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离散曲面在现代工业设计、有限元分析、计算机图形学和计算机辅助设计领域中发挥着重要的作用。通过三维扫描设备重建得到的离散曲面,其质量往往不能满足后续曲面编辑、数值分析的要求。本文针对三角网格和四边网格这两种应用最为广泛的离散曲面表达形式,提出了相应的重网格化方法:
对于三角网格,本文提出了一种高精度的重网格化方法:通过基于边密度的打分函数调整网格的顶点采样率:通过曲面能量优化方法对顶点局部重定位,改善三角面片的几何形态,并采用高精度的逆向参数化控制网格的形变;采用基于模拟退火算法的拓扑优化方法,改善网格的拓扑连接关系,减少奇异顶点的数量,并采用贪心策略构造算法的初始解,加快模拟退火算法的收敛速度;提出了基于参数域缓冲池的优化方法,在不降低算法精度的条件下提高了算法的效率。
在四边网格重网格化方面,针对不同拓扑类型的初始三角网格,提出了两套三角网格四边化的解决方案,即基于参数域重采样方法和基于过渡网格的局部规整的方法。(1)前者针对非封闭圆盘同构网格进行处理。采用基于平均值坐标的全局参数化方法将网格映射到参数域;提出了基于参数域顶点密度的重采样方法,不仅使生成的四边网格具有了各向异性,同时保证其具有良好的拓扑连接关系;采用参数域中独立域划分的方法,降低了逆向参数化过程中三角面片检索的规模,从而降低了算法的时间代价。(2)后者适合处理拓扑比较复杂的网格。首先利用三角网格重网格化,对初始三角网格进行预处理,使其满足后续操作的需要;之后利用局部面片替代顶点的基本思想,构造以六边形为主的多边形过渡网格;最后采用局部奇异顶点最优策略对多边形过渡网格四边化,保证生成四边网格的拓扑连接性,并利用基于重心的局部规整方法改善网格面片的几何形态。
本文通过以上重网格化方法在网格的顶点采样率、面片几何形态以及拓扑连接关系方面对网格的质量进行改善,并用实例验证了方法的有效性和鲁棒性。