基于離散域力場的相鄰工序模型幾何演變的獲取方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種工序模型幾何演變的獲取方法，特別是設及一種基于離散域力場 的相鄰工序模型幾何演變的獲取方法。
【背景技術】
[0002] 文獻維工序模型幾何演變序列的相似性度量，計算機輔助設計與圖形學學報， 2014，Vol26(7)，pll76-1182"公開了一種工序模型幾何演變獲取的方法。該方法針對的是 用NURBS建模方法得到的模型，根據(jù)NURBS模型控制頂點計算得到一系列具有仿射不變性 的向量，通過對該一系列向量的比較，得到相鄰兩個工序模型的相似體素、相同體素、恒等 體素。在此基礎上，構建發(fā)生幾何變化的體素的屬性鄰接圖，利用屬性鄰接圖表達相鄰兩個 工序模型的幾何演變。文獻所述方法僅局限于用NURBS方法建立的工序模型的幾何演變的 獲取，不能用于其他類型的工序模型；另外該方法在計算一系列具有仿射不變性的向量時 計算量大，效率不高。

【發(fā)明內容】

[0003] 為了克服現(xiàn)有工序模型幾何演變的獲取方法實用性差的不足，本發(fā)明提供一種基 于離散域力場的相鄰工序模型幾何演變的獲取方法。該方法首先對相鄰的兩個工序模型進 行=角面片劃分，要求劃分的=角面片分布基本均勻，網(wǎng)格尺寸基本相同，進一步，在離散 域力場中求解兩個工序模型每個面上=角面片的受力情況，得到兩個工序模型各表面的力 場視角、力場距離和表面特征圖，通過比較兩個模型各表面的力場視角、力場距離和表面特 征圖來進行模型表面幾何變化類型的判斷，對新增面的鄰接邊的凹凸性進行判斷并結合新 增面的類型得到相鄰兩道工序模型的幾何演變。將獲取的模型的幾何演變表示為擴展的屬 性鄰接圖，最后再把擴展屬性鄰接圖表示成擴展的屬性鄰接矩陣，W便于在計算機的讀取、 存儲及后續(xù)的工藝知識檢索?；陔x散域力場求解相鄰工序模型的幾何演變，對=維模型 的類型沒有要求，即適用于任何類型的=維模型；在進行模型表面幾何變化類型的判斷過 程中，通過對模型表面力場視角、模型表面力場距離的比較篩選出兩個相鄰工序模型中有 效配對的面，接著只對有效配對面的表面特征圖進行相似性度量來判斷兩個工序模型間面 的演變類型，提高了方法的效率；采用EMD距離比較算法對模型表面特征圖進行整體的相 似性度量，化6chet距離相似性比對算法對模型表面特征圖進行區(qū)域對比，因此該方法具有 較高的分辨能力和精度。
[0004] 本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是；一種基于離散域力場的相鄰工序模 型幾何演變的獲取方法，其特點是采用W下步驟：
[0005] (a)對相鄰的兩個工序模型的表面進行=角面片劃分，要求劃分的=角面片分布 均勻，面片尺寸相同和不同工序模型表面上面片劃分的一致性。工序模型表面由平面S角 形面片集合逼近表達，模型表面的變化用有限個小面片的變化來度量。該樣，每個工序模型 的任一表面就表不成一個質點集合Q。
[0006] Q= {qi,屯，…，q。} (1)
[0007] 式中，屯，Q2,…，q。為模型任一表面所有S角面片的重心n為該表面包含的S角面 片的個數(shù)，重屯、Qi的坐標由S角面的S個頂點計算得到。
[000引 化）基于離散域力場模型求解相鄰兩個工序模型各表面的表面特征圖、表面的力 場視角和表面的力場距離。用表面特征圖、表面的力場視角和表面的力場距離共同描述模 型上不同表面所受引力的分布狀態(tài)，模型表面引力的分布狀態(tài)表征模型各表面的形狀。
[0009]定義離散域力場模型：
[0010] 設在工序模型的重屯、處存在一個質點0,且質點0的坐標在同一S維工藝規(guī)程中 不隨工序模型編號的變化而發(fā)生變化，根據(jù)牛頓第=定律，物體表面質點集Q中的元素Qi 均受到該質點0的萬有引力作用，根據(jù)萬有引力公式，得：
[0011]
^2)
[001引式中，m。和m。;分別為質點0和Qi的質量，r。為質點0到Qi的距離，G為引力常 數(shù)。
[001引令nv= 1，即令元素Qi為單位質點，則基于離散域力場模型方程如下：
[0014]
貸）
[00巧]式中，（X。，y。，Z。）為工序模型的重屯、即質點0的坐標，（X。。y。。Zqi)為元素屯的坐 標。
[0016] 定義模型表面特征圖：
[0017] 基于離散域力場模型求解模型某一表面上所有S角面片重屯、的受力大小，根據(jù)面 片受力的大小將受力大小劃分成若干個區(qū)間，W力的區(qū)間作為橫坐標，區(qū)間內受力S角面 片重屯、的個數(shù)作為縱坐標，生成頻數(shù)分布直方圖。對直方圖的尺度歸一化處理后進行保形 插值得到的曲線稱為模型表面特征圖，用符號T表示。
[0018] 定義模型表面的力場視角：
[0019]力場視角為向量品與模型表面法向量/5形成的夾角，用^標識模型上不同表面在 力場中的方位，用符號0表示。
[0020] 其中，向量；;5為坐標系原點0與引力源質點0的連線指向0。該里規(guī)定，模型表面 法向量垂直于模型表面且方向指向模型外側。
[0021] 定義模型表面的力場距離：
[0022] 力場距離為引力源質點0到模型表面的距離，用W標識在力場中模型表面到引力 源的遠近，用符號L表示。
[0023] (C)相鄰工序模型表面引力分布狀態(tài)的變化體現(xiàn)模型間的幾何演變，通過對模型 表面力場視角和模型表面力場距離的比較篩選出兩個相鄰工序模型中有效配對的面，接著 對有效配對面的表面特征圖進行相似性度量來判斷兩個工序模型間面的演變類型，兩個面 的表面特征圖的相似性度量采用EMD距離相似性比較算法進行整體的比較，采用化6chet 距離相似性比對算法進行區(qū)域對比。
[0024] 兩個工序模型表面的演變類型分為四種；修改面、新增面、不變面和消亡面。修 改面和不變面不參與加工特征的構造，消亡面只存在兩個相鄰工序模型的前一個工序模型 中，識別兩個相鄰工序模型幾何演變的關鍵是找到后一個工序模型中的新增面。
[0025] (d)找到兩道工序模型幾何演變過程中的新增面，判斷新增面鄰接邊的凹凸性，得 到新增面間的拓撲關系，結合新增面的類型得到相鄰兩道工序模型的幾何演變。
[0026] (e)將獲取的相鄰兩道工序模型的幾何演變表示為擴展的屬性鄰接圖，進一步把 擴展屬性鄰接圖表示成擴展的屬性鄰接矩陣，方便計算機讀取、存儲及后續(xù)的工藝知識檢 索。
[0027] 為了能更加完整的表達模型幾何演變的幾何特征信息，對屬性鄰接圖的節(jié)點和弧 或邊的屬性進行擴展，附加了面的類型、邊的類型，得到擴展的屬性鄰接圖。通過增加鄰接 矩陣的列數(shù)和元素ay值的位數(shù)避免鄰接矩陣表達的二義性，在鄰接矩陣a[n，n]中添加一 列a[i，n+l]，第n+1列對應面的類型屬性。
[002引在鄰接矩陣a[n，n]中，將ay的位數(shù)由二位增加到=位，aU前兩位仍然表示面fi和鄰接邊的凹凸性，新增的第S位代面fi和fj.鄰接邊的類型。
[0029] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明方法通過對=維模型表面進行=角網(wǎng)格劃分，進一 步，在離散域力場中利用模型表面=角面片所受引力的分布狀態(tài)來表征當前的模型表面形 狀，相鄰工序模型表面引力分布狀態(tài)的變化表征模型間的幾何演變，對=維模型的類型沒 有要求，即適用于任何類型的=維模型。通過對模型表面力場視角、模型表面力場距離的比 較篩選出兩個相鄰工序模型中有效配對的面，接著對有效配對面的表面特征圖進行相似性 度量來判斷兩個工序模型間面的演變類型，提高了方法的效率。采用EMD距離比較算法對 模型表面特征圖進行整體的相似性度量，化6chet距離相似性比對算法對模型表面特征圖 進行區(qū)域對比，因此該方法具有較高的分辨能力和精度。
[0030] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作詳細說明。
【附圖說明】
[0031] 圖1是本發(fā)明方法的流程圖。
[0032] 圖2是相鄰工序的兩個工序模型a和b。
[0033] 圖3是對模型a和b進行二角面片劃分后的不意圖。
[0034] 圖4是模型a各表面的特征圖。
[0035] 圖5是模型b各表面的特征圖。
[0036] 圖6是模型a、b工序模型幾何演變獲取結果的擴展屬性鄰接圖表示。
【具體實施方式】
[0037] 參照圖1-6。本發(fā)明基于離散域力場的相鄰工序模型幾何演變的獲取方法體步驟 如下：
[003引將兩個相鄰的工序模型a和模型b的表面用集合分別表示為：
[0039] Fa= {f。1，fa], fa], fa*，fa。，fa6, f/，faS}
[0040] Fb= {fV，fb2,fb3,fb4,fb5,Cfb7,CCC}
[004U在ANSYS軟件中對模型a、b進行DelaunayS角面片劃分。
[0042] Delaunay=角面片劃分保證了劃分的=角面片分布基本均勻，面片尺寸基本相同 和不同工序模型表面上面片劃分的一致性。
[0043] 計算模型a、b各表面S角面片的受力情況，每個面的力場視角和力場距離。由工 序模型a、b各表面上的S角面片的頂點求出模型a、b各面上S角面片重屯、坐標，再將S角 面片的重屯、Qk坐標，模型a、b重屯、坐標導入Matl油軟件里，根據(jù)離散域力場模型計算兩個 模型各面上S角面片受力情況，同時求出模型a、b每個面的力場視角和力場距離。
[0044] 表1模型a各面的力場視角和力場距離
[0045]
[0046] 表2模型b各面的力場視角和力場距離
[00471
[0048] 構造模型a、b各表面特征圖。由模型各面上S角面片受力情況構造模型a、b各表 面S角面片受力分布直方圖，進行歸一化處理，并使用Matl油軟件的保形插值功能對直方 圖進行保形插值得到兩個模型各表面的表面特征圖。
[0049] 判斷兩工序模型表面的變化情況。通過比較模型a、b各表面的力場視角、力場距 離和表面特征圖，得到兩工序模型表面的變化情況。由結果知公，是新增的面，判斷出 面公，心°的鄰接邊為圓且是凹邊，結合兩個面的類型得到相鄰兩道工序模型的幾何演變?yōu)?盲孔制造特征。
[0050] 表3模型b各面的演變類型獲取結果
[0化1]