面向大型装备自动喷涂的三维模型网格自适应分区方法

本发明涉及计算机图形学和自动化喷涂技术，具体是一种面向大型装备自动喷涂的三维模型网格自适应分区方法。

背景技术：

1、自动喷涂技术是一种广泛应用于工业生产中的表面处理技术，它可以提高生产效率，提高喷涂质量，降低人力成本。然而，对于具有复杂表面结构的大型装备，实现均匀、高质量的喷涂仍然是一个技术难题。自动喷涂涉及到模型划分分区，这是一个关键的步骤。由于人工喷涂的局限性和机械臂臂展的有限性，无法覆盖较大模型的所有表面，因此，为了提高喷涂质量，一般需要对喷涂区域进行分区划分，然后根据分区的特点进行喷涂。

2、传统的分区方法通常是基于规则或固定的分区模板，无法适应模型的复杂几何形状和特征，因此往往需要人工干预，导致划分质量和效率低下。例如，一种常用的分区方法是将模型表面划分为若干个平行的水平层，然后在每一层上进行喷涂。这种方法虽然简单，但是对于具有曲面或倾斜面的模型，可能会导致喷涂不均匀或遗漏。这种方法的局限性在于它忽略了模型的几何特征，而只考虑了模型的高度。

3、同时现有的网格划分方法往往是针对通用的科学计算问题，而非特定的工业应用，因此在处理特定的工业应用问题时，可能无法达到理想的效果。例如，映射法不是完全面向几何特征的，因此很难实现自动化，尤其是对于三维区域。基于栅格法的网格划分可能会导致网格质量不高，特别是在处理复杂的几何形状时。节点连元法可能会导致网格的不规则性，从而影响计算的精度。拓扑分解法和几何分解法在处理复杂的三维模型时可能会遇到困难。扫描法只适合于形状简单的三维物体，且主要依赖人机交互来实现，自动化程度低。这些方法的共同缺点在于它们没有针对大型装备自动喷涂的特殊需求进行优化，而是采用了通用的网格划分策略。

4、综上所述，现有的分区方法和网格划分方法都存在一定的局限性，无法满足大型装备自动喷涂的需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种面向大型装备自动喷涂的三维模型网格自适应分区方法，在此基础上以实现均匀、高质量的喷涂效果。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、面向大型装备自动喷涂的三维模型网格自适应分区方法，包括以下步骤：

4、步骤1)识别大型装备自动喷涂的三维模型表面的特征；

5、步骤2)对选取的特征进行处理；

6、步骤3)对处理后的特征进行封闭；

7、步骤4)根据封闭后的特征定义喷涂区域并进行区域生长；

8、步骤5)对生长完成的喷涂区域进行合并处理。

9、本发明进一步的改进在于，所述步骤1)，识别模型表面的特征的方法为：

10、根据曲率、法线角度、二面角和形状直径参数识别模型表面的特征，根据模型本身的属性选择阈值。

11、本发明进一步的改进在于，所述步骤2)，对选取的特征进行处理的方法包括特征过滤和分叉处理。

12、本发明进一步的改进在于，特征过滤基于已识别特征的连通性，过滤掉小于设定阈值的特征连通区域，以优化模型处理效果。

13、本发明进一步的改进在于，分叉处理是指根据拓扑结构，使用深度优先搜索过滤掉分叉路径小于设定阈值的特征。

14、本发明进一步的改进在于，所述步骤3)，对处理后的特征进行封闭的方法为：

15、断点延伸是特征封闭的关键步骤，旨在将断开的特征线段连接起来，使其形成完整的闭合特征；

16、三角面重划分是指根据特征线的形状和走向，重新划分三角面，以更好地适应模型特征进行分区；

17、设置权重是指根据特征的重要程度，为每个特征线分配一个权重值；

18、在特征封闭过程中，引入了特征线评价函数，该函数采用一个c(p)成本函数，通过综合考虑特征线的长度、尖锐度和平滑度因素，客观地评估特征线的重要性和适用性；在进行特征延伸的选择时，该函数优化了分区的质量。

19、本发明进一步的改进在于，所述步骤5)，对生长完成的喷涂区域进行合并处理过程分三步进行，初始合并、权衡二面角和边缘数量合并以及权衡平面性和面积合并。

20、本发明进一步的改进在于，初始合并是指对于面积小于设定阈值的区域，将其与其相邻的区域合并，合并的依据是区域之间的距离、共享边的数量以及特征边的权重。

21、本发明进一步的改进在于，权衡二面角和边缘数量合并是在初始合并的基础上，根据相邻区域的二面角大小和边缘数量进行进一步的合并；对于给定的两个区域，算法根据边缘部分的长度和平均二面角计算一个概率，决定是否移除某个边缘部分，并将两个相邻的区域进行合并。

22、本发明进一步的改进在于，权衡平面性和面积合并在初始合并以及权衡二面角和边缘数量合并的基础上，根据相邻区域的平面性和面积大小进行最终的合并，以得到最佳的喷涂效果；对于给定的两个区域，算法根据区域的平面性和面积计算一个概率，决定是否将两个区域合并，以生成更大且更有意义的区域。

23、本发明至少具有以下有益的技术效果：

24、本发明能够根据大型装备模型的复杂表面结构，自动地将模型表面划分为若干个喷涂区域，并根据区域的特征进行喷涂。这样可以有效地克服臂展有限的问题，从而更好地适应各种形状和大小的大型装备模型，提高喷涂过程的效率、稳定性和可靠性。

25、本发明通过封闭处理特征线并定义权重值和评价函数，能够精确地引导分区的生长方向，并实现对生长过程的有效控制。这一创新性技术优化了大型装备模型分区的形状和质量，使分区过程更加精确和可控。通过封闭处理特征线，可以更好地捕捉和描述大型装备模型的特征，从而在分区过程中更加准确地引导生长方向。同时，通过定义权重值和评价函数，可以对特征的重要性和适用性进行客观评估，从而实现对生长过程的有效控制。

26、本发明还通过区域合并处理技术，将多个区域进行优化整合。这一技术进一步提高了大型装备模型分区的形状和质量。通过将相邻的、具有相似特征的区域进行合并，可以更好地保持大型装备模型的连续性和一致性，同时减少了分区数量，简化了操作流程。这一技术不仅拓宽了本发明的适用范围，还为后续的处理和分析提供了更准确、更有效的数据。

27、本发明的操作流程简单易行，无需过多人工干预，实现了全自动化过程。这不仅降低了人力成本，还提高了生产效率。此外，本发明具有实际的应用价值，生成的网格和分区结果可为喷涂行业尤其是大型装备自动喷涂提供准确、有效的数据支持和参考。

28、综上，这种面向大型装备自动喷涂的三维模型网格自适应分区方法，为大型装备的制造提供了一种新的、高效的喷涂解决方案。

技术特征：

1.面向大型装备自动喷涂的三维模型网格自适应分区方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的面向大型装备自动喷涂的三维模型网格自适应分区方法，其特征在于，所述步骤1)，识别模型表面的特征的方法为：

3.根据权利要求1所述的面向大型装备自动喷涂的三维模型网格自适应分区方法，其特征在于，所述步骤2)，对选取的特征进行处理的方法包括特征过滤和分叉处理。

4.根据权利要求3所述的面向大型装备自动喷涂的三维模型网格自适应分区方法，其特征在于，特征过滤基于已识别特征的连通性，过滤掉小于设定阈值的特征连通区域，以优化模型处理效果。

5.根据权利要求3所述的面向大型装备自动喷涂的三维模型网格自适应分区方法，其特征在于，分叉处理是指根据拓扑结构，使用深度优先搜索过滤掉分叉路径小于设定阈值的特征。

6.根据权利要求1所述的面向大型装备自动喷涂的三维模型网格自适应分区方法，其特征在于，所述步骤3)，对处理后的特征进行封闭的方法为：

7.根据权利要求1所述的面向大型装备自动喷涂的三维模型网格自适应分区方法，其特征在于，所述步骤5)，对生长完成的喷涂区域进行合并处理过程分三步进行，初始合并、权衡二面角和边缘数量合并以及权衡平面性和面积合并。

8.根据权利要求7所述的面向大型装备自动喷涂的三维模型网格自适应分区方法，其特征在于，初始合并是指对于面积小于设定阈值的区域，将其与其相邻的区域合并，合并的依据是区域之间的距离、共享边的数量以及特征边的权重。

9.根据权利要求7所述的面向大型装备自动喷涂的三维模型网格自适应分区方法，其特征在于，权衡二面角和边缘数量合并是在初始合并的基础上，根据相邻区域的二面角大小和边缘数量进行进一步的合并；对于给定的两个区域，算法根据边缘部分的长度和平均二面角计算一个概率，决定是否移除某个边缘部分，并将两个相邻的区域进行合并。

10.根据权利要求7所述的面向大型装备自动喷涂的三维模型网格自适应分区方法，其特征在于，权衡平面性和面积合并在初始合并以及权衡二面角和边缘数量合并的基础上，根据相邻区域的平面性和面积大小进行最终的合并，以得到最佳的喷涂效果；对于给定的两个区域，算法根据区域的平面性和面积计算一个概率，决定是否将两个区域合并，以生成更大且更有意义的区域。

技术总结
本发明公开了一种面向大型装备自动喷涂的三维模型网格自适应分区方法，该方法能够根据大型装备模型的复杂表面结构，自动划分喷涂区域，并依据区域特征进行喷涂，有效解决了喷涂臂展有限的问题。同时，该方法能够自适应地根据模型特征进行分区，使得喷涂更加贴合实际需求，进而提升喷涂质量和效率。本发明具有实际应用价值，生成的网格和分区结果可为喷涂行业特别是大型装备自动喷涂提供准确、有效的数据支持和参考。此方法简单易行，无需过多人工干预，实现了全自动化过程，降低了人力成本并提高了生产效率。因此，本发明为大型装备的制造提供了一种新的、高效的喷涂解决方案，具有重要实际应用价值和广阔市场前景。

技术研发人员：郑帅,石翔慧,张哲源,施俊良
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17