一种CAD数模的优化方法及可视化方法与流程

一种cad数模的优化方法及可视化方法
技术领域
1.本发明涉及cad设计数据与cae仿真数据融合技术领域，具体说是一种cad数模的优化方法及可视化方法。


背景技术：

2.多学科协同评估是缩短复杂产品研发周期，提升研制质量的重要手段。所述复杂产品指现代工业复杂产品系统，包含航空器、航天器、高速列车、大型船只等。所述多学科协同评估是指利用当前先进的可视化手段(vr/ar/mr可视化)，将多种学科的计算结果在同一个应用中显示出来。在飞机设计过程中，cad、cae设计之间会相互影响，且cad、cae设计工具完全不同，为便于不同学科之间沟通交流、协同评估，在同一个应用中将cad、cae设计结果可视化非常重要。
3.当前，设计人员借助cad系统(computer aided design，计算机辅助设计)进行产品三维数模的设计，仿真人员借助cae系统(computer aided engineering，计算机辅助工程)对产品开展诸如有限元、流体力学专业领域的仿真计算。cad系统生成的cad设计数据为面数据，cae系统生成的cae仿真数据为体数据，这两种数据通常由不同的可视化系统显示。通常，cad设计数据亦可称为cad数模或cad模型。
4.为了实现cad设计数据与cae仿真数据的融合可视化，目前常用的方式是：首先对cae仿真数据进行预处理，将体数据转化为面数据，然后导入通用的面数据渲染引擎(例如unity3d、unrealengine等)。无论是人工操作还是通过定制开发的自动、半自动软件工具实现这个过程，不仅效率低，更重要的是通用的面数据渲染引擎难以兼容支持体数据的处理，无法对cae仿真数据进行可视化交互分析，不能满足复杂产品多学科协同评估的实际需求。
5.在实际工程应用中，cae仿真数据(体数据)所占比重往往较大，更合理的解决方案应当是：以仿真体数据可视化引擎(例如vtk等)为基础，融合cad设计数据(面数据)。然而，体数据交互可视化处理的负担本来就重，为了实现cae/cad多学科数据融合可视化，保证交互可视化分析的实时性，不宜直接采用原始的cad数模进行渲染，cad数模读入仿真体数据可视化引擎后，被离散化(tessellation)为三角面片模型后才能被仿真体数据可视化引擎处理；cad数模的离散化很成熟，但离散化后的三角面片模型往往很杂碎，不仅数据量大而且不光顺，因此存在数据量大且可视化品质难以保证的问题。
6.本发明所述“cae/cad多学科数据融合可视化”，包括：
7.多学科融合，指民用飞机设计中cad(三维数模设计)、cae(有限元、流体力学专业领域的仿真计算)融合并进行可视化呈现；
8.数据融合可视化，指学科数据融合，最终的呈现形式可以理解为在一种可视化系统中(比如电脑桌面、vr头盔、cave系统等)，在同一个可视化应用中，cad、cae模型的可视化及叠加融合显示。例如：机身可视化是基于cad设计数据，机翼可视化是基于cae仿真数据。
9.通过所述融合，cad设计数据和cae仿真数据在体数据可视化平台的三维场景内的空间状态协调一致，不仅可以作为整体而施加交互行为，同步更新数据状态，也可以从内部
数据结构上单独选取进行分析操作。
10.目前的技术路径仍然是依靠人工对cad数模进行可视化优化处理，人工处理不仅费时费力，而且对人员的技术水平要求高，成为阻碍复杂产品多学科融合可视化的瓶颈技术问题之一。
11.通常情况下，cad系统(例如catia)设计产生的cad数模具有精确的数学表达，例如非均匀有理b样条(nurbs)，需要被离散化为网格模型(三角面片构成的网格模型)才能被仿真体数据可视化引擎处理。由于cad数模直接离散生成的网格模型往往不是优化的，三角面片杂碎，直接用于渲染不仅渲染负担重，而且显示质量欠佳。现有的网格优化算法可以提升网格模型的光顺度，但难以有效减少三角面片的数量，因此不能实现网格模型的轻量化，cad数模的轻量化仍需要大量的人工参与，不仅费时，而且对人员的技术水平要求高。
12.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

13.针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种cad数模的优化方法及可视化方法，以仿真体数据可视化引擎为基础平台，利用已有的cae网格数据来指引cad数模的优化过程，在保证cad数模显示质量的前提下，自动压缩cad数模，提升渲染效率，为民机类复杂产品多学科融合可视化提供可行的技术路径。
14.为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
15.一种cad数模的优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
16.步骤1，在体数据可视化平台中，读入来自cad系统的cad设计数据；在体数据可视化平台中，读入来自cae系统的cae仿真数据；
17.步骤2，构造多学科数据格式解析器，通过多学科数据格式解析器读取cad设计数据和cae仿真数据，并将读取到的数据转化至可被体数据可视化平台的管道与渲染引擎处理的数据结构内；
18.步骤3，对cad数模进行离散化处理，得到离散化的cad网格；
19.步骤4，以cae网格数据作为cad数模轻量化的优化模板，把cae网格数据中的cae网格顶点作为特征点插入离散化的cad网格，对cad网格进行局部网格的剖分；
20.步骤5，根据网格模型自动轻量化准则对cad网格进行处理，在轻量化处理过程中将步骤4中获取的特征点予以保留，从而达到优化cad网格的目的；
21.所述网格模型自动轻量化准则为以下任意之一：最大误差轻量化准则、压缩百分比轻量化准则。
22.在上述技术方案的基础上，步骤1中，所述cad设计数据包括：几何信息、材质纹理信息；所述cad设计数据为针对复杂产品的cad设计数据；
23.所述cae仿真数据包括：网格模型和计算结果，所述计算结果为张量计算结果或矢量计算结果。
24.在上述技术方案的基础上，步骤1中，读入cad设计数据和cae仿真数据可通过搭建数据接口实现，读入cad设计数据和cae仿真数据还可通过step、3dxml等开放数据文件格式进行转换。
25.在上述技术方案的基础上，步骤2中，所述管道与渲染引擎采用仿真体数据可视化引擎；
26.所述数据结构包括：对应于cad设计数据的cad数模；对应于cae仿真数据的cae网格数据。
27.在上述技术方案的基础上，步骤5中，cad网格轻量化的策略是降低网格的分辨率，仅移除对形状没有显著影响的几何细节，从而显著减少顶点和多边形数量；
28.当cad网格轻量化的策略采用qem方法时，在顶点和边的选择上增加约束条件：
29.约束条件a，有效边必须是网格中存在的边；
30.约束条件b，vc∈{vi}，vc指轻量化后的顶点，{vi}是指轻量化前的顶点集合，即新顶点是原有的顶点；此处的约束条件是限制轻量化后不会产生新的顶点，避免产生较大的轻量化变形问题；
31.约束条件c，插入的cae网格顶点标记为特征点，在轻量化处理中予以保留。
32.在上述技术方案的基础上，步骤4的具体处理步骤为：
33.在仿真体数据可视化引擎中，根据cae网格顶点列表，从第一个cae网格顶点开始，顺序选取各顶点p，每选择一个顶点p后，进行如下处理：
34.历遍cad网格中三角面片，逐个计算三角面片顶点v1、v2、v3与顶点p间的距离；
35.当某三角面片顶点与顶点p间的距离小于预设阀值δ，则标记所述某三角面片顶点为特征点；
36.当三角面片顶点与顶点p间的距离均大于等于预设阀值δ，则：
37.历遍cad网格中三角面片，逐个计算顶点p到三角面片各边的投影距离；
38.当某个投影距离小于预设阀值ε，则在cad网格中插入顶点p在边上的投影点p’，标记投影点p’为特征点；
39.当顶点p到三角面片各边的投影距离均大于等于预设阀值ε，则：
40.插入顶点p并标记顶点p为特征点。
41.在上述技术方案的基础上，步骤4中，所述对cad网格进行局部网格的剖分，是指通过特征点进行cad模型三角剖分，通过重拓扑形成新的三角形，再将特征点添加进cad模型的顶点链表中。
42.一种cad数模的可视化方法，其特征在于，基于上述任意之一所述的cad数模的优化方法得到的cad模型的顶点链表，进行纹理材质映射；
43.经过纹理材质映射处理，得到了轻量化后的cad网格，包含顶点位置、顶点颜色、纹理信息；
44.通过仿真体数据可视化引擎对轻量化后的cad网格进行可视化呈现。
45.在上述技术方案的基础上，对于网格的颜色属性，设三角形t＝(v1，v2，v3)，p是顶点坐标，s是颜色rgb，三角形t的误差度量errormetric表示为：
[0046][0047]
其中是顶点p到投影点p’的距离的平方，是s到s’的距离偏差，s’是投影点p’的颜色插值得来；
[0048]
顶点p到投影点p’的距离通常情况下很小，可以近似认为p点位于三角形t内，其外观属性值通过三个顶点处的属性值直接插值得到，从而大大减少计算量。
[0049]
本发明所述的一种cad数模的优化方法及可视化方法，具有以下
[0050]
有益效果：
[0051]
1、以仿真体数据可视化引擎为基础平台，融合cad设计数据(面数据)，为民机(指民用飞机)类复杂产品多学科融合可视化提供可行的技术路径，在保证cad数模显示质量的前提下，自动压缩cad数模，提升渲染效率。
[0052]
2、充分利用已有的cae网格数据来指引cad数模的优化过程，在保证cad数模显示质量的前提下，优化压缩cad数模。
[0053]
3、通过极大压缩cad数模的面片数(cad可视化模型的三角面片数)，从而减少仿真体数据可视化引擎的渲染负担，保障复杂产品多学科数据融合可视化的交互操作分析，还使得cad与cae融合显示时更加无缝贴合。
[0054]
cae网格数据通常是经过优化处理的，不仅保持了cad设计的形状，而且面片数较少，如果充分利用已有的cae网格数据，在保证cad数模显示质量的前提下，将可以极大压缩cad数模的面片数。
[0055]
本发明所述的一种cad数模的优化方法及可视化方法，可用于民机(民用飞机)数字样机协同设计与评估、多学科协同、虚拟仿真、培训等领域，可以实现大规模工程数据的实时渲染，有助于研制人员发现潜在的技术问题，减少返工，提升民机研制效率。
[0056]
本发明所述的一种cad数模的优化方法及可视化方法，具有通用性、基础性的特点，也可应用于船舶、发动机、汽车等复杂产品的多学科协同可视化，具备市场推广价值。
附图说明
[0057]
本发明有如下附图：
[0058]
附图用于更好地理解本发明，不构成对本发明的不当限定。其中：
[0059]
图1本发明所述一种cad数模的优化方法及可视化方法的流程图。
[0060]
图2.(a)garland和heckbert提出的qem边收缩算法示意图一；
[0061]
图2.(b)garland和heckbert提出的qem边收缩算法示意图二；
[0062]
图3.(a)三角面片顶点与顶点p间的距离示意图一；
[0063]
图3.(b)三角面片顶点与顶点p间的距离示意图二；
[0064]
图3.(c)顶点p在边上的投影点p’示意图；
[0065]
图3.(d)三角剖分示意图；
[0066]
图3.(e)顶点p直接作为特征点示意图一；
[0067]
图3.(f)顶点p直接作为特征点示意图二；
[0068]
图4模型轻量化中对于颜色和纹理的处理方法示意图；
具体实施方式
[0069]
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。所述详细说明，为结合本发明的示范性实施例做出的说明，其中包括本发明实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变
和修改，而不会背离本发明的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
[0070]
如图1所示，本发明给出了一种cad数模的优化方法，包括如下步骤：
[0071]
步骤1，在体数据可视化平台中，读入来自cad系统的cad设计数据；在体数据可视化平台中，读入来自cae系统的cae仿真数据；
[0072]
所述cad设计数据包括：几何信息、材质纹理信息；所述cad设计数据为针对复杂产品的cad设计数据；
[0073]
所述cae仿真数据包括：网格模型和计算结果，所述计算结果为张量计算结果或矢量计算结果；
[0074]
读入cad设计数据和cae仿真数据可通过搭建数据接口实现，以商用cad系统catia为例，搭建3dk数据接口、cadexchanger数据接口，读入cad设计数据和cae仿真数据；
[0075]
读入cad设计数据和cae仿真数据还可通过step、3dxml等开放数据文件格式进行转换；
[0076]
步骤2，构造多学科数据格式解析器，通过多学科数据格式解析器读取cad设计数据和cae仿真数据，并将读取到的数据转化至可被体数据可视化平台的管道与渲染引擎处理的数据结构内；所述管道与渲染引擎采用仿真体数据可视化引擎(例如vtk等现有的任意仿真体数据可视化引擎)；
[0077]
所述数据结构包括：对应于cad设计数据的cad数模；对应于cae仿真数据的cae网格数据；
[0078]
cae网格数据通常是经过优化处理的，不仅保持了cad设计的形状，而且面片数较少，通常情况下，大约是cad离散网格面片数的20％；
[0079]
cae网格数据是在cad设计数模的基础上离散得到的，为了保证后续cae计算的准确性，其网格需要优化处理，对于复杂形状产品，优化过程往往需要工程经验丰富的技术人员参与；
[0080]
cae网格数据的优化准则虽说是为了后续的仿真计算而提出的，但与cad数模的可视化处理准则高度一致，即在较为平缓的区域布置较少的网格顶点、采用较大的网格，在曲率变化剧烈的区域布置较密的网格，并尽量保持原有cad产品的外形特征；
[0081]
因此，可以把cae网格数据视为cad离散模型的高质量简化版，从而指导cad原始离散网格模型的轻量化处理；
[0082]
步骤3，对cad数模进行离散化处理，得到离散化的cad网格；
[0083]
步骤4，以cae网格数据作为cad数模轻量化的优化模板，把cae网格数据中的cae网格顶点作为特征点插入离散化的cad网格，对cad网格进行局部网格的剖分；
[0084]
步骤5，根据网格模型自动轻量化准则对cad网格进行处理，在轻量化处理过程中将步骤4中获取的特征点予以保留，从而达到优化cad网格的目的；
[0085]
所述网格模型自动轻量化准则为以下任意之一：最大误差轻量化准则、压缩百分比轻量化准则；上述轻量化准则均为常规的轻量化准则，本发明不再详述；
[0086]
cad网格轻量化的策略是降低网格的分辨率，仅移除对形状没有显著影响的几何细节，从而显著减少顶点和多边形数量；
[0087]
cad网格轻量化的策略中，差异度量的选择至关重要，理论上它应该反映模型在视
觉上的变化程度，然而在实践中这很难衡量；因此，科研人员提出了许多特定的差异度量，例如对象空间中的几何距离(例如，hausdorff距离)、屏幕空间中的像素距离或属性空间中的差异(例如，法线、颜色或纹理)，应用较广的是garland和heckbert提出的一种基于二次误差作为度量代价(quadric error matrix，qem)的边收缩算法，如图2.(a)、图2.(b)所示，其计算速度快并且简化质量较高，qem边收缩算法在选择一条合适的边进行迭代收缩时，定义了一个描述边收缩代价的变量δ，具体如下：
[0088]
对于网格中的每个顶点v，预先定义一个4
×
4的对称误差矩阵q，那么顶点v＝[vx vy vz 1]
t
的误差为其二次项形式δ(v)＝v
t
qv；
[0089]
假设对于一条收缩边(v1，v2)，收缩后其顶点变为vc，其误差矩阵qc为qc＝q1+q2；
[0090]
常规的计算顶点vc的位置有两种策略：一种简单的策略就是在v1，v2和(v1+v2)/2中选择一个使得收缩代价δ(vc)最小的位置，另一种策略就是数值计算顶点vc位置使得δ(vc)最小，由于δ的表达式是一个二次项形式，因此令一阶导数为0，即该式等价于求解：
[0091][0092]
其中q
ij
为矩阵qc中对应的元素；
[0093]
如果系数矩阵可逆，那么通过求解上述方程就可以得到新顶点vc的位置，如果系数矩阵不可逆，就通过第一种策略来得到新顶点vc的位置；
[0094]
根据以上描述，qem算法步骤如下([1]garland m,heckbert p s.simplifying surfaces with color and texture using quadric error metrics[c]//visualization.ieee,1998.)：
[0095]
(1)对所有的初始顶点计算q矩阵；
[0096]
(2)选择所有有效的边(这里取的是联通的边，也可以将距离小于一个阈值的边归为有效边)；
[0097]
(3)对每一条有效边(v1，v2)，计算最优抽取目标误差(q1+q2)是抽取这条边的代价(cost)；
[0098]
(4)将所有的边按照cost的权值放到一个堆里；
[0099]
(5)每次移除代价(cost)最小的边，并且更新包含着v1的所有有效边的代价；
[0100]
然而，上述常规的qem方法会改变原始网格的拓扑，存在改变原始网格中的边、孔、凹形的风险，并且原始网格中的顶点是直接离散产生于cad设计模型，即这些顶点是空间位置准确的插值点，不宜改变其位置；
[0101]
本发明对常规的qem方法进行改造，当cad网格轻量化的策略采用qem方法时，在顶点和边的选择上增加约束条件：
[0102]
约束条件a，有效边必须是网格中存在的边；
[0103]
约束条件b，vc∈{vi}，vc指轻量化后的顶点，{vi}是指轻量化前的顶点集合，即新顶点是原有的顶点；此处的约束条件是限制轻量化后不会产生新的顶点，避免产生较大的轻量化变形问题；
[0104]
约束条件c，插入的cae网格顶点标记为特征点，在轻量化处理中予以保留；
[0105]
增加约束条件后，不仅可以有效保持cad网格的拓扑，而且计算速度会得到大力提
升；为了保证最终网格的光顺，可以对上述处理完成的网格进行整体优化。
[0106]
在上述技术方案的基础上，步骤4的具体处理步骤为：
[0107]
在仿真体数据可视化引擎中，根据cae网格顶点列表，从第一个cae网格顶点开始，顺序选取各顶点p，每选择一个顶点p后，进行如下处理：
[0108]
历遍cad网格中三角面片，逐个计算三角面片顶点v1、v2、v3与顶点p间的距离；
[0109]
当某三角面片顶点与顶点p间的距离小于预设阀值δ，则标记所述某三角面片顶点为特征点；
[0110]
如图3.(a)、图3.(b)所示，三角面片顶点v1与顶点p间的距离小于预设阀值δ，则标记三角面片顶点v1为特征点，记为v1(p)；
[0111]
当三角面片顶点与顶点p间的距离均大于等于预设阀值δ，则：
[0112]
历遍cad网格中三角面片，逐个计算顶点p到三角面片各边的投影距离；
[0113]
当某个投影距离小于预设阀值ε，则在cad网格中插入顶点p在边上的投影点p’，标记投影点p’为特征点；
[0114]
如图3.(c)所示，顶点p到三角面片顶点v1、三角面片顶点v2形成的边的投影距离小于预设阀值ε，则在cad网格中插入顶点p在边上的投影点p’，标记投影点p’为特征点；
[0115]
当顶点p到三角面片各边的投影距离均大于等于预设阀值ε，则：
[0116]
插入顶点p并标记顶点p为特征点；
[0117]
所述特征点是由顶点p得出，如上所述，当顶点p距离三角面片顶点很近时，该三角面片顶点为特征点；当顶点p距离三角面片的一条边很近时，顶点p到该边的投影点p’为特征点；当顶点p既不靠近三角面片顶点、也不靠近三角面片的一条边时，那就把顶点p直接作为特征点；
[0118]
通过特征点进行cad模型三角剖分，通过重拓扑形成新的三角形，再将特征点添加进cad模型的顶点链表中；三角剖分的具体算法采用现有技术实现，本发明不再详述；
[0119]
如图3.(d)所示，当顶点p距离三角面片的一条边很近时，将包括投影点p’所在边的两个三角面片的顶点，均与投影点p’连接，则原本的两个三角形
△v1v2v3
、
△v1v2v4
拆分为四个三角形
△v1
p
’v3
、
△v2
p
’v3
、
△v1
p
’v4
、
△v2
p
’v4
，完成三角剖分后更新cad网格数据结构链表：将新增特征点p’添加至顶点链表，删除原本两个三角形的顶点索引，并将三角剖分后的四个三角形的顶点索引添加至链表中；
[0120]
如图3.(e)、图3.(f)所示，当顶点p既不靠近三角面片顶点、也不靠近三角面片的一条边时，将顶点p分别与三角面片顶点v1、v
2v3
相连，将原本的一个三角形
△v1v2v3
拆分为三个三角形
△v1
pv2、
△v2
pv3、
△v1
pv3，完成三角剖分后更新cad网格数据结构链表：将新增特征点p添加至顶点链表，删除原本一个三角形的顶点索引，并将三角剖分后的三个三角形的顶点索引添加至链表中。
[0121]
基于上述一种cad数模的优化方法，本发明还给出了一种cad数模的可视化方法，基于前述cad数模的优化方法得到的cad模型的顶点链表，进行纹理材质映射；
[0122]
为了保持cad设计模型上原有的材质、纹理、颜色等属性，需要给新增的特征点赋相应的属性值，借鉴garland([1]garland m,heckbert p s.simplifying surfaces with color and texture using quadric error metrics[c]//visualization.ieee,1998.)的模型轻量化中对于颜色和纹理的处理方法，通过线性插值得到，如图4所示：
[0123]
对于网格的颜色属性，设三角形t＝(v1，v2，v3)，p是顶点坐标，s是颜色rgb，三角形t的误差度量errormetric表示为：
[0124][0125]
其中是顶点p到投影点p’的距离的平方，是s到s’的距离偏差，s’是投影点p’的颜色插值得来；
[0126]
对于本发明中的应用场景而言，顶点p到投影点p’的距离通常情况下很小，可以近似认为p点位于三角形t内，其外观属性值通过三个顶点处的属性值直接插值得到，从而大大减少计算量；
[0127]
经过纹理材质映射处理，得到了轻量化后的cad网格，包含顶点位置、顶点颜色、纹理信息；
[0128]
通过仿真体数据可视化引擎对轻量化后的cad网格进行可视化呈现。
[0129]
本发明中采用的是改进的qem算法，轻量化过程中只是剔除顶点，带纹理材质的cad网格的轻量化处理效率就很高。
[0130]
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
[0131]
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

技术特征：
1.一种cad数模的优化方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，在体数据可视化平台中，读入来自cad系统的cad设计数据；在体数据可视化平台中，读入来自cae系统的cae仿真数据；步骤2，构造多学科数据格式解析器，通过多学科数据格式解析器读取cad设计数据和cae仿真数据，并将读取到的数据转化至可被体数据可视化平台的管道与渲染引擎处理的数据结构内；步骤3，对cad数模进行离散化处理，得到离散化的cad网格；步骤4，以cae网格数据作为cad数模轻量化的优化模板，把cae网格数据中的cae网格顶点作为特征点插入离散化的cad网格，对cad网格进行局部网格的剖分；步骤5，根据网格模型自动轻量化准则对cad网格进行处理，在轻量化处理过程中将步骤4中获取的特征点予以保留，从而达到优化cad网格的目的；所述网格模型自动轻量化准则为以下任意之一：最大误差轻量化准则、压缩百分比轻量化准则。2.如权利要求1所述的一种cad数模的优化方法，其特征在于，步骤1中，所述cad设计数据包括：几何信息、材质纹理信息；所述cad设计数据为针对复杂产品的cad设计数据；所述cae仿真数据包括：网格模型和计算结果，所述计算结果为张量计算结果或矢量计算结果。3.如权利要求1所述的一种cad数模的优化方法，其特征在于，步骤1中，读入cad设计数据和cae仿真数据可通过搭建数据接口实现，读入cad设计数据和cae仿真数据还可通过step、3dxml等开放数据文件格式进行转换。4.如权利要求1所述的一种cad数模的优化方法，其特征在于，步骤2中，所述管道与渲染引擎采用仿真体数据可视化引擎；所述数据结构包括：对应于cad设计数据的cad数模；对应于cae仿真数据的cae网格数据。5.如权利要求1所述的一种cad数模的优化方法，其特征在于，步骤5中，cad网格轻量化的策略是降低网格的分辨率，仅移除对形状没有显著影响的几何细节，从而显著减少顶点和多边形数量；当cad网格轻量化的策略采用qem方法时，在顶点和边的选择上增加约束条件：约束条件a，有效边必须是网格中存在的边；约束条件b，v
c
∈{v
i
}，v
c
指轻量化后的顶点，{v
i
}是指轻量化前的顶点集合，即新顶点是原有的顶点；此处的约束条件是限制轻量化后不会产生新的顶点，避免产生较大的轻量化变形问题；约束条件c，插入的cae网格顶点标记为特征点，在轻量化处理中予以保留。6.如权利要求1所述的一种cad数模的优化方法，其特征在于，步骤4的具体处理步骤为：在仿真体数据可视化引擎中，根据cae网格顶点列表，从第一个cae网格顶点开始，顺序选取各顶点p，每选择一个顶点p后，进行如下处理：历遍cad网格中三角面片，逐个计算三角面片顶点v1、v2、v3与顶点p间的距离；当某三角面片顶点与顶点p间的距离小于预设阀值δ，则标记所述某三角面片顶点为特
征点；当三角面片顶点与顶点p间的距离均大于等于预设阀值δ，则：历遍cad网格中三角面片，逐个计算顶点p到三角面片各边的投影距离；当某个投影距离小于预设阀值ε，则在cad网格中插入顶点p在边上的投影点p’，标记投影点p’为特征点；当顶点p到三角面片各边的投影距离均大于等于预设阀值ε，则：插入顶点p并标记顶点p为特征点。7.如权利要求6所述的一种cad数模的优化方法，其特征在于，步骤4中，所述对cad网格进行局部网格的剖分，是指通过特征点进行cad模型三角剖分，通过重拓扑形成新的三角形，再将特征点添加进cad模型的顶点链表中。8.一种cad数模的可视化方法，其特征在于，基于权利要求1至7任意之一所述的cad数模的优化方法得到的cad模型的顶点链表，进行纹理材质映射；经过纹理材质映射处理，得到了轻量化后的cad网格，包含顶点位置、顶点颜色、纹理信息；通过仿真体数据可视化引擎对轻量化后的cad网格进行可视化呈现。9.如权利要求8所述的一种cad数模的可视化方法，其特征在于，对于网格的颜色属性，设三角形t＝(v1，v2，v3)，p是顶点坐标，s是颜色rgb，三角形t的误差度量errormetric表示为：其中是顶点p到投影点p’的距离的平方，是s到s’的距离偏差，s’是投影点p’的颜色插值得来；顶点p到投影点p’的距离通常情况下很小，可以近似认为p点位于三角形t内，其外观属性值通过三个顶点处的属性值直接插值得到，从而大大减少计算量。

技术总结
本发明涉及一种CAD数模的优化方法及可视化方法，包括如下步骤：读入CAD设计数据和CAE仿真数据；构造多学科数据格式解析器，转化读取到的数据；CAD数模离散化为CAD网格；把CAE网格顶点作为特征点插入CAD网格，对CAD网格进行局部网格的剖分；根据网格模型自动轻量化准则对CAD网格进行处理，并保留特征点；所述网格模型自动轻量化准则为以下任意之一：最大误差轻量化准则、压缩百分比轻量化准则。本发明，以仿真体数据可视化引擎为基础平台，利用已有的CAE网格数据来指引CAD数模的优化过程，在保证CAD数模显示质量的前提下，自动压缩CAD数模，提升渲染效率，为民机类复杂产品多学科融合可视化提供可行的技术路径。视化提供可行的技术路径。视化提供可行的技术路径。


技术研发人员：许澍虹 王丽君 杨东浩 王大伟 武玉芬
受保护的技术使用者：中国商用飞机有限责任公司
技术研发日：2023.02.16
技术公布日：2023/7/11