改进的三维ODT四面体网格质量优化算法

针对密度非均匀四面体网格,提出一种改进的三维ODT(optimal Delaunay triangulation)网格光顺算法,提高了ODT的适应性.在四面体网格中,以每一内部节点为核心节点,创建由与该节点相连接的四面体单元构成的星形结构;根据网格尺寸场把其星形结构转换到以核心点为中心的归一化空间内,然后在归一化空间内应用经典ODT光顺算法对核心点位置进行优化;通过中值重心坐标将核心点转换回物理空间;这样,通过逐一优化内部节点的空间位置达到优化四面体网格整体质量的目的.算例表明,该算法有效、健壮;对于密度非均匀的四面体网格,其光顺效果比经典的ODT算法更好.     

基于LEPP递变的四面体网格自适应剖分算法

为了更合理地进行四面体网格剖分,提出了一种根据待剖分对象形态不同进行网格密度自适应调整的四面体网格剖分方法。该方法首先采用BCC(body-centered cubic)网格初始化网格空间,并根据表面曲率的大小以及距离物体表面的远近,采用LEPP(longest edge propagation path)算法由外至内对初始化后的网格空间进行不同尺度的细分;然后对横跨表面的网格进行调整,以形成对象的表面形态;最后采用以质量函数引导的拉普拉斯平滑与棱边收缩(edge collapse)的方法对网格的质量进行优化来最终得到待剖分对象的四面体网格。结果表明,该方法所生成的网格不仅具有自适应的网格密度,而且网格质量比常用的Advancing Front算法也有所提高。对于基于3维断层图像或表面模型进行有限元建模,该方法不失为一种行之有效的好方法。     

基于投影法的四面体网格切割算法

四面体网格切割算法是有限元仿真中的重要组成部分,切割的结果决定了刚度矩阵的更新速度和精度。本文在研究Cotin算法和Bielser算法的基础上,采用了预投影的方法,将部分顶点投影到切割平面上,使原先的四面体分割转化为相邻四面体分离,以达到简化分割的目的。与Cotin算法和Bielser算法相比,由该算法得到的网格切割边界更加合理,剖分比更低,提高了刚度矩阵更新的速度和精度。     

体积保持的多分辨率多边形网格的光顺造型

给出了一个高效的多边形网格的多分辨率光顺造型算法。该算法首先通过引入体积保持约束,快速地实现稠密多边形网格的多分辨率表示,然后结合一个有效的无收缩光顺算法,对网格执行高效的多分辨率光顺编辑,与传统编辑方法不同,该方法利用体积保持约束及优化技术,来自动恢复编辑区域中相应的细节,而无需引入非常损耗资源的局部标架。实验结果表明,该算法计算稳定、高效,能产生复杂的模型。     

保特征的加权最小二乘三角网格光顺算法

在逆向工程和计算机图形学中,由扫描得到的数据多存在噪声,为了对其进行光顺处理,提出一种基于加权最小二乘思想的保特征网格光顺算法.首先提出一个关于光顺后网格顶点或者法向的离散二次能量函数,该能量一方面满足光顺后的网格在除特征点外的地方处处光滑的同时,还满足光顺后网格与原噪声网格尽可能相似;然后对此能量函数关于每个顶点求偏导数并使其为0,得到一个线性方程组,求解该方程组得到光顺后的网格.实验结果表明,该算法是线性的,复杂度低,且无需人工交互就可以很好地保持网格的尖锐特征,还能避免发生收缩现象.     

从表面重构的体数据实现三维网格剖分

针对有限元分析中网格最优化问题,本文提出一种改进的生成四面体网格的自组织算法。该算法首先应用几何方法将三角形表面模型重新构造成规定大小的分类体数据,同时由该表面模型建立平衡八叉树,计算用以控制网格尺寸的三维数组;然后将体数据转换成邻域内不同等值面的形态一致的边界指示数组;结合改进的自组织算法和相关三维数据的插值函数,达到生成四面体网格的目的。实验对比表明,该方法能够生成更高比例的优质四面体,同时很好地保证了边界的一致。在对封闭的三维表面网格进行有限元建模时,本文算法为其提供了一种有效、可靠的途径。     

保特征的网格光顺算法

提出了一种保特征的网格光顺算法，能够在快速地去除噪声的同时，保持网格模型的结构特征。该算法对网格中每个三角形的法矢进行光顺，同时求得顶点的法矢。根据当前点到邻接点的距离以及当前点的法矢与邻接点的法矢的夹角对顶点移动的方向进行调整，使顶点分布更加均匀。利用高斯函数求得光顺权值。实验结果证明，该算法能够有效地保持网格模型的结构特征，同时具有迭代次数少、体积收缩小、执行效率高的特点。     

基于特征保持的三维模型四面体化及优化

三维模型四面体化是一种重要的有限元网格生成技术.介绍了一种特征保持的四面体网格生成及优化算法.首先使用三维模型主成分分析进行预处理,然后用体心立方构建初始四面体,接着通过拉普拉斯坐标改变模型边界切点的移动方式保持模型的局部特征,最后构造改进的密度能量误差函数优化四面体网格质量.实验结果表明,该方法可行、有效,且能很好地保持模型特征.     

基于四面体控制网格的模型变形算法

提出一种鲁棒的保体积保表面细节的模型变形算法.首先将输入模型嵌入到一个稀疏的四面体控制网格中,并且通过一种改进的重心坐标来建立两者的对应关系;然后通过用户的交互,对控制网格建立一个二次非线性能量函数对其进行变形,而输入模型的变形结果则可以通过插值来直接获得.由于能量函数的优化是在控制网格上进行的,从而大大提高了算法的效率.与此同时,提出一种新的能量--Laplacian能量,可以使四面体控制网格进行尽量刚性的变形,从而有效地防止了大尺度编辑过程中模型形状的退化现象.文中算法还具有通用性,可支持多种模型的表示方式,如三角网格模型、点模型等.实验结果表明,该算法可以有效地保持输入模型的几何细节、防止明显的体积变化,得到了令人满意的结果.     

基于Gregory法的N边域非自交结构网格生成

提出了在N边域裁减参数曲面上生成非自交光顺结构网格的方法。利用Gregory法,首先在参数坐标平面上将N边域分成N个四边形区域,并生成每个四边形区域内的网格,然后通过映射获得三维空间上的网格坐标点。为消除映射过程中所产生的自交现象,根据非自交特性和光顺网格的特点,提出了优化目标函数,并采用共轭梯度数值解法获得了最优解。利用该方法可以获得N边域上非自交光顺的结构网格,拓展了N边域裁剪曲面的使用范围。     

子分元素法:一种体网格压缩算法

提出了一个包含六面体,四面体,金字塔以及三棱柱单元的混合体网格的压缩与解压算法。首先对非四面体单元按照最小节点标号策略进行子分,然后利用修改的增长缝合算法压缩子分后的四面体网格,解压阶段再通过面删除操作来恢复原始网格。压缩后每个四面体约需10bits的存储,初步试验表明,对于通常的六面体网格,能将数据模型压缩至原先的1／4。     

一种保持特征的三角网格光顺方法

网格光顺是逆向工程中一种常用的数据处理手段,其主要目的是为了减少网格模型中的噪声,提高网格模型的质量。但网格上的一些特征常常会在光顺时丢失。如何在光顺时保持网格模型的特征成为提高光顺质量的一个关键问题。在实现常用光顺方法的基础上,该文提出了一种能较好保持网格特征的自适应光顺方法,通过对特征进行判断,根据网格顶点的不同性质对其采用不同的操作方法以达到光顺和保持特征的目的。     

一种基于带噪声的三角网格模型的光顺算法

为了去除三角网格模型中的噪声,提出了一种基于均值漂移的特征保持的网格光顺算法。该方法在对模型中的三角形的法向量进行滤波的基础上鲁棒地计算了顶点的法向量,利用均值漂移方法自适应地聚类出顶点的邻域。结合顶点间几何特征的相似性,将改进后的双边滤波算子应用于顶点的位置更新,从而完成模型的光顺。实验结果证明了网格光顺算法的有效性。利用这种网格算法,可以达到光顺带噪声的三角网格模型的目的,并在光顺的同时,有效地保持了模型中原有的特征。     

一种适用于任意复杂结构的曲六面体网格生成算法

曲六面体网格自动生成是时域谱元法发展的瓶颈问题。本文采用基于体基函数的协变投影算法,将一个10节点曲四面体单元分解为四个20节点曲六面体单元,从而形成一种适用于任意复杂结构的曲六面体网格生成算法。使用该算法能够将曲四面体单元均匀分割,且确保新形成的曲六面体单元的翘曲最小。典型算例表明,使用该算法建立的曲六面体离散模型,完全满足时域谱元法的计算精度要求。     

网格曲面特征的稀疏性优化检测算法

针对现有的特征检测算法大多数基于微分几何量,对噪声比较敏感、运行速度比较慢、对于过渡特征处理得不够理想的问题,提出一种基于稀疏性优化的网格特征检测算法.该算法主要包括3个过程:首先利用带l1范数稀疏性约束项和l2范数误差项的Laplacian能量函数对网格进行光顺,得到光顺后网格顶点的移动距离;然后根据顶点的移动距离提取初始特征点;最后对提取的特征点进行后处理,使得特征点更为完整.其中,l1范数稀疏性约束项用来约束发生移动点的数目;l2范数的误差约束项用来控制光顺后模型的退化程度.该算法易于实现,能够处理尖锐特征、弱特征和过渡特征.与基于微分几何量的特征提取方法相比,文中算法不仅简单有效、运行时间短,而且提取的特征线也更好.     

基于医学体数据生成四面体网格的方法

为了从医学体数据直接构造四面体网格,提出一种基于栅格的网格生成算法.该算法的主要思想是从背景栅格中提取并填充代表区域边界的等值面.首先,对医学体数据进行预处理与采样,构建一个背景栅格.其次,用对偶方法从栅格提取三角表面网格,用于分段线性逼近等值面.然后,对栅格中所有位于等值面之内或与等值面相交的立方体,用预定义的模板分解成四面体单元.最后,用Laplacian平滑技术优化四面体网格.在均匀网格的基础上,研究了自适应网格生成算法,在保持网格几何精度的同时精简单元数量,以提高有限元计算效率.给出了从CT数据生成人体股骨远端四面体网格的实例,该网格模型被用于虚拟膝关节镜手术.     

支持裂纹扩展的三维有限元网格生成算法

描述了任意形状三维区域的非结构四面体网格生成算法,该算法对不含裂纹的区域、含单裂纹或多裂纹的区域都适用。算法首先使用八叉树来确定网格单元大小,然后采用前沿推进技术来生成网格。在前沿推进过程中,采用基于几何形状和基于拓扑结构的两个步骤来保证前沿向前移动过程中发生问题时仍能进行正确执行,并且使用了一种局部网格优化方法来提高网格划分的质量。最后,将算法运用到带有裂纹的复杂实体模型,实验结果表明该算法具有较强的适用性和较高的性能。     

从表面重构的体数据实现3维网格剖分

目的 针对有限元分析中网格最优化问题,提出一种改进的生成四面体网格的自组织算法。方法 该算法首先应用几何方法将三角形表面模型重新构造成规定大小的分类体数据,同时由该表面模型建立平衡八叉树,计算用以控制网格尺寸的3维数组;然后将体数据转换成邻域内不同等值面的形态一致的边界指示数组;结合改进的自组织算法和相关3维数据的插值函数,达到生成四面体网格的目的。结果 实验结果对比表明,该方法能够生成更高比例的优质四面体,增强了对扁平面体的抑制能力,同时很好地保证了边界的一致。结论 在对封闭的3维表面网格进行有限元建模时,本文算法为其提供了一种有效、可靠的途径。     

基于非结构网格隐式算法的GPU加速研究

针对非结构网格隐式算法在GPU上的加速效果不佳的问题,通过分析GPU的架构及并行模式,研究并实现了基于非结构网格格点格式的隐式LU-SGS算法的GPU并行加速.通过采用RCM和Metis网格重排序（重组）方法,优化非结构网格的数据局部性,改善非结构网格的隐式算法在GPU上的并行加速效果.通过三维机翼算例验证了本文实现的正确性及效率.结果表明两种网格重排序（重组）方法分别得到了63%和69%的加速效果提高.优化后的LU-SGS隐式GPU并行算法获得了相较于CPU串行算法27倍的加速比,充分说明了本文方法的高效性.     

多重网格技术对SIMPLER算法的加速性能研究

将多重网格技术引入SIMPLER算法以加快其收敛速度,从而节约计算时间。通过计算不同雷诺数下的二维方腔顶盖驱动流,研究了多重网格方法中的V循环、W循环对SIMPLER算法的加速效果,并讨论了网格层数对加速性能的影响。研究结果表明,在不同雷诺数下,多重网格方法均可以起到良好的加速效果;在相同雷诺数和精度要求下,W循环方式的外迭代次数少于V循环方式的外迭代次数,而且网格层数对多重网格加速性能的影响并不显著。