CN116680933B

CN116680933B - 一种基于共形网格生成的圆锥表面建模方法

Info

Publication number: CN116680933B
Application number: CN202310939352.2A
Authority: CN
Inventors: 李尧尧; 曹成; 胡伟; 李冰
Original assignee: Dongshen Electromagnetic Technology Chengdu Co ltd
Current assignee: Dongshen Electromagnetic Technology Chengdu Co ltd
Priority date: 2023-07-28
Filing date: 2023-07-28
Publication date: 2023-10-20
Anticipated expiration: 2043-07-28
Also published as: CN116680933A

Abstract

本发明公开了一种基于共形网格生成的圆锥表面建模方法,包括以下步骤：S1.建立待共形到圆锥侧表面的扇形模型，进行扇形模型的四边形网格剖分，并导出剖分生成的网格文件；S2.建立扇形模型中各个四边形单元与材料之间的映射关系；S3.从扇形模型中获取三个顶点的坐标，将扇形模型转换成圆锥表面；S4.进行圆锥表面共形网格生成；S5.构建圆锥表面的电磁模型。本发明能够通过构建扇形模型，并将扇形模型的单元与材料对应，然后将扇形模型转换到圆锥表面，完成圆锥表面的电磁建模。

Description

一种基于共形网格生成的圆锥表面建模方法

技术领域

本发明涉及电磁建模，特别是涉及一种基于共形网格生成的圆锥表面建模方法。

背景技术

在计算机图形学、计算机辅助设计和计算机辅助工程等领域，圆锥表面的网格生成是一个重要的问题。传统的圆锥表面网格生成方法通常采用参数化方法或者直接在圆锥表面上进行网格划分，但这些方法在处理复杂，生成网格的难度大，因此在需要对圆锥表面进行建模时会出现建模比较困难的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于共形网格生成的圆锥表面建模方法，能够通过构建扇形模型，并将扇形模型的单元与材料对应，然后将扇形模型转换到圆锥表面，完成圆锥表面共形网格的生成，并基于单元对应的材料编号，完成圆锥表面的电磁建模。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于共形网格生成的圆锥表面建模方法，包括以下步骤：

S1.建立待共形到圆锥侧表面的扇形模型，进行扇形模型的四边形网格剖分，并导出剖分生成的网格文件；

所述网格文件包括扇形模型的点坐标列表{Pts}和四边形单元列表{Elm}；

所述点坐标列表中点个数为/>，点坐标列表/>中包含每一个点的点坐标，且各个点均具有序号，其中，第i个点坐标表示为/>，

四边形单元列表{Elm}中的四边形单元数目为，第j个四边形单元的中各个顶点的点序号表示为：/>；

S2.建立扇形模型中各个四边形单元与材料之间的映射关系；

S3.从扇形模型中获取三个顶点的坐标，将扇形模型转换成圆锥表面；

S4.进行圆锥表面共形网格生成：将扇形模型的点坐标列表{Pts}中的各个点转换到圆锥表面，得到新的点坐标列表，并获取圆锥表面新的四边形单元列表/>和每个四边形单元的材料；

S5. 根据点坐标列表、四边形单元列表/>，以及四边形单元列表中每一个四边形单元列表对应的材料，构建圆锥表面的电磁模型。

本发明的有益效果是：能够通过构建扇形模型，并将扇形模型的单元与材料对应，然后将扇形模型转换到圆锥表面，完成圆锥表面共形网格的生成，并基于单元对应的材料编号，完成圆锥表面的电磁建模。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为扇形模型转换到圆锥表面的示意图；

图3为扇形内部的任意一点计算圆柱模型侧面上点/>的示意图；

图4为两个坐标系的关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种基于共形网格生成的圆锥表面建模方法，包括以下步骤：

所述点坐标列表中点个数为/>，点坐标列表/>中包含每一个点的点坐标，且各个点均具有序号，其中，第i个点坐标（序号为i的点的点坐标）表示为：

S2.建立扇形模型中各个四边形单元与材料之间的映射关系；

所述步骤S2包括：

S201.对扇形模型不同四边形单元设置材料，材料列表为{icoat}，该列表中每一种材料均具有一个编号;

S202.将四边形单元列表和材料列表{icoat}一一对应，即每一个四边形单元在材料列表中均具有一个对应的编号，将第j个四边形单元的材料编号表示为，材料编号为整数。

S3.从扇形模型中获取三个顶点的坐标，将扇形模型转换成圆锥表面：

如图2所示，所述步骤S3中，为扇形三个顶点，/>，和/>组成扇形的两条边，则：

扇面半径，/>，扇面弧长；

为了考虑扇面不完全覆盖锥面的情形，设定一个系数，使得弧长为/>的扇面正好能够覆盖整个锥面，得到圆锥底面直径/>，进而得到锥面夹角，锥的高度为 />。

S4.进行圆锥表面共形网格生成计算，并得到新的点坐标列表；

如图3所示，所述步骤S4中进行点坐标列表获取时，利用需要将扇形内部的点转换到圆锥模型侧面上，利用扇形内部的任意一点/>计算圆锥模型侧面上点/>的方式如下：

建立局部坐标系和 />，/>为圆锥底面圆心， />为P1点，/>为扇形顶点，P1为扇形进行共形的边顶点，P3为扇形另外一条边顶点；

如图4所示，两个局部坐标系的关系表示为：

其中，,/>为矢量叉乘；

则有：

；

位置上的扇面半径/>，弧角为，则有弧长 />，映射到圆锥的/>位置上，位置上圆弧的半径/>，/>，

为/>与 />连线延长线与圆锥底面/>的夹角/>为/>在x轴方向分量，/>为在y轴方向分量,/>为/>在z轴方向分量,则有：

即：

。

所述步骤S4中，将扇形模型的点坐标列表{Pts}中的各个点转换到圆锥表面，得到新的点坐标列表的过程包括：

S401.初始化点列表为/>的二维数组；此三列分别存储点列表的XYZ坐标浮点数据；遍历/>个点的列表/>，得到第i个点/>，该点的坐标表示为：/>，并记为/>；

S402.位置上的扇面半径/>，弧角为，则有弧长/>，映射到圆锥的/>位置上，/>位置上圆弧的半径/>，得到：

，

计算并得到映射点的新坐标为：

；

S403.将第i个的坐标/>赋为新坐标/>：

；

S404.循环步骤S401~步骤S403直到完成个点的遍历为止，结束圆锥表面共形网格生成计算流程。

所述获取圆锥表面新的四边形单元列表和每个四边形单元的材料的过程包括：

A1、对于四边形单元列表的第j个四边形单元，首先根据四个顶点的编号，在点坐标列表/>查找对应的四个顶点坐标，再查找这第四个顶点转换到圆锥表面后得到的四个顶点坐标，从而得到扇形模型中第j个四边形单元/>在圆锥表面对应的/>，并将/>中的材料编号/>记为/>；

A2、对于四边形单元列表的每一个四边形单元，重复执行步骤A1，得到圆锥表面的四边形单元列表/>和每个四边形单元的材料编号。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应该看作是对其他实施例的排除，而可用于其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种基于共形网格生成的圆锥表面建模方法，其特征在于：包括以下步骤：

所述点坐标列表中点个数为/>，点坐标列表/>中包含每一个点的点坐标，且各个点均具有序号，其中，第i个点坐标表示为：/>，

S2.建立扇形模型中各个四边形单元与材料之间的映射关系；

S4.进行圆锥表面共形网格生成：将扇形模型的点坐标列表{Pts}中的各个点转换到圆锥表面，得到新的点坐标列表，并获取圆锥表面新的四边形单元列表{/>}和每个四边形单元的材料；

所述步骤S4中进行点坐标列表获取时，利用需要将扇形内部的点转换到圆锥模型侧面上，利用扇形内部的任意一点/>计算圆锥模型侧面上点/>的方式如下：

建立局部坐标系和/>，/>为圆锥底面圆心，/>为P1点，为扇形顶点，P1为扇形进行共形的边顶点，P3为扇形另外一条边顶点；

两个局部坐标系的关系表示为：

其中，,/>为矢量叉乘；

则有：

；

位置上的扇面半径/>，弧角为/>，则有弧长/>，映射到圆锥的/>位置上，/>位置上圆弧的半径/>，，

为/>与/>连线延长线与圆锥底面/>的夹角；/>为/>在x轴方向分量，/>为/>在y轴方向分量,/>为/>在z轴方向分量,则有：

即：

S401.初始化点列表为/>的二维数组；此三列分别存储点列表/>的XYZ坐标浮点数据；遍历/>个点的列表/>，得到第i个点/>，该点的坐标表示为：，并记为/>；

S402.位置上的扇面半径/>，弧角为/>，则有弧长/>，映射到圆锥的/>位置上，/>位置上圆弧的半径/>，得到：

，

计算并得到映射点的新坐标为,/>)：

；

S403.将第i个的坐标/>赋为新坐标/>：

；

S404.循环步骤S401~步骤S403直到完成个点的遍历为止，结束圆锥表面共形网格生成计算流程；

S5. 根据点坐标列表、四边形单元列表/>，以及四边形单元列表/>中每一个四边形单元列表对应的材料，构建圆锥表面的电磁模型。

2.根据权利要求1所述的一种基于共形网格生成的圆锥表面建模方法，其特征在于：所述步骤S2包括：

S201.对扇形模型不同四边形单元设置材料，材料列表为{icoat}，该列表中每一种材料均具有一个编号；

S202.将四边形单元列表和材料列表{icoat}一一对应，即每一个四边形单元在材料列表中均具有一个对应的编号，将第j个四边形单元的材料编号表示为/>，材料编号为整数。

3.根据权利要求1所述的一种基于共形网格生成的圆锥表面建模方法，其特征在于：所述步骤S3中，为扇形三个顶点，/>和/>组成扇形的两条边，则：

扇面半径，/>，扇面弧长/>；

为了考虑扇面不完全覆盖锥面的情形，设定一个系数，使得弧长为/>的扇面正好能够覆盖整个锥面，得到圆锥底面直径/>，进而得到锥面夹角/>，锥的高度为/>。

4.根据权利要求1所述的一种基于共形网格生成的圆锥表面建模方法，其特征在于：所述步骤S4中，获取圆锥表面新的四边形单元列表{}和每个四边形单元的材料的过程包括：

A1、对于四边形单元列表{}的第j个四边形单元，首先根据四个顶点的编号，在点坐标列表/>查找对应的四个顶点坐标，再查找这第四个顶点转换到圆锥表面后得到的四个顶点坐标，从而得到扇形模型中第j个四边形单元/>在圆锥表面对应的/>，并将/>中的材料编号记为/>;

A2、对于四边形单元列表{}的每一个四边形单元，重复执行步骤A1，得到圆锥表面的四边形单元列表{/>}和每个四边形单元的材料编号。