一种基于现实中已有的异型曲面建立新的理论模型的方法与流程

1.本发明涉及数字建模技术领域，特别涉及一种基于现实中已有的异型曲面建立新的理论模型的方法。


背景技术：

2.在工程中，产品的表面造型基本上由以下两类组成：第一类是由平面、球面、圆柱面、圆锥面等初等解析曲面构成，因为其造型规则、易于加工，因此很多机械、建筑、工业等产品造型都是属于这一类；第二类则是不由初等解析曲面组成，而由复杂方式自由变化的曲线曲面即所谓异形曲面组成，其在汽车、飞机、船舶、异形建筑也经常出现。
3.因为异形曲面不能用画法几何或者机械制图方法表达，因此成为建模和加工的难题。以往异形曲面精确模型的制作和加工，在较小的机械部件或者工业产品中应用较多，在建筑领域虽然很多雕塑有较多的异形曲面，但因为其精度要求并不高，建模和加工实现的方法也较为容易。就建筑异形曲面来说，因为其造型往往较大，建造起来也比机械部件更加困难。
4.因此，本发明提供一种在基于现实中已有的异型曲面建立新的理论模型的方法，解决异形曲面建模难、建模准确性不高的问题。


技术实现要素：

5.本发明提供一种基于现实中已有的异型曲面建立新的理论模型的方法，解决异形曲面建模难、建模准确性不高的问题。
6.一种基于现实中已有的异型曲面建立新的理论模型的方法，包括：
7.s1：对已有的异型曲面进行三维扫描，得到三维点云数据，并基于所述三维点云数据生成三角网模型；
8.s2：对所述三角网模型中的三角进行拟合，得到曲面模型；
9.s3：根据所述已有的异型曲面的结构特征，对所述曲面模型进行填充，建立新的理论模型。
10.优选的，s1中，对已有的异型曲面进行三维扫描，得到三维点云数据，包括：
11.利用三维激光扫面技术对所述已有的异型曲面进行三维扫描，得到扫描数据；
12.对所述扫描数据进行预处理后，根据将为分析方法获取所述扫面数据的点云转换参数；
13.利用所述点云转换参数，将所述扫描数据转换为三维点云数据。
14.优选的，s1中，基于所述三维点云数据生成三角网模型，包括：
15.选取异型曲面的最高点对应的平面为基准面，根据所述三维点云数据到所述基准面的距离，将所述三维点云数据划分为多组点云数据；
16.以组为单位，将多组三维点云数据进行三角处理，得到每组对应的组三角网；
17.在所述组三角网的基础上，对所述多组点云数据进行组间三角处理，得到平滑三
角网；
18.基于所述平滑三角网，构建得到三角网模型。
19.优选的，根据所述三维点云数据到所述基准面的距离，将所述三维点云数据划分为多组点云数据，包括：
20.获取所述三维点云数据到所述基准面的距离的最大值和最小值，基于所述最大值和最小值的差值，确定分组数，以及每组对应的距离取值范围；
21.基于所述距离取值范围，根据所述三维点云数据到所述基准面的距离，确定所述三维点云数据对应的分组，划分得到多组点云数据。
22.优选的，s2中，对所述三角网模型中的三角进行拟合，得到曲面模型，包括：
23.获取所述三角网模型中每个三角的坐标位置，基于所述坐标位置，获取每个三角的形状特征，并基于所述形状特征，为所述每个三角匹配第一拟合函数；
24.基于所述第一拟合函数，对所述每个三角网进行第一拟合，得到曲面三角；
25.基于所述曲面三角的曲线特征，对所述曲面三角进行第二拟合，得到所述曲面模型。
26.优选的，基于所述曲面三角的特征，对所述曲面三角进行第二拟合，得到所述曲面模型，包括：
27.获取所述曲面三角的曲面特征和坐标位置特征，并基于所述位置坐标特征获取每个曲面三角相关联的关联曲面三角；
28.基于所述曲面特征，确定所述每个曲面三角及其对应的关联曲面三角的部分曲面特征，并基于所述部分曲面特征，确定每个曲面三角及其对应的关联曲面三角衔接处的光滑度和衔接特征；
29.基于所述光滑度，确定插入所述每个曲面三角的插入点个数，基于所述衔接特征确定插入点的位置；
30.按照插入点的个数和位置，对三角曲面进行点插入，得到第一曲面，基于所述第一曲面，得到每个曲面三角及其对应的关联曲面三角的部分曲面；
31.将所述部分曲面的点个数密度值与预设阈值进行比较，得到个数差值，基于所述个数差值，设定所述部分曲面的拟合函数；
32.获取所述三角网模型的结构特征，并基于所述结构特征，确定每个第一曲面的重要程度；
33.按照所述重要程度从小到大的顺序，依次对第一曲面对应的部分曲面根据所述拟合函数进行拟合；
34.基于对所述部分曲面进行最终拟合后得到的拟合曲面，得到对所有曲面三角的拟合结果；
35.对所述拟合结果进行拟合评估，判断所述拟合结果是否满足预设拟合要求；
36.若是，基于所述拟合曲面，得到曲面模型；
37.否则，获取拟合差异信息，并基于所述拟合差异信息获取对所述所有部分曲面组成的整体曲面的整体拟合函数，且基于所述整体拟合函数对所述整体曲面进行拟合，得到拟合后的整体曲面，基于所述拟合后的整体曲面，得到曲面模型。
38.优选的，对所述拟合结果进行拟合评估，判断所述拟合结果是否满足预设拟合要
求，包括：
39.基于所述拟合结果，从所述整体曲面中随机选取若干个点，获取所述若干个点与曲面之间的偏差值；
40.判断所述拟合平滑度和偏差值是否在预设范围内；
41.若是，确定所述拟合结果满足所述预设拟合要求；
42.否则，确定所述拟合结果不满足所述预设拟合要求。
43.优选的，s3中，根据所述已有的异型曲面的结构特征，对所述曲面模型进行填充，建立新的理论模型，包括：
44.按照所述已有的异型曲面的结构特征，将所述异型曲面划分为多个组成部分，从所述曲面模型中获取所述多个组成部分对应的模型部分；
45.基于所述模型部分，对所述曲面模型进行分层，得到分层模型；
46.基于所述分层模型的载荷约束，建立所述分层模型中的等值面，并基于所述等值面及其对应的取值，确定所述分层模型的等值面密度和等值面面积；
47.基于所述等值面密度和等值面面积，构建对所述分层模型的点阵结构隐函数；
48.基于所述点阵结构隐函数，对所述分层模型进行点阵构建，得到点阵结构；
49.按照所述点阵结构的类型，对所述点阵结构进行划分，获取同一类型的点阵结构的坐标集合；
50.判断所述坐标集合是否处于所述分层模型的同一层；
51.若是，确定所述坐标集合对应的模型填充的填充方式一致；
52.否则，根据所述坐标集合处于所述分层模型的层特征，将所述坐标集合进行划分，得到多组子坐标集合，并基于所述层特征，确定所述多组子坐标集合的填充方式；
53.按照上述获取的填充方式，对所述分层模型按照坐标位置进行填充，得到内部填充模型；
54.获取所述曲面模型的外形特征，生成表面模型，并将所述表面模型和内部填充进行结合，得到理论模型。
55.优选的，s3中建立新的理论模型之后，还包括：对所述理论模型进行优化，具体为：
56.基于所述已有的异型曲面的材料特征，对所述理论模型采用有限元法进行离散，得到有限元模型；
57.基于所述有限元模型的节点特征，确定优化变量范围，并对所述优化变量范围按照预设间隔进行等间隔提取，得到多个优化变量；
58.基于所述多个优化变量，对所述有限元模型进行优化，得到多个优化有限元模型；
59.计算所述多个优化有限元模型与优化前的有限元模型之间的偏离值；
60.从所述多个优化有限元模型中选取出与所述有限元模型的偏离值最小的作为目标优化有限元模型；
61.建立所述目标优化有限元模型对应的目标曲面模型；
62.所述目标曲面模型即为对所述新的理论模型优化后的结果。
63.优选的，计算所述多个优化有限元模型与优化前的有限元模型之间的偏离值，包括：
64.基于所述优化前的有限元模型的结构，对所述优化前的有限元模型的第一坐标点
进行分类，得到多组第一坐标点集合，具体为：
65.获取第一坐标点在所述优化前的有限元模型的应力、应变以及所述第一坐标点的在所述优化前的有限元模型的坐标特征值；
66.基于所述优化前的有限元模型的应力、应变和坐标特征值，计算所述第一坐标点的结构值；
67.根据预设结构值分组要求，根据所述第一坐标点的结构值，对所述第一坐标点进行分组；
68.根据每个分组的特征，设置对每个分组的偏离限度值；
69.获取优化有限元模型与优化前的有限元模型的第一坐标点匹配的第二坐标点；
70.基于所述第一坐标点、第二坐标点和每个分组的偏离限度值，计算得到所述优化有限元模型与优化前的有限元模型之间的偏离值。
71.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
72.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
73.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
74.图1为本发明实施例中一种基于现实中已有的异型曲面建立新的理论模型的方法的流程图；
75.图2为本发明实施例中获取三维点云数据的流程图；
76.图3为本发明实施例中获取曲面模型的流程图。
具体实施方式
77.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
78.实施例1
79.本发明实施例提供一种基于现实中已有的异型曲面建立新的理论模型的方法，如图1所示，包括：
80.s1：对已有的异型曲面进行三维扫描，得到三维点云数据，并基于所述三维点云数据生成三角网模型；
81.s2：对所述三角网模型中的三角进行拟合，得到曲面模型；
82.s3：根据所述已有的异型曲面的结构特征，对所述曲面模型进行填充，建立新的理论模型。
83.在该实施例中，可根据预设的拟合函数和拟合方法对所述三角网模型中的三角网进行拟合，将所述三角网模型中的三角网拟合得到曲面，最终得到曲面模型。
84.在该实施例中，根据结构特征对所述曲面模型进行填充包括外部填充和内部填充。
85.在该实施例中，所述理论模型为与现实中已有的异型曲面完全匹配。
86.上述设计方案的有益效果是：通过对已有的异型曲面进行三维扫描，得到三维点云数据，并基于所述三维点云数据生成三角网模型，保证了三角网模型与所述已有的异型曲面的匹配，为拟合提供准确的数据基础，通过对所述三角网模型中的三角网进行拟合，得到曲面模型，实现了由三角网到曲面的过渡，为建立新的理论模型提供外形基础，通过根据所述已有的异型曲面的结构特征，对所述曲面模型进行填充，建立新的理论模型，保证理论模型为与现实中已有的异型曲面完全匹配，最终达到异形曲面建模简单、建模准确性高的效果。
87.实施例2
88.基于实施例1的基础上，本发明实施例提供一种基于现实中已有的异型曲面建立新的理论模型的方法，如图2所示，s1中，对已有的异型曲面进行三维扫描，得到三维点云数据，包括：
89.s101：利用三维激光扫面技术对所述已有的异型曲面进行三维扫描，得到扫描数据；
90.s102：对所述扫描数据进行预处理后，根据将为分析方法获取所述扫面数据的点云转换参数；
91.s103：利用所述点云转换参数，将所述扫描数据转换为三维点云数据。
92.在该实施例中，对所述扫描数据进行预处理，包括去噪、平缓和精简等，去除掉孤立点和噪声点。
93.上述设计方案的有益效果是：通过对利用三维激光扫面技术对所述已有的异型曲面进行三维扫描得到的扫描数据进行预处理和根据降维分析方法得到点云转化参数，保证得到三维点云数据的精确度，为模型的建立提供数据基础。
94.实施例3
95.基于实施例1的基础上，本发明实施例提供一种基于现实中已有的异型曲面建立新的理论模型的方法，s1中，基于所述三维点云数据生成三角网模型，包括：
96.选取异型曲面的最高点对应的平面为基准面，根据所述三维点云数据到所述基准面的距离，将所述三维点云数据划分为多组点云数据；
97.以组为单位，将多组三维点云数据进行三角处理，得到每组对应的组三角网；
98.在所述组三角网的基础上，对所述多组点云数据进行组间三角处理，得到平滑三角网；
99.基于所述平滑三角网，构建得到三角网模型。
100.在该实施例中，所述基准面与水平面平行。
101.上述设计方案的有益效果是：通过根据述三维点云数据到所述基准面的距离对三维点云数据进行分组，按组首先进行三角处理，得到组三角网，然后，在以组三角网为基础，进行组间的三角处理，得到平滑三角网，保证获取平滑三角网的光滑度，保证构建得到三角网模型的表示已有的异型曲面的准确性。
102.实施例4
103.基于实施例3的基础上，本发明实施例提供一种基于现实中已有的异型曲面建立新的理论模型的方法，根据所述三维点云数据到所述基准面的距离，将所述三维点云数据
划分为多组点云数据，包括：
104.获取所述三维点云数据到所述基准面的距离的最大值和最小值，基于所述最大值和最小值的差值，确定分组数，以及每组对应的距离取值范围；
105.基于所述距离取值范围，根据所述三维点云数据到所述基准面的距离，确定所述三维点云数据对应的分组，划分得到多组点云数据。
106.在该实施例中，所述差值越大，对所述分组数越多，保证了分组的精确性。
107.上述设计方案的有益效果是：通过根据三维点云数据到所述基准面的距离的最大值和最小值的差值来确定分组数，保证了分组的精确性，保证了获取组三角网中三角的平滑性，从而保证平滑三角网的光滑度，保证构建得到三角网模型的表示已有的异型曲面的准确性。
108.实施例5
109.基于实施例1的基础上，本发明名实施例提供一种基于现实中已有的异型曲面建立新的理论模型的方法，如图3所示，s2中，对所述三角网模型中的三角进行拟合，得到曲面模型，包括：
110.s201：获取所述三角网模型中每个三角的坐标位置，基于所述坐标位置，获取每个三角的形状特征，并基于所述形状特征，为所述每个三角匹配第一拟合函数；
111.s202：基于所述第一拟合函数，对所述每个三角网进行第一拟合，得到曲面三角；
112.s203：基于所述曲面三角的特征，对所述曲面三角进行第二拟合，得到所述曲面模型。
113.在该实施例中，所述形状特征具体包括三角中每个边的长度、以及每个点的位置坐标。
114.在该实施例中，不同的形状特征对应不同的第一拟合函数。
115.在该实施例中，所述曲面三角的特征包括曲面特征、三角位置间的关系特征。
116.上述设计方案的有益效果是：首先根据三角网模型中每个三角的行传特征来确定对每个三角的第一拟合函数，从而进行第一拟合，针对不同的三角进行针对性的拟合，保证得到曲面三角的拟合效果，其次，在所述曲面三角的基础上，通过曲面三角的特征，对所述曲面三角进行第二拟合，即对三角网模型进行整体的拟合，保证得到曲面模型的光滑度，通过进行局部第一拟合和整体第二拟合，保证对三角网模型的拟合效果，提高得到曲面模型与已有的异型曲面的匹配度。
117.实施例6
118.基于实施例5的基础上，本发明实施例提供一种基于现实中已有的异型曲面建立新的理论模型的方法，基于所述曲面三角的特征，对所述曲面三角进行第二拟合，得到所述曲面模型，包括：
119.获取所述曲面三角的曲面特征和坐标位置特征，并基于所述位置坐标特征获取每个曲面三角相关联的关联曲面三角；
120.基于所述曲面特征，确定所述每个曲面三角及其对应的关联曲面三角的部分曲面特征，并基于所述部分曲面特征，确定每个曲面三角及其对应的关联曲面三角衔接处的光滑度和衔接特征；
121.基于所述光滑度，确定插入所述每个曲面三角的插入点个数，基于所述衔接特征
确定插入点的位置；
122.按照插入点的个数和位置，对三角曲面进行点插入，得到第一曲面，基于所述第一曲面，得到每个曲面三角及其对应的关联曲面三角的部分曲面；
123.将所述部分曲面的点个数密度值与预设阈值进行比较，得到个数差值，基于所述个数差值，设定所述部分曲面的拟合函数；
124.获取所述三角网模型的结构特征，并基于所述结构特征，确定每个第一曲面的重要程度；
125.按照所述重要程度从小到大的顺序，依次对第一曲面对应的部分曲面根据所述拟合函数进行拟合；
126.基于对所述部分曲面进行最终拟合后得到的拟合曲面，得到对所有曲面三角的拟合结果；
127.对所述拟合结果进行拟合评估，判断所述拟合结果是否满足预设拟合要求；
128.若是，基于所述拟合曲面，得到曲面模型；
129.否则，获取拟合差异信息，并基于所述拟合差异信息获取对所述所有部分曲面组成的整体曲面的整体拟合函数，且基于所述整体拟合函数对所述整体曲面进行拟合，得到拟合后的整体曲面，基于所述拟合后的整体曲面，得到曲面模型。
130.在该实施例中，所述关联曲面三角为与所述曲面三角公用至少一个顶点的曲面三角。
131.在该实施例中，所述每个曲面三角及其对应的关联曲面三角衔接处的光滑度越高，表明拟合难度不高，对应的插入点个数越少。
132.在该实施例中，所述所述衔接特征确定的哪些衔接处不够好，对应的设置较多的插入点的位置。
133.在该实施例中，所述个数差值越大，对应的拟合函数的设定更复杂。
134.在该实施例中，由于各个部分曲面之间存在重合的部分，因此按照重要程度从小到大的顺序，先对重要程度小的进行拟合，后续有重要程度较大的对应的重合的部分，按照器对应的拟合函数进行再次拟合，保证最终的拟合结果，由重要程度最高的曲面拟合来确定，保证拟合结果的准确性。
135.在该实施例中，所述拟合评估包括拟合方差、拟合光滑度等的评估。
136.上述设计方案的有益效果是：通过对每个曲面三角及其相关联的关联曲面三角的光滑度和衔接特征进行分析，确定对器的拟合函数进行拟合，同时在拟合的过程中，按照照重要程度从小到大的顺序，先对重要程度小的进行拟合，后续有重要程度较大的对应的重合的部分，按照器对应的拟合函数进行再次拟合，保证最终的拟合结果，由重要程度最高的曲面拟合来确定，保证拟合结果的准确性，最后，在对部分曲面完成拟合后，进行拟合评估，在不满足拟合要求后，对所述部分曲面组成的整体曲面进行整体拟合，保证拟合的精度和要求，从保证得到曲面模型的准确度和与实际曲面的匹配度。
137.实施例7
138.基于实施例6的基础上，本发明实施例提供一种基于现实中已有的异型曲面建立新的理论模型的方法，对所述拟合结果进行拟合评估，判断所述拟合结果是否满足预设拟合要求，包括：
139.基于所述拟合结果，从所述整体曲面中随机选取若干个点，获取所述若干个点与曲面之间的偏差值；
140.判断所述拟合平滑度和偏差值是否在预设范围内；
141.若是，确定所述拟合结果满足所述预设拟合要求；
142.否则，确定所述拟合结果不满足所述预设拟合要求。
143.上述设计方案的有益效果是：通过所述整体曲面中随机选取若干个点，获取所述若干个点与曲面之间的偏差值来对拟合结果进行评估，随机选取保证评估的随机性，保证评估结果的准确性。
144.实施例8
145.基于实施例1的基础上，本发明实施例提供一种基于现实中已有的异型曲面建立新的理论模型的方法，其特征在于，s3中，根据所述已有的异型曲面的结构特征，对所述曲面模型进行填充，建立新的理论模型，包括：
146.按照所述所述已有的异型曲面的结构特征，将所述异型曲面划分为多个组成部分，从所述曲面模型中获取所述多个组成部分对应的模型部分；
147.基于所述模型部分，对所述曲面模型进行分层，得到分层模型；
148.基于所述分层模型的载荷约束，建立所述分层模型中的等值面，并基于所述等值面及其对应的取值，确定所述分层模型的等值面密度和等值面面积；
149.基于所述等值面密度和等值面面积，构建对所述分层模型的点阵结构隐函数；
150.基于所述点阵结构隐函数，对所述分层模型进行点阵构建，得到点阵结构；
151.按照所述点阵结构的类型，对所述点阵结构进行划分，获取同一类型的点阵结构的坐标集合；
152.判断所述坐标集合是否处于所述分层模型的同一层；
153.若是，确定所述坐标集合对应的模型填充的填充方式一致；
154.否则，根据所述坐标集合处于所述分层模型的层特征，将所述坐标集合进行划分，得到多组子坐标集合，并基于所述层特征，确定所述多组子坐标集合的填充方式；
155.按照上述获取的填充方式，对所述分层模型按照坐标位置进行填充，得到内部填充模型；
156.获取所述曲面模型的外形特征，生成表面模型，并将所述表面模型和内部填充进行结合，得到理论模型。
157.在该实施例中，所述多个组成部分按照已有的异型曲面的结构特征进行划分得到。
158.在该实施例中，所述等值面由所述分层模型中点的取值相同构成的面。
159.在该实施例中，所述等值面密度由构成所述等值面的点的个数确定。
160.在该实施例中，所述填充方式由层结构特征和点阵结构共同决定，若坐标集合的层结构特征和点阵结构均相同，则所述坐标集合中所述坐标的填充方式相同，所述填充方式包括填充颜色、填充图案等。
161.上述设计方案的有益效果是：通过已有的异型曲面的结构特征，对所述曲面模型进行内部的结构分析，根据内部结构特征的不同来对所述曲面模型采用不同的填充方式进行填充，最后与表面模型进行结合，得到理论模型，保证了获取得到的理论模型从内到外准
确表示现实中已有的异型曲面的特征，保证理论模型为与现实中已有的异型曲面完全匹配，最终达到异形曲面建模简单、建模准确性高的效果。
162.实施例9
163.基于实施例1的基础上，本发明实施例提供一种基于现实中已有的异型曲面建立新的理论模型的方法，其特征在于，s3中建立新的理论模型之后，还包括：对所述理论模型进行优化，具体为：
164.基于所述已有的异型曲面的材料特征，对所述理论模型采用有限元法进行离散，得到有限元模型；
165.基于所述有限元模型的节点特征，确定优化变量范围，并对所述优化变量范围按照预设间隔进行等间隔提取，得到多个优化变量；
166.基于所述多个优化变量，对所述有限元模型进行优化，得到多个优化有限元模型；
167.计算所述多个优化有限元模型与优化前的有限元模型之间的偏离值；
168.从所述多个优化有限元模型中选取出与所述有限元模型的偏离值最小的作为目标优化有限元模型；
169.建立所述目标优化有限元模型对应的目标曲面模型；
170.所述目标曲面模型即为对所述新的理论模型优化后的结果。
171.在该实施例中，所述有限元模型为所述理论模型的离散展示，便于后续的分析优化。
172.在该实施例中，所述偏离值越大，对应的优化有限元模型与优化前的有限元模型的偏差越大，优化效果越不好。
173.上述设计方案的有益效果是：通过根据已有的异型曲面的材料特征，对所述理论模型采用有限元法进行离散，得到有限元模型后，在以所述有限元模型为基础，进行优化分析，保证优化的准确性，最终实现对所述理论模型的有效优化，、达到建模准确性高的效果。
174.实施例10
175.基于实施例9的基础上，本发明实施例提供一种基于现实中已有的异型曲面建立新的理论模型的方法，其特征在于，计算所述多个优化有限元模型与优化前的有限元模型之间的偏离值，包括：
176.基于所述优化前的有限元模型的结构，对所述优化前的有限元模型的第一坐标点进行分类，得到多组第一坐标点集合，具体为：
177.获取第一坐标点在所述优化前的有限元模型的应力、应变以及所述第一坐标点的在所述优化前的有限元模型的坐标特征值；
178.基于所述优化前的有限元模型的应力、应变和坐标特征值，计算所述第一坐标点的结构值；
179.根据预设结构值分组要求，根据所述第一坐标点的结构值，对所述第一坐标点进行分组；
180.根据每个分组的特征，设置对每个分组的偏离限度值；
181.获取优化有限元模型与优化前的有限元模型的第一坐标点匹配的第二坐标点；
182.基于所述第一坐标点、第二坐标点和每个分组的偏离限度值，计算得到所述优化有限元模型与优化前的有限元模型之间的偏离值。
183.实施例10
184.基于实施例9的基础上，本发明实施例提供一种基于现实中已有的异型曲面建立新的理论模型的方法，计算所述多个优化有限元模型与优化前的有限元模型之间的偏离值，包括：
185.基于所述优化前的有限元模型的结构，对所述优化前的有限元模型的第一坐标点进行分类，得到多组第一坐标点集合，具体为：
186.获取第一坐标点在所述优化前的有限元模型的应力、应变以及所述第一坐标点的在所述优化前的有限元模型的坐标特征值；
187.基于所述优化前的有限元模型的应力、应变和坐标特征值，计算所述第一坐标点的结构值；
188.所述第一坐标点的结构值f的计算公式如下：
[0189][0190]
其中，t表示所述第一坐标点的坐标特征值，取值为(0.5，1.0)，γ表示所述第一坐标点的应变，τ表示所述第一坐标点的应力，γ
t
表示根据所述坐标特征值确定的所述第一坐标点的最优应变，τ
t
表示根据所述坐标特征值确定的所述第一坐标点的最优应力；
[0191]
根据预设结构值分组要求，根据所述第一坐标点的结构值，对所述第一坐标点进行分组；
[0192]
根据每个分组的特征，设置对每个分组的偏离限度值；
[0193]
获取优化有限元模型与优化前的有限元模型的第一坐标点匹配的第二坐标点；
[0194]
基于所述第一坐标点、第二坐标点和每个分组的偏离限度值，计算得到所述优化有限元模型与优化前的有限元模型之间的偏离值；
[0195]
所述偏离值k的计算公式如下：
[0196][0197]
其中，n表示对所述第一坐标点或第二坐标点的分组数，mi表示在第i个分组下所述第一坐标点或第二坐标点的个数，di表示所述第i个分组对应的偏离限度值，取值为(0，1.0)，表示所述第i个分组下第j个第一坐标点的坐标值，表示所述第i个分组下第j个第二坐标点的坐标值。
[0198]
在该实施例中，不同的结构值对应不同的分组，每个分组特征对应的可调整度越大，对应的偏离限度值越大。
[0199]
在该实施例中，所述坐标特征值与所述第一坐标点处于所述有限元模型的结构特征相关。
[0200]
上述设计方案的有益效果是：首先通过优化前的有限元模型的第一坐标点的应力、应变以及所述第一坐标点的在所述优化前的有限元模型的坐标特征值，来准确确定第一坐标点的结构值，为第一坐标点的分类讨论提供分类依据，其次，再根据所述第一坐标点的结构值对所述第一坐标点进行分类后，结合每个分组的偏离限度值来计算所述优化有限
元模型与优化前的有限元模型之间的偏离值，保证得到的偏离值更加符合曲面结构的特征，为选取最优的有限元模型提供基础。
[0201]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种基于现实中已有的异型曲面建立新的理论模型的方法，其特征在于，包括：s1：对已有的异型曲面进行三维扫描，得到三维点云数据，并基于所述三维点云数据生成三角网模型；s2：对所述三角网模型中的三角进行拟合，得到曲面模型；s3：根据所述已有的异型曲面的结构特征，对所述曲面模型进行填充，建立新的理论模型。2.根据权利要求1所述的一种基于现实中已有的异型曲面建立新的理论模型的方法，其特征在于，s1中，对已有的异型曲面进行三维扫描，得到三维点云数据，包括：利用三维激光扫面技术对所述已有的异型曲面进行三维扫描，得到扫描数据；对所述扫描数据进行预处理后，根据将为分析方法获取所述扫面数据的点云转换参数；利用所述点云转换参数，将所述扫描数据转换为三维点云数据。3.根据权利要求1所述的一种基于现实中已有的异型曲面建立新的理论模型的方法，其特征在于，s1中，基于所述三维点云数据生成三角网模型，包括：选取异型曲面的最高点对应的平面为基准面，根据所述三维点云数据到所述基准面的距离，将所述三维点云数据划分为多组点云数据；以组为单位，将多组三维点云数据进行三角处理，得到每组对应的组三角网；在所述组三角网的基础上，对所述多组点云数据进行组间三角处理，得到平滑三角网；基于所述平滑三角网，构建得到三角网模型。4.根据权利要求3所述的一种基于现实中已有的异型曲面建立新的理论模型的方法，其特征在于，根据所述三维点云数据到所述基准面的距离，将所述三维点云数据划分为多组点云数据，包括：获取所述三维点云数据到所述基准面的距离的最大值和最小值，基于所述最大值和最小值的差值，确定分组数，以及每组对应的距离取值范围；基于所述距离取值范围，根据所述三维点云数据到所述基准面的距离，确定所述三维点云数据对应的分组，划分得到多组点云数据。5.根据权利要求1所述的一种基于现实中已有的异型曲面建立新的理论模型的方法，其特征在于，s2中，对所述三角网模型中的三角进行拟合，得到曲面模型，包括：获取所述三角网模型中每个三角的坐标位置，基于所述坐标位置，获取每个三角的形状特征，并基于所述形状特征，为所述每个三角匹配第一拟合函数；基于所述第一拟合函数，对所述每个三角网进行第一拟合，得到曲面三角；基于所述曲面三角的特征，对所述曲面三角进行第二拟合，得到所述曲面模型。6.根据权利要求5所述的一种基于现实中已有的异型曲面建立新的理论模型的方法，其特征在于，基于所述曲面三角的特征，对所述曲面三角进行第二拟合，得到所述曲面模型，包括：获取所述曲面三角的曲面特征和坐标位置特征，并基于所述位置坐标特征获取每个曲面三角相关联的关联曲面三角；基于所述曲面特征，确定所述每个曲面三角及其对应的关联曲面三角的部分曲面特征，并基于所述部分曲面特征，确定每个曲面三角及其对应的关联曲面三角衔接处的光滑
度和衔接特征；基于所述光滑度，确定插入所述每个曲面三角的插入点个数，基于所述衔接特征确定插入点的位置；按照插入点的个数和位置，对三角曲面进行点插入，得到第一曲面，基于所述第一曲面，得到每个曲面三角及其对应的关联曲面三角的部分曲面；将所述部分曲面的点个数密度值与预设阈值进行比较，得到个数差值，基于所述个数差值，设定所述部分曲面的拟合函数；获取所述三角网模型的结构特征，并基于所述结构特征，确定每个第一曲面的重要程度；按照所述重要程度从小到大的顺序，依次对第一曲面对应的部分曲面根据所述拟合函数进行拟合；基于对所述部分曲面进行最终拟合后得到的拟合曲面，得到对所有曲面三角的拟合结果；对所述拟合结果进行拟合评估，判断所述拟合结果是否满足预设拟合要求；若是，基于所述拟合曲面，得到曲面模型；否则，获取拟合差异信息，并基于所述拟合差异信息获取对所述所有部分曲面组成的整体曲面的整体拟合函数，且基于所述整体拟合函数对所述整体曲面进行拟合，得到拟合后的整体曲面，基于所述拟合后的整体曲面，得到曲面模型。7.根据权利要求6所述的一种基于现实中已有的异型曲面建立新的理论模型的方法，其特征在于，对所述拟合结果进行拟合评估，判断所述拟合结果是否满足预设拟合要求，包括：基于所述拟合结果，从所述整体曲面中随机选取若干个点，获取所述若干个点与曲面之间的偏差值；判断所述拟合平滑度和偏差值是否在预设范围内；若是，确定所述拟合结果满足所述预设拟合要求；否则，确定所述拟合结果不满足所述预设拟合要求。8.根据权利要求1所述的一种基于现实中已有的异型曲面建立新的理论模型的方法，其特征在于，s3中，根据所述已有的异型曲面的结构特征，对所述曲面模型进行填充，建立新的理论模型，包括：按照所述已有的异型曲面的结构特征，将所述异型曲面划分为多个组成部分，从所述曲面模型中获取所述多个组成部分对应的模型部分；基于所述模型部分，对所述曲面模型进行分层，得到分层模型；基于所述分层模型的载荷约束，建立所述分层模型中的等值面，并基于所述等值面及其对应的取值，确定所述分层模型的等值面密度和等值面面积；基于所述等值面密度和等值面面积，构建对所述分层模型的点阵结构隐函数；基于所述点阵结构隐函数，对所述分层模型进行点阵构建，得到点阵结构；按照所述点阵结构的类型，对所述点阵结构进行划分，获取同一类型的点阵结构的坐标集合；判断所述坐标集合是否处于所述分层模型的同一层；
若是，确定所述坐标集合对应的模型填充的填充方式一致；否则，根据所述坐标集合处于所述分层模型的层特征，将所述坐标集合进行划分，得到多组子坐标集合，并基于所述层特征，确定所述多组子坐标集合的填充方式；按照上述获取的填充方式，对所述分层模型按照坐标位置进行填充，得到内部填充模型；获取所述曲面模型的外形特征，生成表面模型，并将所述表面模型和内部填充进行结合，得到理论模型。9.根据权利要求1所述的一种基于现实中已有的异型曲面建立新的理论模型的方法，其特征在于，s3中建立新的理论模型之后，还包括：对所述理论模型进行优化，具体为：基于所述已有的异型曲面的材料特征，对所述理论模型采用有限元法进行离散，得到有限元模型；基于所述有限元模型的节点特征，确定优化变量范围，并对所述优化变量范围按照预设间隔进行等间隔提取，得到多个优化变量；基于所述多个优化变量，对所述有限元模型进行优化，得到多个优化有限元模型；计算所述多个优化有限元模型与优化前的有限元模型之间的偏离值；从所述多个优化有限元模型中选取出与所述有限元模型的偏离值最小的作为目标优化有限元模型；建立所述目标优化有限元模型对应的目标曲面模型；所述目标曲面模型即为对所述新的理论模型优化后的结果。10.根据权利要求9所述的一种基于现实中已有的异型曲面建立新的理论模型的方法，其特征在于，计算所述多个优化有限元模型与优化前的有限元模型之间的偏离值，包括：基于所述优化前的有限元模型的结构，对所述优化前的有限元模型的第一坐标点进行分类，得到多组第一坐标点集合，具体为：获取第一坐标点在所述优化前的有限元模型的应力、应变以及所述第一坐标点的在所述优化前的有限元模型的坐标特征值；基于所述优化前的有限元模型的应力、应变和坐标特征值，计算所述第一坐标点的结构值；根据预设结构值分组要求，根据所述第一坐标点的结构值，对所述第一坐标点进行分组；根据每个分组的特征，设置对每个分组的偏离限度值；获取优化有限元模型与优化前的有限元模型的第一坐标点匹配的第二坐标点；基于所述第一坐标点、第二坐标点和每个分组的偏离限度值，计算得到所述优化有限元模型与优化前的有限元模型之间的偏离值。

技术总结
本发明提供了一种基于现实中已有的异型曲面建立新的理论模型的方法，包括：对已有的异型曲面进行三维扫描，得到三维点云数据，并基于所述三维点云数据生成三角网模型；对所述三角网模型中的三角进行拟合，得到曲面模型；根据所述已有的异型曲面的结构特征，对所述曲面模型进行填充，建立新的理论模型；通过对所述三角网模型中的三角网进行拟合，得到曲面模型，实现了由三角网到曲面的过渡，为建立新的理论模型提供外形基础，通过根据所述已有的异型曲面的结构特征，对所述曲面模型进行填充，建立新的理论模型，保证理论模型为与现实中已有的异型曲面完全匹配，最终达到异形曲面建模简单、建模准确性高的效果。建模准确性高的效果。建模准确性高的效果。


技术研发人员：曾利
受保护的技术使用者：深圳市魔数智擎人工智能有限公司
技术研发日：2023.06.25
技术公布日：2023/9/20