基于離散域力場(chǎng)的相鄰工序模型幾何演變的獲取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種工序模型幾何演變的獲取方法，特別是設(shè)及一種基于離散域力場(chǎng) 的相鄰工序模型幾何演變的獲取方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 文獻(xiàn)維工序模型幾何演變序列的相似性度量，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào)， 2014，Vol26(7)，pll76-1182"公開(kāi)了一種工序模型幾何演變獲取的方法。該方法針對(duì)的是 用NURBS建模方法得到的模型，根據(jù)NURBS模型控制頂點(diǎn)計(jì)算得到一系列具有仿射不變性 的向量，通過(guò)對(duì)該一系列向量的比較，得到相鄰兩個(gè)工序模型的相似體素、相同體素、恒等 體素。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)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(dá)相鄰兩個(gè) 工序模型的幾何演變。文獻(xiàn)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(jì)算一系列具有仿射不變性的向量時(shí) 計(jì)算量大，效率不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服現(xiàn)有工序模型幾何演變的獲取方法實(shí)用性差的不足，本發(fā)明提供一種基 于離散域力場(chǎng)的相鄰工序模型幾何演變的獲取方法。該方法首先對(duì)相鄰的兩個(gè)工序模型進(jìn) 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(jìn)一步，在離散 域力場(chǎng)中求解兩個(gè)工序模型每個(gè)面上=角面片的受力情況，得到兩個(gè)工序模型各表面的力 場(chǎng)視角、力場(chǎng)距離和表面特征圖，通過(guò)比較兩個(gè)模型各表面的力場(chǎng)視角、力場(chǎng)距離和表面特 征圖來(lái)進(jìn)行模型表面幾何變化類型的判斷，對(duì)新增面的鄰接邊的凹凸性進(jìn)行判斷并結(jié)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(kuò)展的屬 性鄰接圖，最后再把擴(kuò)展屬性鄰接圖表示成擴(kuò)展的屬性鄰接矩陣，W便于在計(jì)算機(jī)的讀取、 存儲(chǔ)及后續(xù)的工藝知識(shí)檢索?；陔x散域力場(chǎng)求解相鄰工序模型的幾何演變，對(duì)=維模型 的類型沒(méi)有要求，即適用于任何類型的=維模型；在進(jìn)行模型表面幾何變化類型的判斷過(guò) 程中，通過(guò)對(duì)模型表面力場(chǎng)視角、模型表面力場(chǎng)距離的比較篩選出兩個(gè)相鄰工序模型中有 效配對(duì)的面，接著只對(duì)有效配對(duì)面的表面特征圖進(jìn)行相似性度量來(lái)判斷兩個(gè)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(duì)模型表面特征圖進(jìn)行整體的相 似性度量，化6chet距離相似性比對(duì)算法對(duì)模型表面特征圖進(jìn)行區(qū)域?qū)Ρ?，因此該方法具?較高的分辨能力和精度。
[0004] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是；一種基于離散域力場(chǎng)的相鄰工序模 型幾何演變的獲取方法，其特點(diǎn)是采用W下步驟：
[0005] (a)對(duì)相鄰的兩個(gè)工序模型的表面進(jìn)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(dá)，模型表面的變化用有限個(gè)小面片的變化來(lái)度量。該樣，每個(gè)工序模型 的任一表面就表不成一個(gè)質(zhì)點(diǎn)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(gè)數(shù)，重屯、Qi的坐標(biāo)由S角面的S個(gè)頂點(diǎn)計(jì)算得到。
[000引 化）基于離散域力場(chǎng)模型求解相鄰兩個(gè)工序模型各表面的表面特征圖、表面的力 場(chǎng)視角和表面的力場(chǎng)距離。用表面特征圖、表面的力場(chǎng)視角和表面的力場(chǎng)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(chǎng)模型：
[0010] 設(shè)在工序模型的重屯、處存在一個(gè)質(zhì)點(diǎn)0,且質(zhì)點(diǎn)0的坐標(biāo)在同一S維工藝規(guī)程中 不隨工序模型編號(hào)的變化而發(fā)生變化，根據(jù)牛頓第=定律，物體表面質(zhì)點(diǎn)集Q中的元素Qi 均受到該質(zhì)點(diǎn)0的萬(wàn)有引力作用，根據(jù)萬(wàn)有引力公式，得：
[0011]
^2)
[001引式中，m。和m。;分別為質(zhì)點(diǎn)0和Qi的質(zhì)量，r。為質(zhì)點(diǎn)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(zhì)點(diǎn)，則基于離散域力場(chǎng)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(zhì)點(diǎn)0的坐標(biāo)，（X。。y。。Zqi)為元素屯的坐 標(biāo)。
[0016] 定義模型表面特征圖：
[0017] 基于離散域力場(chǎng)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(gè)區(qū)間，W力的區(qū)間作為橫坐標(biāo)，區(qū)間內(nèi)受力S角面 片重屯、的個(gè)數(shù)作為縱坐標(biāo)，生成頻數(shù)分布直方圖。對(duì)直方圖的尺度歸一化處理后進(jìn)行保形 插值得到的曲線稱為模型表面特征圖，用符號(hào)T表示。
[0018] 定義模型表面的力場(chǎng)視角：
[0019]力場(chǎng)視角為向量品與模型表面法向量/5形成的夾角，用^標(biāo)識(shí)模型上不同表面在 力場(chǎng)中的方位，用符號(hào)0表示。
[0020] 其中，向量；;5為坐標(biāo)系原點(diǎn)0與引力源質(zhì)點(diǎn)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(cè)。
[0021] 定義模型表面的力場(chǎng)距離：
[0022] 力場(chǎng)距離為引力源質(zhì)點(diǎn)0到模型表面的距離，用W標(biāo)識(shí)在力場(chǎng)中模型表面到引力 源的遠(yuǎn)近，用符號(hào)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(guò)對(duì)模型 表面力場(chǎng)視角和模型表面力場(chǎng)距離的比較篩選出兩個(gè)相鄰工序模型中有效配對(duì)的面，接著 對(duì)有效配對(duì)面的表面特征圖進(jìn)行相似性度量來(lái)判斷兩個(gè)工序模型間面的演變類型，兩個(gè)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(jìn)行整體的比較，采用化6chet 距離相似性比對(duì)算法進(jìn)行區(qū)域?qū)Ρ取?br>[0024] 兩個(gè)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(gòu)造，消亡面只存在兩個(gè)相鄰工序模型的前一個(gè)工序模型 中，識(shí)別兩個(gè)相鄰工序模型幾何演變的關(guān)鍵是找到后一個(gè)工序模型中的新增面。
[0025] (d)找到兩道工序模型幾何演變過(guò)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?fù)潢P(guān)系，結(jié)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(kuò)展的屬性鄰接圖，進(jìn)一步把 擴(kuò)展屬性鄰接圖表示成擴(kuò)展的屬性鄰接矩陣，方便計(jì)算機(jī)讀取、存儲(chǔ)及后續(xù)的工藝知識(shí)檢 索。
[0027] 為了能更加完整的表達(dá)模型幾何演變的幾何特征信息，對(duì)屬性鄰接圖的節(jié)點(diǎn)和弧 或邊的屬性進(jìn)行擴(kuò)展，附加了面的類型、邊的類型，得到擴(kuò)展的屬性鄰接圖。通過(guò)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(dá)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(duì)應(yīng)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(guò)對(duì)=維模型表面進(jìn)行=角網(wǎng)格劃分，進(jìn)一 步，在離散域力場(chǎng)中利用模型表面=角面片所受引力的分布狀態(tài)來(lái)表征當(dāng)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(duì)=維模型的類型沒(méi) 有要求，即適用于任何類型的=維模型。通過(guò)對(duì)模型表面力場(chǎng)視角、模型表面力場(chǎng)距離的比 較篩選出兩個(gè)相鄰工序模型中有效配對(duì)的面，接著對(duì)有效配對(duì)面的表面特征圖進(jìn)行相似性 度量來(lái)判斷兩個(gè)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(duì) 模型表面特征圖進(jìn)行整體的相似性度量，化6chet距離相似性比對(duì)算法對(duì)模型表面特征圖 進(jìn)行區(qū)域?qū)Ρ?，因此該方法具有較高的分辨能力和精度。
[0030] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。
【附圖說(shuō)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(gè)工序模型a和b。
[0033] 圖3是對(duì)模型a和b進(jìn)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(jié)果的擴(kuò)展屬性鄰接圖表示。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 參照?qǐng)D1-6。本發(fā)明基于離散域力場(chǎng)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(gè)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(duì)模型a、b進(jìn)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(jì)算模型a、b各表面S角面片的受力情況，每個(gè)面的力場(chǎng)視角和力場(chǎng)距離。由工 序模型a、b各表面上的S角面片的頂點(diǎn)求出模型a、b各面上S角面片重屯、坐標(biāo)，再將S角 面片的重屯、Qk坐標(biāo)，模型a、b重屯、坐標(biāo)導(dǎo)入Matl油軟件里，根據(jù)離散域力場(chǎng)模型計(jì)算兩個(gè) 模型各面上S角面片受力情況，同時(shí)求出模型a、b每個(gè)面的力場(chǎng)視角和力場(chǎng)距離。
[0044] 表1模型a各面的力場(chǎng)視角和力場(chǎng)距離
[0045]
[0046] 表2模型b各面的力場(chǎng)視角和力場(chǎng)距離
[00471
[0048] 構(gòu)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(gòu)造模型a、b各表 面S角面片受力分布直方圖，進(jìn)行歸一化處理，并使用Matl油軟件的保形插值功能對(duì)直方 圖進(jìn)行保形插值得到兩個(gè)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(guò)比較模型a、b各表面的力場(chǎng)視角、力場(chǎng)距 離和表面特征圖，得到兩工序模型表面的變化情況。由結(jié)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(jié)合兩個(gè)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(jié)果
[0化1]