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)，也是應用地學機理與過程模型模擬和分析等地學計算的必要前提，網(wǎng)格質量直接影響數(shù)值分析和地學計算的精度和效率，因此有限元網(wǎng)格生成方法是一個長久不衰的熱點課題。在眾多的網(wǎng)

3、格單元類型中，由于六面體網(wǎng)格相對于四面體網(wǎng)格在網(wǎng)格數(shù)量、計算精度和抗畸變性上具有明顯的優(yōu)勢，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雜特征約束，基于復雜特征約束的六面體網(wǎng)格生成算法在設計上有所不足。而事實上，特征約束是地學研究對象中實際存在的一類重要的地物，對復雜特征約束的支持也是一個優(yōu)秀的六面體網(wǎng)格生成算法必備的要素之一。本文對基

4、于復雜特征約束生成高質量六面體網(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)，本文研究了結構化網(wǎng)格和非結構化網(wǎng)格的生成方法，給出了特征約束處理模板，在此基礎上進行網(wǎng)格質量優(yōu)化方法的探究，以生成顧及復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制?；趥鹘y(tǒng)特征約束的概念和地學對象自身的特征，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、獲取方式以及對網(wǎng)格的影響等特征進行分類，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。針對地表面復雜的特征約束，綜合考慮各類網(wǎng)格剖分方法的特點，在傳統(tǒng)掃掠法的基礎上增加特征約束處理機制，以生成基于特征約束的結構化六面體網(wǎng)格。通過對比柵格法和前沿法的特點，在吸收二者優(yōu)勢的基礎上抵消各自的不足，對地學研究區(qū)域內(nèi)部復

6、雜特征約束進行處理，提出基于特征約束的非結構化六面體網(wǎng)格生成方法。(3)特征約束的處理方案。針對特征約束數(shù)據(jù)量較大，空間分布不均勻的特點，對六面體網(wǎng)格中出現(xiàn)的各種特征約束(點、線、面、體)進行后置處理，主要通過模板和表面擬合的方法，對前文無法處理的復雜的特征約束進行處理，實現(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。針對特征約束處理過程中出現(xiàn)的網(wǎng)格節(jié)點偏移與畸變現(xiàn)象，對網(wǎng)格單元質量進行優(yōu)化，使用拓撲關系優(yōu)化和幾何形狀優(yōu)化