化建模设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序；

所述存储器，用于存储程序；

所述处理器，用于执行所述计算机程序，实现上述的一种双层网格结构参数化建模方法的各个步骤。

第三方面，本申请提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上述一种双层网格结构参数化建模方法的各个步骤。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本申请提供的一种双层网格结构参数化建模方法适用于复杂形态与边界的自由曲面，并且在网格自动生成过程中，尽量保证杆件长度统一，且考虑网格结构的实际支承条件，具有很高的普适性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：

图1为本发明的方法流程图；

图2为拾取建筑几何模型并设置网格参数的界面图；

图3为曲面近似展开与网格划分的界面图；

图4为利用KG运算器进行多条件网格优化的界面图；

图5为优化完的网格映射回原曲面的界面图；

图6为利用重心法生成双层网格结构的界面图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本领域普通技术人员可以理解实现上述事实和方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，涉及的程序或者所述的程序可以存储于一计算机所可读取存储介质中，该程序在执行时，包括如下步骤：此时引出相应的方法步骤，所述的存储介质可以是ROM/RAM、磁碟、光盘等等。

实施例：

如图1所示，在本实施例中，一方面，本申请提供了一种双层网格结构参数化建模方法，包括如下步骤：

T1：拾取建筑几何模型并设置网格参数；

T2：曲面近似展开与网格划分优化；

T3：利用优化的网格生成双层网格结构。

优选的，步骤T1具体包括：从犀牛模型中拾取建筑目标曲面与网格结构的支承柱，该曲面即为网格结构弦杆所在曲面；一般情况，建筑方案往往提供的为上弦杆曲面。设置关于网格结构生成的几何参数和优化参数，支承柱为后续网格划分依据之一，网格划分时，保证支撑柱位置有网格节点，得到如图2所示的界面。

在上述方案的基础上，进一步的有，网格几何参数包含：网格边长尺寸L、网格与世界坐标系的夹角α、网格结构厚度h、网格形式(包括三角锥网架、四角锥网架)；

网格优化参数包含：网格边长合并阈值β、网格面积合并阈值γ、网格迭代优化收敛条件ε。

各参数含义如下：

网格边长尺寸L即网格结构弦杆的边长大小。

网格与世界坐标系的夹角α即网格弦杆与世界坐标系的夹角大小。通过该参数的引入，可方便工程师根据支承柱的位置、建筑的效果、轴网在世界坐标系中的夹角等因素来人为设定网格的方向。特别适用于具有单向传力特征，需要将弦杆布置在传力短向时的情况。

网格结构厚度h即双层网格结构厚度。程序支持两种网架厚度的实现，一种为等厚度网架，此时通过单一参数h，即可通过曲面偏移得到网格结构未知弦杆的曲面；一种的变厚度网架，此时可在犀牛中任意建立厚度的弦杆所在曲面，然后拾取进入GH平台即可。

网格形式即工程师根据需要选取三边形网格或者是四边网格。

网格边长合并阈值β即在网格优化过程中，当某网格边长小于阈值时，程序自动删除该网格，并将网格两侧节点进行合并。

网格面积合并阈值γ即在网格优化过程中，当网格各边边长大于阈值β，但可能存在网格夹角较小，导致围合面积较小的畸形网格存在，此时网格面积小于阈值时，程序自动删除该网格，并将网格端点合并。

网格迭代优化收敛条件ε即在网格优化过程中，当前后两次迭代小于收敛条件时，停止网格优化。

网格几何参数中未设置腹杆夹角参数，因为当网格结构的上弦曲面、下弦曲面、上弦网格尺寸或者下弦网格尺寸确定后，腹杆的夹角是确定的，因此不再设置腹杆夹角参数。

优选的，步骤T2具体包括：

使用ShapeMap插件对弦杆曲面进行数学近似展开；此阶段的曲面为近似展开，满足工程精度即可。对近似展开的曲面进行标准网格划分，得到如图3所示的界面；网格初步划分完成后，利用袋鼠插件，进行平面网格优化，得到如图4所示的界面。。

优选的，所述标准网格划分的参数包含网格长度、网格角度和网格形式。

优选的，所述网格优化具体方式为：以平面网格点为优化对象，利用引力、斥力、弹簧力等多种物理力学平衡电池组为工具，对网格点进行均匀性优化，优化过程中保证网格点与支座展开点重合，保证网格优化完成后，节点与网格结构支承点重合，当网格点在自然力作用下互相平衡时，判定达到了匀质的状态。

优选的，步骤T3包括子步骤：

T31：利用KG运算器进行多条件网格优化；

T32：优化完的网格映射回原曲面；

T33：利用重心法生成双层网格结构。

优选的，步骤T3具体包括：

采用映射的方式将展开平面上优化好的网格贴回至原空间弦杆所在曲面上，得到如图5所示的界面；分别生成曲面网格的重心点；利用Surface Closest Point电池，将重心点按照法线方向投影到下弦杆所在平面，并将投影点相互连接构成网格结构的下弦杆；最后利用Closest Points电池，寻找上弦节点与下弦节点的对应关系，并将上弦点与下弦点连接，构成网格结构的腹杆，得到如图6所示的界面。至此就完成了网格结构的参数化建模。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种双层网格结构参数化建模方法，其特征在于，包括如下步骤：

T1：拾取建筑几何模型并设置网格参数；

T2：曲面近似展开与网格划分优化；

T3：利用优化的网格生成双层网格结构。

2.根据权利要求1所述的一种双层网格结构参数化建模方法，其特征在于，步骤T1具体包括：从犀牛模型中拾取建筑目标曲面与网格结构的支承柱，该曲面即为网格结构弦杆所在曲面；设置关于网格结构生成的几何参数和优化参数，保证支撑柱位置有网格节点。

3.根据权利要求2所述的一种双层网格结构参数化建模方法，其特征在于，网格几何参数包含：网格边长尺寸L、网格与世界坐标系的夹角α、网格结构厚度h、网格形式；

网格优化参数包含：网格边长合并阈值β、网格面积合并阈值γ、网格迭代优化收敛条件ε。

4.根据权利要求1所述的一种双层网格结构参数化建模方法，其特征在于，步骤T2具体包括：

使用ShapeMap插件对弦杆曲面进行数学近似展开；对近似展开的曲面进行标准网格划分；网格初步划分完成后，利用袋鼠插件，进行平面网格优化。

5.根据权利要求1所述的一种双层网格结构参数化建模方法，其特征在于，所述标准网格划分的参数包含网格长度、网格角度和网格形式。

6.根据权利要求4所述的一种双层网格结构参数化建模方法，其特征在于，所述网格优化具体方式为：以平面网格点为优化对象，利用引力、斥力、弹簧力等多种物理力学平衡电池组为工具，对网格点进行均匀性优化，优化过程中保证网格点与支座展开点重合，保证网格优化完成后，节点与网格结构支承点重合，当网格点在自然力作用下互相平衡时，判定达到了匀质的状态。

7.根据权利要求1所述的一种双层网格结构参数化建模方法，其特征在于，步骤T3包括子步骤：

T31：利用KG运算器进行多条件网格优化；

T32：优化完的网格映射回原曲面；

T33：利用重心法生成双层网格结构。

8.根据权利要求1所述的一种双层网格结构参数化建模方法，其特征在于，步骤T3具体包括：

采用映射的方式将展开平面上优化好的网格贴回至原空间弦杆所在曲面上；分别生成曲面网格的重心点；利用Surface Closest Point电池，将重心点按照法线方向投影到下弦杆所在平面，并将投影点相互连接构成网格结构的下弦杆；最后利用Closest Points电池，寻找上弦节点与下弦节点的对应关系，并将上弦点与下弦点连接，构成网格结构的腹杆。

9.一种双层网格结构参数化建模设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，

所述存储器，用于存储程序；

所述处理器，用于执行所述计算机程序，实现如权利要求1-8任一项所述的一种双层网格结构参数化建模方法的各个步骤。

10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-8中任一项所述的一种双层网格结构参数化建模方法的各个步骤。

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