基于特征約束的六面體網(wǎng)格生成算法.pdf

1、NanjingNormalUniversityADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofScienceHexahedralMeshGenerationAlgorithmBasedonFeatureConstraintsCandidate：PangYuSupervisor：APGuoFeiCollege：Collegeo

2、fGeographicScienceDiscipline：GeographySpeciality：CartographyandGISDateFinished：May15th，2015DateApproved：May18th，2015摘要摘要有限元網(wǎng)格生成是數(shù)值分析的首要環(huán)節(jié)，也是應(yīng)用地學(xué)機(jī)理與過程模型模擬和分析等地學(xué)計(jì)算的必要前提，網(wǎng)格質(zhì)量直接影響數(shù)值分析和地學(xué)計(jì)算的精度和效率，因此有限元網(wǎng)格生成方法是一個(gè)長久不衰的熱點(diǎn)課題。在眾多的網(wǎng)

3、格單元類型中，由于六面體網(wǎng)格相對(duì)于四面體網(wǎng)格在網(wǎng)格數(shù)量、計(jì)算精度和抗畸變性上具有明顯的優(yōu)勢(shì)，而得到了廣泛的使用。然而，六面體網(wǎng)格生成方法的研究卻不如四面體成熟，六面體網(wǎng)格生成依然存在許多技術(shù)難題尚待解決。傳統(tǒng)的六面體網(wǎng)格生成方法較少考慮復(fù)雜特征約束，基于復(fù)雜特征約束的六面體網(wǎng)格生成算法在設(shè)計(jì)上有所不足。而事實(shí)上，特征約束是地學(xué)研究對(duì)象中實(shí)際存在的一類重要的地物，對(duì)復(fù)雜特征約束的支持也是一個(gè)優(yōu)秀的六面體網(wǎng)格生成算法必備的要素之一。本文對(duì)基

4、于復(fù)雜特征約束生成高質(zhì)量六面體網(wǎng)格這一核心問題上展開研究。通過特征約束的分類與映射生成特征約束數(shù)據(jù)集，作為六面體網(wǎng)格生成的前置數(shù)據(jù)?；谠撉爸脭?shù)據(jù)，本文研究了結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的生成方法，給出了特征約束處理模板，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行網(wǎng)格質(zhì)量優(yōu)化方法的探究，以生成顧及復(fù)雜特征約束的六面體網(wǎng)格。本文的主要研究內(nèi)容與成果如下：(1)特征約束的配置與映射機(jī)制?；趥鹘y(tǒng)特征約束的概念和地學(xué)對(duì)象自身的特征，本文給出了六面體網(wǎng)格剖分特征約束的定義，將

5、特征約束按維度、獲取方式以及對(duì)網(wǎng)格的影響等特征進(jìn)行分類，通過特征約束的映射與匹配生成網(wǎng)格剖分前置數(shù)據(jù)集，將特征約束作為網(wǎng)格剖分的數(shù)據(jù)源，使得特征約束的處理與網(wǎng)格生成緊密相連。(2)基于特征約束的六面體網(wǎng)格生成方法。針對(duì)地表面復(fù)雜的特征約束，綜合考慮各類網(wǎng)格剖分方法的特點(diǎn)，在傳統(tǒng)掃掠法的基礎(chǔ)上增加特征約束處理機(jī)制，以生成基于特征約束的結(jié)構(gòu)化六面體網(wǎng)格。通過對(duì)比柵格法和前沿法的特點(diǎn)，在吸收二者優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上抵消各自的不足，對(duì)地學(xué)研究區(qū)域內(nèi)部復(fù)

6、雜特征約束進(jìn)行處理，提出基于特征約束的非結(jié)構(gòu)化六面體網(wǎng)格生成方法。(3)特征約束的處理方案。針對(duì)特征約束數(shù)據(jù)量較大，空間分布不均勻的特點(diǎn)，對(duì)六面體網(wǎng)格中出現(xiàn)的各種特征約束(點(diǎn)、線、面、體)進(jìn)行后置處理，主要通過模板和表面擬合的方法，對(duì)前文無法處理的復(fù)雜的特征約束進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)特征約束的精確擬合，生成能夠滿足特征約束分布的有限元網(wǎng)格。針對(duì)特征約束處理過程中出現(xiàn)的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)偏移與畸變現(xiàn)象，對(duì)網(wǎng)格單元質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)化，使用拓?fù)潢P(guān)系優(yōu)化和幾何形狀優(yōu)化