建筑结构模型的四边形网格生成算法

为提高建筑结构有限元分析计算的效率,提出建筑结构模型的四边形网格生成算法．首先采用改进的折半查找算法快速建立相应的结构模型索引信息;然后根据四边形网格划分的原则调整模型边界;最后采用分区域模板法对整体结构模型进行四边形网格的自动生成．算例表明该算法可以根据有限元分析计算中模型的特点简化模型,降低计算时间．     

由区域生长算法实现四边形网格划分

针对当前各种三角形网格转化为四边形网格算法的缺陷，提出一种实现这种转化的算法——区域生长算法．该算法通过有选择地合并三角形来获得高质量的四边形网格，并且对两个三角形的合并增加约束条件以避免在生成四边形网格的过程中产生残余三角形；同时对生成的四边形网格进行一系列的质量改善操作。     

二维域多约束四边形有限元网格生成算法

以Q-Morph算法思想为基础,实现增加约束后自动生成二维域多约束四边形有限元网格．通过增加约束修补子算法,使原算法思想适用于附加的多约束;同时调整了原有算法中单元四边形顶边的生成子算法和四边形内多余三角形删除子算法的烦琐之处．实例测试结果表明,用文中算法生成的约束四边形网格具有网格分布较均匀、网格形状较规整等特点．     

散乱点云的三角划分算法研究

通过对当前的三角网格划分方法进行比较分析,提出了一种散乱点云的3D三角网格划分算法。该算法不需如同二维划分方法那样要对散乱点云对应的自由曲面分片投影,而是直接在3D空间,根据离散点集所对应的曲面形态变化,利用网格扩展、边界环分裂和边界环封闭,逐层收缩生成三角网格。该算法能方便地处理空间多种曲面的散乱点云数据,并且生成的三角网格形态优良,布局合理。     

复杂边界几何体的结构网格生成方法

高质量的结构网格能够有效地提高有限元分析的精度.针对受限于结构网格节点分布的特殊要求,使当前的结构网格生成方法无法直接应用于边界复杂的几何体这一问题,提出结构网格生成方法.对于边界复杂的多边形区域,依据边界顶点分类,在计算空间内将边界简化为规则形状,在简化的多边形区域内进行分割并填充结构网格,再将其映射回原区域;对于边界特殊的三角形、圆形区域,依据边界节点分布计算分割线,将原区域分割为简单的四边形区域组合,再对各四边形区域分别进行结构网格填充;对于不同区域网格的连接,将区域边界相连并设置棱边方向,通过转化相应的棱边方向矩阵得出棱边方向闭合的多边形边界,在多边形边界内填充结构网格形成不同区域网格间的有效过渡.实例验证结果表明,该方法稳定、高效,能够解决复杂边界几何体的结构网格划分问题.     

三角形网格转化为四边形网格

现有的全自动网格划分算法大部分生成三角形网格。生成四边形网格更困难。为了缓解这个问题，本文研究并实现了三角形网格转化为四边形网格的线性算法。该算法是对已有的Ｏ（Ｎ＾２）算法的改进。     

散乱数据点集的三角划分算法研究

在对当前的三角网格划分方法进行比较分析后,提出了一种散乱数据点集的3D三角网格划分算法,该算法不需如同二维划分方法一样要对散乱点集对应的自由曲面分片投影,并可自然处理含有凹边界及孔域的曲面数据点集,利用网格扩展、边界环分裂和边界环封闭,根据曲面的变化逐层推进生成三角网格,使算法能方便地处理非封闭曲面、空间剪裁曲面、封闭曲面、空间多连通曲面等各种曲面的散乱数据。     

四边形有限元网格的快速生成算法

给出一个使用覆盖栅格生成四边形网格的算法．覆盖法能够快速生成有限元网格，但是边界单元的质量通常比较差，也难以得到全部的四边形网格．将边界内角分成4类，根据不同类型的内角，提出相应的使用覆盖栅格生成完全四边形网格所要采取的修正措施．最后，应用文中算法进行网格划分，结果表明该算法是有效的．     

曲面的有限元网格顶点法矢算法

分析计算有限元三角形网格顶点法矢的各种算法原理,比较各种算法的结果精度,指出Max方法考虑了三角形网格的形状,且本质上是一种通过对四面体进行外接球面拟合的计算方法,结果精度很高.在此基础上,针对曲面在有限元网格划分后可能同时存在三角形网格和四边形网格,提出适应于单独的三角形网格和四边形网格与两者并存的混合网格的顶点法矢求取算法,计算结果表明了算法的适应性和有效性.     

基于3DS模型的四边形网格生成算法研究

针对文献[1]中提出的四边形网格形变因子的不足,提出了曲面中改进的四边形形变因子。根据此约束条件,研究并实现了一种将3DS模型表面三角形网格转化为四边形网格的合并算法,并对极少的残余三角形进行拆分处理,实现彻底转化。经过对已有模型的实际转化实验,表明了本算法的有效性。     

Reconstructing regular meshes from points

We propose an algorithm for reconstructing regular meshes from unorganized point clouds. At first, a nearly isometric point parameterization is computed using only the location of the points. A mesh, composed of nearly equilateral triangles, is later created using a regular sampling pattern. This approach produces meshes with high visual quality and suitable for use with applications such as finite element analysis, which tend to impose strong constraints on the regularity of the input mesh. Geometric properties, such as local connectivity and surface features, are identified directly from the points and are stored independent of the resulting mesh. This decoupling preserves most details and allows more flexibility for meshing. The resulting parameterization supports several direct applications, such as texturing and bump mapping. In addition, novel boundary identification and cut parameterization algorithms are proposed to overcome the difficulties caused by cuts, non-closed surfaces and possible self-overlapping parameter patches. We demonstrate the effectiveness of our approach by reconstructing regular meshes from real datasets, such as a human colon obtained from CT scan and objects digitized using laser scanners.     

三轴数控铣床系统图形的实时显示

在三角网格模型的基础上,提出一种数控铣床系统中刀具扫描体的快速求法,充分利用计算机图形学中直线和圆弧域的求交方法——中点求交法和四向圆弧填充法,变浮点乘除运算为有利于计算机硬件实现的整数加减运算;并提出了操作方便的三角网格简化LOD方法,在图形显示时,该方法根据图形显示比例系数,把在一个像素范围内的小三角片合并成大三角片;对用LOD方法简化后的非特征区法矢相同的大三角片面进行进一步合并．实验结果表明,上述方法减少了图形显示时的运算时间,提高了图形显示速度及效率．     

曲率约束的隐式曲面三角网格化

提出一种有效的隐式曲面三角网格化算法。从隐式曲面上的一个种子点开始,生成网格的边界作为扩张多边形,且该多边形最小角对应的顶点为扩张点,计算从扩张点处欲生成的三角网格,为了防止新生成的三角网格和已经存在的三角网格重叠,要进行冲突检测。在隐式曲面三角网格化的过程中,扩张多边形是不断变化的,需要重复上述步骤,直至没有扩张多边形时结束。该算法分别应用于解析隐式曲面和变分隐式曲面的三角网格化。实验结果表明,该算法不需要重新网格化的步骤,生成的三角网格具有较高的质量,且三角网格随曲率适应性变化,因此说明了该算法的有效性。     

三维模型孔洞修补方法的研究

针对三维模型中带有各种原因造成的孔洞, 为后续的模型分析操作带来困难, 提出了一种基于曲率特征的三维模型孔洞修补方法。其基本思想是利用波前法对孔洞进行快速填充获得初始的修补网格, 再运用网格优化的技术依据孔洞边界点的曲率特征对初始网格进行调整。首先根据邻接三角形中边界边的性质识别出孔洞的边界, 然后使用波前法和三角形顶点的夹角关系完成孔洞的初始填充, 接着结合曲率标准对孔洞网格进行细化, 最后对修补孔洞的网格顶点进行几何形态的调整, 使其与周围网格自然过渡。实验表明该算法简单、稳定, 可以完成不同类型的孔洞修补。     

A piecewise hole filling algorithm in reverse engineering

While scanning a complex part in reverse engineering, it is not possible to acquire all part of the scanned surface. Data are inevitably missing due to the complexity of the scanned part or imperfect scanning process. Missing scanned data cause holes in the created triangular mesh, so that a hole-free mesh model is prerequisite for fitting watertight surfaces. Although a number of hole filling algorithms have been investigated, they enable to fill holes only on the smooth regions of a model. They are not always robust in the regions of high curvature. This paper proposes a novel methodology that can automatically fill complex polygonal holes with a piecewise manner. It incrementally splits a complex hole into several simple holes with respect to the 3D shape of the hole boundary, and then it consecutively fills each divided simple hole with planar triangulation method until the entire complex hole is firmly closed. Finally smoothing and subdivision techniques are applied for enhancing the hole triangles. The newly created vertices and triangles are added to their respective lists and the topology information is updated. The method has proven to be robust and effective from the result of test with a variety of complex holes. Examples are given and discussed to validate the methodology.     

A robust hole-filling algorithm for triangular mesh

This paper presents a novel hole-filling algorithm that can fill arbitrary holes in triangular mesh models. First, the advancing front mesh technique is used to cover the hole with newly created triangles. Next, the desirable normals of the new triangles are approximated using our desirable normal computing schemes. Finally, the three coordinates of every new vertex are re-positioned by solving the Poisson equation based on the desirable normals and the boundary vertices of the hole. Many experimental results and error evaluations are given to show the robustness and efficiency of the algorithm.     

多裁剪自由曲面生成有限元网格的实现

论述了多裁剪自由曲面生成有限元曲面网格的几个关键技术.采用了推进波前法生成曲面网格,给出了核心算法;在曲面算法中运用了介于参数法与直接法之间的新方法.针对求解曲面上最优点的参数域反算问题,引入了切矢逆求方法,可使迭代次数大为降低.测试表明,该算法快速、稳定.对大型的多裁剪自由曲面生成的曲面有限元网格,可直接用于有限元计算.     

反求工程中的隐式曲面快速自适应性多边形算法

论文给出一种反求工程中基于三角形细分的隐式曲面快速自适应性多边形化方法。该文先由输入的三维扫描数据点利用空间延展的MarchingCubes方法得到隐式曲面较为粗糙的三角形表面网格形状,再利用该文的自适应性优化方法对粗糙网格从三个方面自适应性调整,即调整网格顶点法向,控制曲率,再补偿网格抽样率。从而生成的三角网格和采样点具有局部适应性,能随着曲率的变化自动控制采样点的疏密程度,消除了逼近网格中的T-形边。实验表明,恢复的隐式曲面能很好地反映形状特征,能满足反求工程的实时需求。     

扫掠法有限元网格生成方法

为了提高有限元网格的生成质量,扫掠法生成六面体网格过程中内部节点定位成为关键一步,在研究复杂扫掠体六面体有限元网格生成算法过程中,提出了一种基于扫掠法的六面体网格生成算法,算法利用源曲面已经划分好的网格和连接曲面的结构化网格,用仿射映射逐层投影,生成目标曲面,提出基于Roca算法的内部节点定位的新算法,运用由外向内推进的波前法思想,生成全部的六面体网格。通过实例表明,该算法快速,稳定,可靠,可处理大量复杂2.5维实体六面体网格生成问题。     

An algorithm for automatic 2D finite element mesh generation with line constraints

In this study, an algorithm is designed specifically for automatic finite element (FE) mesh generation on the transverse structure of hulls reinforced by stiffeners. Stiffeners attached to the transverse structure are considered as line constraints in the geometry boundary. For the FE mesh generation used in this study, the line constraints are treated as boundaries and by that means the geometry domain attached to the line constraints is decomposed into sub-domains, constrained only by the closed boundaries. Then, the mesh can be generated directly on those sub-domains by the traditional approach. The performance of the proposed algorithm is evaluated and the quality of the generated mesh meets expectations.