本發(fā)明主要涉及水電工程結(jié)構(gòu)三維建模領(lǐng)域，具體涉及一種尾水流道三維模型創(chuàng)建方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、水工結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在現(xiàn)代水電工程中起著至關(guān)重要的作用，其中對(duì)尾水流道的精準(zhǔn)構(gòu)建是確保結(jié)構(gòu)安全與功能發(fā)揮的關(guān)鍵，而尾水流道本身為了滿(mǎn)足復(fù)雜的水力學(xué)條件，往往具有極為復(fù)雜的曲面，現(xiàn)代水工設(shè)計(jì)中通常采用三維建模的方式來(lái)精確表達(dá)其幾何外形，這就涉及對(duì)尾水流道進(jìn)行三維建模。傳統(tǒng)的建模方法通常需要人手工根據(jù)廠家參數(shù)設(shè)置多個(gè)截面輪廓，再通過(guò)拉伸放樣的方式構(gòu)建復(fù)雜幾何外形，而通常一個(gè)流道有著20～30個(gè)甚至更多的標(biāo)準(zhǔn)截面，手工構(gòu)建這些截面不僅操作復(fù)雜、效率低下，而且由于人為因素的影響，常常導(dǎo)致中途的錯(cuò)誤操作，從而造成返工，無(wú)法滿(mǎn)足快速迭代設(shè)計(jì)的需求。

2、目前，已有一些尾水流道建模的自動(dòng)化方法被提出，但這些方法通常面臨諸多挑戰(zhàn)。例如，基于網(wǎng)格化建模的方式進(jìn)行尾水流道建模，但是這種方式難以有效處理復(fù)雜曲面的流道形態(tài)，且與主流設(shè)計(jì)軟件的兼容性較差，并且不具備參數(shù)化條件，無(wú)法在模型建立后進(jìn)行修改；還有一些尾水流道的建模方式雖然在一定程度上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，但依然需要人工干預(yù)和調(diào)整，無(wú)法做到完全自動(dòng)化建模。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題

2、提供一種尾水流道三維模型創(chuàng)建方法及系統(tǒng)，目的在于提高尾水流道三維模型創(chuàng)建的準(zhǔn)確性和自動(dòng)化程度。

3、本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案

4、一方面，本發(fā)明提供一種尾水流道三維模型創(chuàng)建方法，包括：

5、尾水流道三維模型創(chuàng)建方法，包括：

6、步驟s1：收集尾水流道參數(shù)，將收集的尾水流道參數(shù)轉(zhuǎn)換為輪廓數(shù)據(jù)集，所述輪廓數(shù)據(jù)中包括輪廓的空間位置參數(shù)和輪廓外形幾何參數(shù)；

7、步驟s2：根據(jù)輪廓的空間位置參數(shù)將輪廓外形幾何參數(shù)轉(zhuǎn)換到建立的輪廓中心坐標(biāo)系中；

8、步驟s3：根據(jù)輪廓中心坐標(biāo)系中的輪廓外形幾何參數(shù)判斷各個(gè)輪廓的輪廓類(lèi)型；

9、步驟s4：基于輪廓類(lèi)型在不同的特征位置上生成多個(gè)耦合點(diǎn)；

10、步驟s5：根據(jù)輪廓中心坐標(biāo)系中的輪廓外形幾何參數(shù)生成每個(gè)輪廓的nurbs曲線集；

11、步驟s6：選擇耦合策略，將不同輪廓上的耦合點(diǎn)采用nurbs曲線連接生成脊線；

12、步驟s7：基于輪廓的nurbs曲線和生成的脊線生成尾水流道表面nurbs曲面，將生成的nurbs曲面進(jìn)行拼接，生成尾水流道三維模型。

13、進(jìn)一步的，步驟s1中所述輪廓的空間位置參數(shù)包括輪廓在世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(x，y，z)，輪廓外形幾何參數(shù)包括輪廓所在平面繞x，y，z軸的旋轉(zhuǎn)角度θ、β、γ，輪廓的寬度w，輪廓的高度h，輪廓上半部倒角半徑r1，輪廓下半部倒角半徑r2。

14、進(jìn)一步的，步驟s3中所述輪廓類(lèi)型包括圓形、單邊半圓矩形、雙邊半圓矩形、單邊半圓角矩形，雙邊半圓角矩形、單邊圓角矩形和雙邊圓角矩形。

15、進(jìn)一步的，步驟s4包括：根據(jù)當(dāng)前輪廓與后繼輪廓的類(lèi)型，在輪廓的特征點(diǎn)中選擇耦合點(diǎn)；所述特征點(diǎn)包括弧線的啟點(diǎn)和終點(diǎn)，以及矩形角點(diǎn)。

16、進(jìn)一步的，步驟s6包括：

17、(1)根據(jù)步驟s3中的輪廓類(lèi)型判斷結(jié)果生成輪廓類(lèi)型列表ct，在輪廓類(lèi)型列表中記錄每個(gè)輪廓的編號(hào)ct1,ct2,…,ctn；

18、(2)將輪廓類(lèi)型列表中相鄰的相同輪廓進(jìn)行合并，并記錄每一組合并輪廓中各個(gè)輪廓的編號(hào)范圍[i,j]；

19、(3)將輪廓類(lèi)型列表ct中相鄰的相同輪廓進(jìn)行合并，形成最終的輪廓類(lèi)型分組ctc((tk,[i,j]),…)；tk為融合后的輪廓類(lèi)型；

20、(4)根據(jù)選擇的耦合策略分別連接所述輪廓類(lèi)型分組ctc((tk,[i,j]),…)中對(duì)應(yīng)的輪廓編號(hào)范圍[i,j]內(nèi)所有輪廓的耦合點(diǎn)，形成脊線集l(l1,l2,…,lk)。

21、進(jìn)一步的，步驟s7包括：

22、(1)獲取輪廓nurbs曲線集cs(cs1,cs2,…,csn)、脊線集l(l1,l2,…,lk)、合并融合后的輪廓類(lèi)型分組ctc((tk,[i,j]),…)；

23、(2)根據(jù)輪廓類(lèi)型分組ctc((tk,[i,j]),…)中對(duì)應(yīng)的輪廓編號(hào)范圍[i,j]，通過(guò)nurbs曲面放樣算法調(diào)用輪廓nurbs曲線集cs(cs1,cs2,…,csn)中的nurbs曲線和脊線集l(l1,l2,…,lk)中的脊線分段形成尾水流道nurbs曲面模型ns(ns1,ns2,…,nsk)；

24、(3)對(duì)nurbs曲面模型進(jìn)行曲面拼接，生成尾水流道三維模型。

25、進(jìn)一步的，生成的尾水流道三維模型以stp格式導(dǎo)出。

26、另一方面，基于上述尾水流道三維模型創(chuàng)建方法，本發(fā)明還提供一種尾水流道三維模型創(chuàng)建系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、斷面輪廓識(shí)別模塊、耦合點(diǎn)生成模塊、斷面輪廓生成模塊、模型放樣生成模塊，模型導(dǎo)出模塊；

27、所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，用于收集尾水流道參數(shù)，將收集的尾水流道參數(shù)轉(zhuǎn)換為輪廓數(shù)據(jù)集參數(shù)；所述輪廓數(shù)據(jù)中包括輪廓的空間位置參數(shù)和輪廓外形幾何參數(shù)；

28、所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，用于根據(jù)輪廓數(shù)據(jù)集中的輪廓的空間位置參數(shù)將輪廓外形幾何參數(shù)轉(zhuǎn)換到建立的輪廓中心坐標(biāo)系中；

29、所述斷面輪廓識(shí)別模塊，用于根據(jù)輪廓中心坐標(biāo)系中的輪廓外形幾何參數(shù)判斷各個(gè)輪廓的類(lèi)型；

30、所述耦合點(diǎn)生成模塊，基于輪廓類(lèi)型在不同的特征位置上生成多個(gè)耦合點(diǎn)；

31、所述斷面生成模塊，根據(jù)輪廓中心坐標(biāo)系中的輪廓外形幾何參數(shù)生成每個(gè)輪廓的nurbs曲線，建立nurbs曲線集；

32、所述模型放樣生成模塊：用于根據(jù)選擇的耦合策略，將不同斷面輪廓上的對(duì)應(yīng)耦合點(diǎn)采用nurbs曲線連接生成脊線集；基于輪廓的nurbs曲線和生成的脊線生成尾水流道表面nurbs曲面，將生成的nurbs曲面進(jìn)行拼接，生成尾水流道三維模型；

33、所述模型導(dǎo)出模塊，用于將生成的尾水流道三維模型按照設(shè)定的導(dǎo)出格式進(jìn)行導(dǎo)出。

34、本發(fā)明的有益效果

35、本發(fā)明所述的尾水流道三維模型創(chuàng)建方法及系統(tǒng)，對(duì)尾水流道原始資料轉(zhuǎn)化為空間位置參數(shù)和輪廓外形幾何參數(shù)，開(kāi)發(fā)編寫(xiě)程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；識(shí)別各斷面輪廓數(shù)據(jù)確定輪廓類(lèi)型，進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)編寫(xiě)程序?qū)崿F(xiàn)尾水流道各斷面輪廓的繪制，為不同類(lèi)型的斷面形式組合添加耦合點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)多斷面放樣并得到最終流道模型；能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜曲面尾水流道的自動(dòng)生成，并在保證高精度的前提下，大幅提升建模效率，減少人工干預(yù)，滿(mǎn)足現(xiàn)代水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)尾水流道建模的高效與精準(zhǔn)要求。

技術(shù)特征：

1.尾水流道三維模型創(chuàng)建方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尾水流道三維模型創(chuàng)建方法，其特征在于，步驟s1中所述輪廓的空間位置參數(shù)包括輪廓在世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(x，y，z)，輪廓外形幾何參數(shù)包括輪廓所在平面繞x，y，z軸的旋轉(zhuǎn)角度θ、β、γ，輪廓的寬度w，輪廓的高度h，輪廓上半部倒角半徑r1，輪廓下半部倒角半徑r2。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尾水流道三維模型創(chuàng)建方法，其特征在于，步驟s3中所述輪廓類(lèi)型包括圓形、單邊半圓矩形、雙邊半圓矩形、單邊半圓角矩形，雙邊半圓角矩形、單邊圓角矩形和雙邊圓角矩形。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尾水流道三維模型創(chuàng)建方法，其特征在于，步驟s4包括：根據(jù)當(dāng)前輪廓與后繼輪廓的類(lèi)型，在輪廓的特征點(diǎn)中選擇耦合點(diǎn)；所述特征點(diǎn)包括弧線的啟點(diǎn)、終點(diǎn)和矩形角點(diǎn)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的尾水流道三維模型創(chuàng)建方法，其特征在于，步驟s6包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的尾水流道三維模型創(chuàng)建方法，其特征在于，步驟s7包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尾水流道三維模型創(chuàng)建方法，其特征在于，將生成的尾水流道三維模型以stp格式導(dǎo)出。

8.尾水流道三維模型創(chuàng)建系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-7任意一項(xiàng)所述的尾水流道三維模型創(chuàng)建方法，其特征在于，包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、斷面輪廓識(shí)別模塊、耦合點(diǎn)生成模塊、斷面輪廓生成模塊、模型放樣生成模塊，模型導(dǎo)出模塊；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明主要涉及及水電工程結(jié)構(gòu)三維建模領(lǐng)域。為了提高尾水流道三維模型創(chuàng)建的準(zhǔn)確性和自動(dòng)化程度，本發(fā)明提供一種尾水流道三維模型創(chuàng)建方法及系統(tǒng)，其核心思想是：收集尾水流道參數(shù)，將其轉(zhuǎn)換為空間位置參數(shù)和輪廓外形幾何參數(shù)；將輪廓外形幾何參數(shù)轉(zhuǎn)換到建立的輪廓中心坐標(biāo)系中，并根據(jù)輪廓外形幾何參數(shù)判斷輪廓類(lèi)型；基于輪廓類(lèi)型在不同的特征位置上生成多個(gè)耦合點(diǎn)；根據(jù)輪廓中心坐標(biāo)系中的輪廓外形幾何參數(shù)生成每個(gè)輪廓的NURBS曲線；選擇耦合策略，將不同輪廓上的耦合點(diǎn)采用NURBS曲線連接生成脊線，并建立脊線集合；基于輪廓的NURBS曲線和生成的脊線生成尾水流道表面NURBS曲面后進(jìn)行拼接，生成尾水流道三維模型。

技術(shù)研發(fā)人員：孫宸,張沖,文伏靈,鐘桂良,羅雅凡,楊言,姜陽(yáng),劉曉勇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/24