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1、(10)申请公布号 CN 103578138 A (43)申请公布日 2014.02.12 CN 103578138 A (21)申请号 201310578463.1 (22)申请日 2013.11.14 G06T 17/30(2006.01) G06T 17/00(2006.01) G06F 17/50(2006.01) (71)申请人 大连工业大学 地址 116034 辽宁省大连市甘井子区轻工苑 1 号 (72)发明人 彭健钧 李吉平 余庆飞 张广霖 (74)专利代理机构 大连东方专利代理有限责任 公司 21212 代理人 李馨 李洪福 (54) 发明名称 基于圆角中轴线的圆角特征简化方法。
2、 (57) 摘要 本发明公开了一种基于圆角中轴线的圆角特 征简化方法， 适用于有限元分析的前处理阶段。 该 方法首先将三维实体模型的面分为光滑面、 支持 面、 保护面三类。再将支持面的边分为光滑边、 半 光滑边、 非光滑边三类。 通过光滑边找到与之对应 的光滑面， 再利用中轴线将光滑面分解， 中轴线的 两个端点将光滑面的两条普通边分成四段。通过 新面边的融合， 即原来边界的拓展， 将被分解之后 的光滑面与相应的支持面重新融合成新面， 从而 形成新的实体， 即圆角特征简化的结果。 基于中轴 线的圆角特征简化方法， 利用圆角特征的中轴线 将圆角面片等分割成两部分， 再将每一分割面与 该面相邻的面重。
3、新融合构成一个新面， 在不改变 模型外部形状的基础上， 达到了模型简化的效果。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 7 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图7页 (10)申请公布号 CN 103578138 A CN 103578138 A 1/1 页 2 1. 一种基于圆角中轴线的圆角特征简化方法， 具有如下步骤 ： S100. 分析目标对象的三维实体模型， 获得三维实体模型的每一个面， 形成当前所述模 型的面列表 ； S200. 通过判断面列表中每一个面中光滑边的数量和多个光滑边之间的关系， 将面列 。
4、表中的面划分为光滑面列表、 支持面列表和保护面列表 ； S300. 分析支持面列表中的支持面， 得到支持面的所有边， 形成所述支持面对应的边列 表 ； S400. 对所述支持面的边列表中的边进行分析， 将边列表中的边划分成光滑边集合、 半 光滑边集合和非光滑边集合 ； S500. 在所述的光滑面列表中找到步骤 S400 中所述光滑边列表中每个光滑边对应的 光滑面， 并按光滑面的中轴线将光滑面分解， 将共有所述光滑边的支持面和分解后的光滑 面融合成一个重构面， 将重构面存入所述的保护面列表 ； S600. 重复上述步骤， 直到光滑边列表和支持面列表为空 ； 将保护面列表中的所有面 重新缝合成一个。
5、实体， 完成目标对象的圆角特征简化。 2. 根据权利要求 1 所述的基于圆角中轴线的圆角特征简化方法， 其特征还在于 ： 所述 步骤 S200 中划分所述光滑面、 支持面和保护面的划分依据为 ： 当前面具有至少两条所述的光滑边， 且所述两条光滑边相对时， 判定当前面为光滑 面 ； 当前面具有一条光滑边， 或具有多条光滑边但没有呈相对关系的光滑边存在时， 判 定当前面为支持面 ； 当前面不具有光滑边时， 判定当前面为保护面。 3. 根据权利要求 2 所述的基于圆角中轴线的圆角特征简化方法， 其特征还在于 ： 所述 光滑面具有两条光滑边和两条普通边。 4. 根据权利要求 3 所述的基于圆角中轴线的。
6、圆角特征简化方法， 其特征还在于具有分 割边列表 ； 所述步骤 S300 中分解光滑面的过程具体为 ： 使用光滑面的中轴线将光滑面等分成两个面 ； 中轴线的两个端点将两条普通边分成四 段， 将四段边存入所述的分割边列表中。 权 利 要 求 书 CN 103578138 A 2 1/3 页 3 基于圆角中轴线的圆角特征简化方法 技术领域 0001 本发明涉及一种基于圆角中轴线的圆角特征简化方法， 尤其适用于有限元网格生 成的前处理阶段。 背景技术 0002 圆角特征是几何造型中一种常见特征， 用光滑面来取代几何体中的尖点或者尖 边。目前， 圆角特征简化的常用方法是直接对圆角特征进行删除操作。 0。
7、003 国外最具代表的是 Sashikumar 和 Sohoni 提出的圆角特征简化方法， 按照圆角特 征链产生时的相反顺序利用欧拉操作依次对每条圆角链进行简化。 欧拉操作保证了简化后 的零件在拓扑上的有效性， 几何信息修改操作保证了零件在几何上的有效性。但它仅适用 于基于滚动球技术产生的不变半径的圆角特征。 0004 国内最具代表的是崔秀芬、 高曙明提出的一种能够处理任意类型圆角特征的简化 方法， 将每一边、 点过渡特征所包含的全部过渡面作为一个整体 , 采用欧拉操作进行简化。 该算法精简了简化过程， 显著提高了简化效率。此外， 该算法不受过渡面生成方法的制约， 能处理任意类型的过渡面。 0。
8、005 上述方法的共同特点是将圆角特征从模型中直接删除， 虽然实现了模型特征 的简化， 但是会破坏模型原有的外部形状。本发明的圆角特征简化方法是基于中轴 线的圆角特征重构方法， 采用了专利 “面向工程分析的微小圆角特征自动识别方法” （ZL200810010551.0） 中关于面、 边的定义。 0006 在专利 ZL200810010551.0 公开了本专利所引用的光滑边和光滑面的定义方法 ： 如图 10 所示 ： 利用 ACIS 提供的 api 函数 api_get_edges 得到每个面的边 EDGE 的列表 , 然 后对此面 F 中的每条边进行检验。 0007 由于只对单向面进行处理， 。
9、所以每条边对应两条共边 COEDGE。对于边 f 有两条共 边， 一条在此面 F 上定义为 f1， 一条在该面的邻面 F1 上定义为 f2， 且方向相反， 利用共边类 的 start_pos 函数取 f1 的起点， 利用 end_pos 函数取 f2 的终点， 可知为同一点 v1， 同时利 用 surface 类中 eval_normal 函数求得此两点分别在所在面 F1、 F2 上的单位法矢， 判断是 否相等， 相等则为光滑边， 不等则不是。 发明内容 0008 本发明针对以上问题的提出， 而研制的一种基于圆角中轴线的圆角特征简化方 法， 具有如下步骤 ： 0009 S100. 分析目标对象。
10、的三维实体模型， 获得三维实体模型的每一个面， 形成当前所 述模型的面列表 ； 0010 S200. 通过判断面列表中每一个面中光滑边的数量和多个光滑边之间的关系， 将 面列表中的面划分为光滑面列表、 支持面列表和保护面列表 ； 0011 S300. 分析支持面列表中的支持面， 得到支持面的所有边， 形成所述支持面对应的 说 明 书 CN 103578138 A 3 2/3 页 4 边列表 ； 0012 S400. 对所述支持面的边列表中的边进行分析， 将边列表中的边划分成光滑边集 合、 半光滑边集合和非光滑边集合 ； 0013 S500. 在所述的光滑面列表中找到步骤 S400 中所述光滑边。
11、列表中每个光滑边对 应的光滑面， 并按光滑面的中轴线将光滑面分解， 将共有所述光滑边的支持面和分解后的 光滑面融合成一个重构面， 将重构面存入所述的保护面列表 ； 0014 S600. 重复上述步骤， 直到光滑边列表和支持面列表为空 ； 将保护面列表中的所 有面重新缝合成一个实体， 完成目标对象的圆角特征简化。 0015 所述步骤 S200 中划分所述光滑面、 支持面和保护面的划分依据为 ： 0016 当前面具有至少两条所述的光滑边， 且所述两条光滑边相对时， 判定当前面为 光滑面 ； 0017 当前面具有一条光滑边， 或具有多条光滑边但没有呈相对关系的光滑边存在 时， 判定当前面为支持面 ；。
12、 0018 当前面不具有光滑边时， 判定当前面为保护面。 0019 所述光滑面具有两条光滑边和两条普通边。 0020 其特征还在于具有分割边列表 ； 所述步骤 S300 中分解光滑面的过程具体为 ： 0021 使用光滑面的中轴线将光滑面等分成两个面 ； 中轴线的两个端点将两条普通边分 成四段， 将四段边存入所述的分割边列表中。 0022 由于采用了上述技术方案， 本发明提供的基于圆角中轴线的圆角特征简化方法， 与现有的圆角特征简化方法相比较， 本发明的优点主要表现在 ： 基于中轴线实现了一种圆 角特征的简化方法。利用圆角特征的中轴线将圆角面片等分割成两部分， 再将每一分割面 与该面相邻的面重新。
13、融合构成一个新面。在不改变模型结构的基础上， 达到模型简化的效 果。 附图说明 0023 为了更清楚的说明本发明的实施例或现有技术的技术方案， 下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是 本发明的一些实施例， 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的附图。 0024 本发明有附图 9 幅， 其中 ： 0025 图 1 本发明方法与其他方法圆角简化结果对比图 0026 图 2 为圆角特征简化算法流程图 0027 图 3 为三维实体模型各面分类示意图 0028 图 4 为支持面各边分类示意。
14、图 0029 图 5 为光滑面分解示意图 0030 图 6 为圆角面与支持面的 “边” 重构示意图 0031 图 7 为圆角面与支持面的 “面” 重构示意图 0032 图 8 为三维实体重构示意图 0033 图 9 为机械零件模型圆角简化效果图 说 明 书 CN 103578138 A 4 3/3 页 5 0034 图 10 为现有技术中对于光滑边的判定方法示意图 具体实施方式 0035 为使本发明的实施例的目的、 技术方案和优点更加清楚， 下面结合本发明实施例 中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述 ： 0036 本发明内容的所述步骤 S100 如图 3 ： 三维实体模型各。
15、面分类示意图。图 3（a） 为 有一个圆角特征的正方体模型， 通过圆角特征识别算法可以识别出圆角特征， 圆角面如图 3 （b） 所示 ； 包含光滑边的面为支持面， 如图 3（c） 所示 ； 既不包含光滑边也不包含半光滑边 的面为保护面， 如图 3（d） 所示， 这样的面在模型简化中不会做任何修改。 0037 本发明内容的所述步骤 S200 如图 4 ： 支持面各边分类示意图。支持面 F1 被从表 中取出， 并将各边 e1,e2,e3,e4分别存入列表。e4是支持面与光滑面的公共边， 即光滑边， 存 入光滑边列表 ； e2和e3都有一个光滑点， 即半光滑边， 存入半光滑边列表 ； e1为非光滑边。
16、， 直 接存入非光滑边列表。 0038 本发明内容的所述步骤 S300 如图 5 ： 光滑面分解示意图。通过支持面 F1 的光滑 边 e4可以找到光滑面 F2。利用中轴线 e8， 将光滑面 F2 分成两个面 F3 和 F4 ； 同时中轴线的 两个端点将边 e5分成两段 a1和 a2， 边 e6分成 b1和 b2两段， 将这四段边存入分割边列表中。 0039 本发明内容所述步骤 S400 的如图 6 和 7 所示 ： 0040 图 6 ： 圆角面与支持面的 “边” 重构示意图。支持面 F1 由 4 条边构成， 分别是 e1、 e2、 e3、 e4； 重构新面的外轮廓由边 e1、 e2、 e3、 。
17、e8、 a1、 b1组成。新面边界是原来边界的拓展， 用 生成的中轴线替换光滑边 e4； 将半光滑边 e2 和 a1融合成一条新边， 将半光滑边 e3 和 b1融 合成一条新边。这样新的外轮廓就构造出来了， 将其存入新边列表中。 0041 图 7 ： 圆角面与支持面的 “面” 重构示意图。根据新边列表重构的面是原圆角面与 支持面的融合， 将重构面存入保护面列表中。 0042 如图 8 所示 ： 三维实体重构示意图。保护面列表中存放着图 8（a） ： 原始保护面和 后添加的图 8（b） ： 重构支持面， 将这些面重新缝合成一个实体， 即可得到图 8（c） 的简化 模型， 得到结果保存到 SAT 。
18、文件中。 0043 图 9 ： 机械零件模型圆角简化效果图。用一个三维实体模型对本发明基于中轴线 的圆角特征简化方法进行测试。图 9（a） 显示的模型是一个机械零件， 该模型由 70 个面构 成， 很多面与面的连接都用圆角替代了尖锐的边， 除了圆角特征， 该模型还有孔、 凹槽等微 小特征， 从图 9（b） 中的简化结果可以看出， 模型的圆角特征被简化， 整个模型的面数减少 了 14 个面。虽然其他特征增加了模型的复杂度， 但是并没有影响对模型圆角特征的简化。 0044 以上所述， 仅为本发明较佳的具体实施方式， 但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范。
19、围内， 根据本发明的技术方案及其 发明构思加以等同替换或改变， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。 说 明 书 CN 103578138 A 5 1/7 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 103578138 A 6 2/7 页 7 图 2 说 明 书 附 图 CN 103578138 A 7 3/7 页 8 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103578138 A 8 4/7 页 9 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 103578138 A 9 5/7 页 10 图 7 图 8 说 明 书 附 图 CN 103578138 A 10 6/7 页 11 图 9 说 明 书 附 图 CN 103578138 A 11 7/7 页 12 图 10 说 明 书 附 图 CN 103578138 A 12 。