高性能非结构化四面体网格解耦并行生成算法

针对大规模科学计算领域非结构化网格生成问题,提出一种基于AFT-Delaunay方法的三维复杂域解耦并行四面体网格生成算法.该算法以待剖分三维域的闭合的表面三角形网格为输入,采用边界一致约束Delaunay剖分方法串行地生成较小规模的初始四面体网格;采用界面优先策略扩展三维AFT-Delaunay方法,以几何分界面为参考指引前沿推进方向,在分界面处生成一层由四面体单元构成的有厚度的"墙",递归、并行地将初始四面体网格分割成完全解耦的子区域;此时,各子区域均为不含内部节点的四面体网格,继续利用AFT-Delaunay方法解耦并行地生成各子区域内部四面体网格.算例结果表明,文中算法很好地解决了分界面处网格质量差的难题以及收敛性问题,具有较好的并行效率及几何适应性,可在PC平台全自动地完成108量级的非结构四面体网格生成.     

有界曲面剖分的边界递归法

本文针对有界曲面剖分提出了边界递归方法，引进了一种紧凑且富有方法特色的数据结构。在此基础上，外接曲面拟圆准则结合单侧性准则的使用，使得剖分优化过程加快，剖分总体速度得以提高，剖分效果也很好。剖分的输出数据又能方便地被有限元其它环节所处理，是一种合理可行的剖分方法。     

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。     

地质结构重叠域的限定Delaunay三角剖分研究

在石油储量分析的三维地质建模中出现了重叠域，需要采用特殊处理使之能应用通常的三角网格剖分算法，通过引入桥边和相交环线的概念，提出了区域子分和联动剖分算法，为重叠域的限定Delaunay三角剖分给出了一种工程处理方法，并给出了该方法对三维地质建模中逆断层剖分的实例．该方法在机械零件的复杂裂纹区应力分析、异质结构中含非流形界面的有限元分析等领域也有参考价值．     

非结构化四边形网格生成新算法

改进了一类基于递归区域分解过程的四边形网格生成算法。引入一套健壮的网格模板,为子域的网格剖分提供统一的处理方案,不再限制最终子域为4节点、6节点或8节点子域,提高了算法的时空效率。结合新的子域网格生成过程和自动区域分解算法,利用背景网格和网格源控制分解线上点的布置,得到一个全自动的非结构化四边形网格生成算法。最后通过网格及数值模拟实例验证了算法性能和实用性。     

高效可靠的边界层网格分块层进生成算法

为了提高复杂3D外形的边界层网格生成速度,提出一种基于离散中轴面的前沿分块层进算法.以闭合的边界三角形网格作为输入,在内部生成只含边界点的约束Delaunay三角化背景网格,聚集所有四面体的外心构成离散的中轴面.根据边界面片离中轴面的距离,将边界面片分为2类:快速推进的开阔区域面片和逐层推进的狭窄区域面片.在IntelXeonX5650CPU的单核上对NASA通用研究模型的边界层网格剖分结果表明,该算法的剖分效率是传统层进法或膨胀法的10倍以上,且完成106量级边界面片的分块只用了若干秒.     

三维有限元网格自动剖分中对边界的处理方法:单元提取算法

在用八叉树法进行三维有限元网格的自动剖分算法中，对边界的处理是算法中的难点。本文叙述了边界处理方法之一：单元提取算法的理论和实现。由于本文在单元提取算法中加入了单元形状测试算子，使得形成的四面体单元在形状质量上有所保证，在一定程度上避免了狭长单元的产生     

一个基于网格前沿技术的三维实体四面体有限元网格剖分算法

在三维实体有限元网格自动生成过程中,其主要问题是如何生成均匀的网格结点。本文用网格前沿技术逐层生成网格结点,并采用Ｄｅｌａｕｎａｙ 三角剖分技术生成四面体网格单元。最后给出了两个剖分实例。     

边界优先的Delaunay-层推进曲面四边形网格生成

为了提高复杂组合曲面四边形网格生成的鲁棒性和边界单元质量,提出一种边界优先的Delaunay-层推进网格生成方法.首先在剖分域内粗的约束Delaunay背景网格的辅助下,以物理域的位置偏差为引导,在参数域中迭代计算边界点的法矢量;然后结合层推进策略,在几何特征附近生成各向异性或各向同性正交网格;最后使用Coring技术加速内部网格的生成并进行单元合并,得到四边形为主的网格.若干复杂平面区域和组合曲面模型的剖分结果表明,所提方法可生成等角扭曲度和纵横比优于主流商业软件的网格;在12个线程的PC平台上,使用OpenMP并行剖分包含21 772张曲面的引擎模型只用了38.68 s.     

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。     

基于四面体剖分的并行地质块体建模方法

针对传统三维地质建模面临的内存消耗大,运行效率低的问题,提出了一种基于非结构四面体网格的并行地质块体建模方法。该方法采用“分治合并”的思想。首先将地质层位散点融合分割成若干个独立封闭块体;然后对每个块体进行表面三角形网格剖分,限定四面体剖分等步骤,形成块体的四面体网格剖分;最后将所有块体网格合并成最终地质模型。该方法中的块体剖分步骤应用多进程并行进行,提高了方法效率,并分摊计算机内存压力,可满足大尺度地质构造块体建模需求。该方法可为基于非结构网格的数值方法（如有限体积法、有限元方法等）的地震正演、偏移等算法提供合适的模型数据。     

壳空间剖分的隐式曲面三角化

提出了一种曲率自适应的壳空间剖分隐式曲面三角形化新方法.新方法首先采用粒子系统对隐式曲面进行采样,通过高斯曲率约束粒子的生成,使生成的网格模型在曲率大的区域具有较多的小三角形,在曲率小的区域具有较少的大三角形,从而使网格模型更好地逼近隐式曲面.新方法在每个采样粒子处沿曲面法线正负方向延伸适当距离得到两个附加点,对所有附加点进行四面体化形成对隐式曲面逼近的壳空间四面体网格,在每个壳空间四面体中抽取三角形,所有抽取的三角形拼合得到隐式曲面的三角网格表示.与以往方法相比,新的三角网格化方法更具有鲁棒性,可一次性获得高质量的三角形网格.最后给出了对常用隐式曲面进行三角化的实例比较,显示了新方法的有效性.     

四面体胞的尽可能刚性网格变形算法

提出一种基于四面体胞的尽可能刚性三角形网格变形算法。用户通过操作网格上的若干顶点以得到所需的模型变形结果。首先,算法对网格模型内部进行稀疏四面体化,以产生一个贴合模型表面的四面体胞集。在模型变形过程中,算法通过最小化相应的变形能量函数,以保持网格模型表面局部区域的刚性以及每个四面体胞的刚性,从而有效避免模型表面及其内部的扭曲。同时,针对大尺度编辑可能造成的模型局部塌陷,提出一种简单的四面体胞自适应剖分方法,根据模型局部体积的剧烈变化,自动剖分对应的四面体胞以增加模型内部的局部变形自由度,进而消除不正确的变形效果。此外,自适应的四面体胞剖分允许算法在初始时只需对网格模型进行稀疏的四面体化,而在变形过程中根据需要进一步提高四面体胞的局部稠密度,因而保证了算法的鲁棒性及其效率。实验结果表明,该变形算法可以有效保持模型的表面细节以及模型的内部体积,并能够有效避免模型形状在大尺度变形时的局部退化。     

利用Voronoi图改进离散数据重构曲面算法

本文利用Delaunay三角剖分和 Voronoi图的性质,实现了一种对散乱点重构闭合曲面的方法。该方法在搜索策略上进行了改进：首先对输入点进行三角剖分,产生相互独立的四面体,构建一个凸包;然后利用Delaunay三角剖分产生Voronoi图;最后根据Voronoi图的性质,选择包含在形体内部的四面体,提取出边界三角形,完成散乱点边界重构。计算复杂度和Delaunay四面体数量成正比,在自动形状重构时形状边界提取过程的计算复杂度为O(n),算法适用于各种涉及图形重构的工程应用。     

计算三维体积的四边形等参元方法

通过对三维有界区域的边界曲面作四边形网格剖分,用有限元方法处理高斯公式中的曲面积分,由等参变换及双线性插值导出任意四边形单元上曲面积分的数值求积公式．分析求积公式中三阶行列式意义,提出了简单五面体有向体积概念,推导出计算四边形网面所围立体的有向体积叠加方法．数值试验表明该方法对光滑边界三维体积计算有很好的数值逼近．     

基于分类体数据的四面体网格剖分算法

虚拟内窥手术是以真实病人的CT或者MRI扫描数据为基础，首先通过组织分割，在计算机内部建立起三维模型，然后通过虚拟现实技术来模拟窥镜手术全过程的一项技术。其中，人体器官的三维网格建模是该技术中一个十分重要的部分，为了准确地进行了人体器官三维网格建模，在对三维体数据进行组织分割的基础上，提出了一种由分类体数据直接建立三维四面体网格的方法，由于Delaunay三角剖分所产生的网格质量比较高，所以该方法沿用逐点插入算法的思想，以特征点的提取和Steiner布点为基础来生成四面体网格，并通过组织边界的判定准则和利用flip操作来恢复组织边界，实践证明，该方法所生成的网格具有自适应的网格密度。     

基于Delaunay剖分的心内膜表面动态三维重建算法

心内膜表面三维重建技术在三维标测系统起着手术导航和靶点定位的作用。针对心内科手术中实时采集的散乱心内膜点云,提出了一种基于Delaunay剖分的表面动态三维重建算法。以CGAL非递归方式实现的逐点插入计算Delaunay剖分算法为基础,在剖分过程中,用关联采样点的伞局部替换原来表面中不满足Gabriel准则表面面片的集合,心内膜表面结构随着点云Delaunay剖分的变化而进行动态地更新。同时为了有效地表达心内膜表面及其点云的Delaunay剖分,并能够快速地索引四面体网格和表面三角面片,提出了一种以vtkDataArray为基础的几何数据结构。最后,实验表明该方法在重建结果和重建时间上可以满足心内科手术中的临床应用。     

适用于电磁场有限元计算的网格剖分算法

网格剖分是有限元法的关键,其剖分得到的网格质量决定了有限元法计算结果的准确性.提出基于Persson-Strang算法生成非结构化三角形网格的新算法.通过分析Laplacian平滑函数作用原理,提出新的平滑函数来减少迭代次数;提出一种在优化设计过程中无重构变形方法,通过定义边界网格框架利用坐标映射技术可以快速推导出网格;通过设置质量评估来解决不可终止性的可能和过度迭代,加入边界节点筛选功能,并对剖分得到的三角元进行有限元逆序编号处理.将该算法与Persson-Strang算法进行剖分效果对比,验证该算法应用于电磁场领域的有效性.     

适应于体绘制技术的三维有限元网格剖分

有限元分析结果的体绘制为有限元分析提供了直观、有效的方法，但有限元网格在几何上的复杂性以及拓扑上的非结构化给值接利用传统的绘制技术带来困难，这篇文章首先给出了将三维有限元网格剖分成四面体网格的方法，然后，为了便于体绘制，将网格进一步剖分成不包含空洞的凸网的集合，剖分过程用ＢＳＰ树表示，以便实现任意有限元网格的深度排序，而ＢＳＰ树的结点数不超过网格相邻边界面之间二面角小于１８０℃的角的总数，同时给出     

逼近误差有界的相容性高阶网格生成

文中提出了一种构造逼近误差有界的高质量相容性高阶网格的方法。给定两个定向的、拓扑同构的三角形网格和一组稀疏的对应点，此方法包含两个步骤：(1)生成满足误差有界的相容性高阶网格；(2)在确保逼近误差总是有界的前提下，降低网格的几何复杂度，并在该过程中通过优化控制顶点来降低相容性网格之间的扭曲以及与原始网格之间的几何近似误差。第一步先生成满足误差有界的相容性线性网格，然后升阶为高阶网格。第二步通过迭代地执行基于边长的重新网格化和增加相容性目标边长场，有效地降低了网格几何复杂度。从切空间的角度，推导出了3DBézier三角形之间映射的雅可比矩阵，从而可以有效地优化扭曲能量。通过对扭曲能量和几何近似误差能量的优化，有效地降低了相容性网格之间的扭曲以及相容性网格与原始网格之间的几何近似误差。通过大量实验，证明了此方法对于构造误差有界的高质量相容性高阶网格的有效性和实用性。