用于从三维多块网格中自动检索拼接边界面对应关系的方法与流程

本发明属于计算流体力学领域，具体涉及一种用于从三维多块网格中自动检索拼接边界面对应关系的方法。

背景技术：

在计算流体力学(CFD)领域，多块结构网格由于拓扑结构简单、计算精度高等优点被广泛应用。传统多块结构网格主要采用点对点的对接方式，网格生成时需要严格保证相邻网格块的拓扑关系，容易造成网格点分布不合理、网格量过大以及网格生成难度大。而采用拼接方式，块与块的公共面上网格线不再需要连续对接，网格块之间拓扑结构灵活，各块可根据流场特性合理布置网格点数，进而有效减小网格量，降低网格生成难度。

应用基于多块对接/拼接结构网格技术进行流场数值模拟，采用通用网格软件生成多块对接/拼接结构网格，其中对接面对应关系由网格软件直接给出，而拼接面对应关系软件尚无法直接给出。在复杂网格中，拼接面形式多样且数据众多，人为一一给定其对应关系极为繁琐且容易出错。

技术实现要素：

实际中网格拓扑结构复杂，网格块间拼接面对应形式多样，在进行对应拼接面单元找重和通量守恒插值前需要从所有拼接面中准确快速检索出各拼接面对应关系。本发明从拼接网格处理模块中提取而来，给出了一种从三维复杂多块对接/拼接结构网格中自动检索拼接边界面对应关系的方法。针对存在拼接面的三维复杂多块结构网格，本方法能够直接识别拼接面拓扑信息，自动检索各拼接面对应关系，并根据对应关系实现拼接面自定义链表化管理，以供后续进行对应拼接面单元找重和通量守恒插值。

本发明提供一种在网格前处理时从三维复杂多块对接/拼接结构网格中自动检索拼接边界面对应关系的方法，避免繁琐的人为指定操作，有效提高拼接网格处理模块的应用效率。

本发明的技术方案是：

用于从三维多块网格中自动检索拼接边界面对应关系的方法，其包括如下步骤：

根据预定的拼接边界条件从三维多块网格中查找出具有拼接边界的拼接面，将拼接面对应的拼接面信息写入数据结构体中并插入到单向链表，单向链表的每一个结点代表一个拼接面；

从单向链表的表头指向结点出发，依次选定待找结点，沿链表往后逐点扫描，根据拼接面位置关系判断方法判断该结点是否与待找结点存在对应关系，如果没对应关系，跳至下一结点继续扫描，直至找到某一结点与待找结点存在对应关系，如存在对应关系，将该结点从单向链表(主链)中抽出，并在支路与待找结点建立链接；

判断待找结点是否为主链最后一个结点，如是，则检索工作完成，若不是，则跳至主链下一结点并作为待找结点开始检索工作。

优选的是，所述的用于从三维多块网格中自动检索拼接边界面对应关系的方法中，根据面积大小判断存在对应关系的拼接面是否为1对1的拼接形式，若是，将网格疏的拼接面放入主链结点；若不是，则拼接形式为1对N，将面积小的拼接面插入支链，面积大的拼接面插入主链结点并作为待找结点，然后在主链中往后继续逐点扫描，找出所有与待找结点存在对应关系的拼接面，并依次插入该待找结点的支链。

优选的是，所述的用于从三维多块网格中自动检索拼接边界面对应关系的方法中，拼接面位置关系判断方法包括以下步骤：

计算各拼接面所有网格点指向中心点的有向线段在其对角线法向上的投影值HFF，提取最大HFFmax和最小值HFFmin，并将其存入串形链表相应结点的结构体中；

比较两个拼接面中心点坐标位置，若位置相同，则判断两拼接面存在对应关系；

若位置不同，将两个待判断拼接面分别设为Q和P，计算拼接面Q的四顶点在拼接面P的对角线法向上的投影值HQP，提取最大值HQPmax和最小值HQPmin，计算拼接面P的四顶点在拼接面Q的对角线法向上的投影值HPQ，提取最大值HPQmax和最小值HPQmin；

根据判定公式A：HQPmax≤HPPmax、HQPmin≥HPPmax，以及判定公式B：HPQmax≤HQQmax、HPQmin≥HQQmax，若二个判定公式至少有一成立，则认为两拼接面可能存在对应关系；

若公式A成立，则将拼接面Q中心点沿拼接面P各网格单元法向投影，若扫描到投影点落在某一网格单元内，则判断两拼接面P和Q存在对应关系，反之则不存在对应关系，同样，若公式B成立，则将拼接面P中心点沿拼接面Q网格单元法向投影，若扫描到投影点落在某一网格单元内，则判断两拼接面P和Q存在对应关系，反之则不存在对应关系。

本发明与现有技术相比的优点在于：

采用通用网格软件生成多块对接/拼接结构网格，只需针对拼接边界面统一设置为自定义的拼接边界条件，无需手工指定拼接面对应信息，避免人为出错的可能性，有效提高拼接网格处理模块的应用效率；

拼接对应关系检索策略能适应自由灵活的拼接面拓扑结构，兼容处理拼接面1对1、1对N的拼接形式，拼接面数量不限，拼接面可以为多种形式四边形，如平面四边形、曲边四边形以及空间四边形；

自定义数据结构根据拼接面对应关系动态组织，轻松实现拼接面对应关系链表化管理；

拼接面位置关系判断算法历经多轮极端测试，能够适应多种复杂多块对接/拼接结构网格。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明提供的用于从三维多块网格中自动检索拼接边界面对应关系的方法中拼接面的拼接形式为1对1的示意图；

图2为本发明提供的用于从三维多块网格中自动检索拼接边界面对应关系的方法中拼接面的拼接形式为1对N的示意图；

图3为本发明提供的用于从三维多块网格中自动检索拼接边界面对应关系的方法中拼接面的对应关系检索存储过程及数据结构的示意图；

图4为本发明提供的用于从三维多块网格中自动检索拼接边界面对应关系的方法中拼接面数据结构体的示意图；

图5为本发明提供的用于从三维多块网格中自动检索拼接边界面对应关系的方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

本发明主要涉及CFD拼接网格处理模块，从三维复杂多块对接/拼接结构网格中自动检索拼接边界面对应关系，如图5所示，具体实施流程为：

(1)采用通用网格软件生成多块对接/拼接结构网格，拼接网格块间拓扑结构不受相互制约，拼接形式根据实际需要可以选择为1对1、1对N，如图1和图2所示，拼接面为四边形；

(2)拼接边界面统一设置为自定义的拼接边界条件，输出网格坐标以及边界条件文件；

(3)程序读入网格坐标和边界条件，逐一扫描边界条件，根据边条编号识别出拼接面，将该拼接面相应信息写入自定义数据结构体，如图3所示，插入如图4所示的单向链表，链表每一个结点代表一个拼接面；

(4)从单向链表表头指向结点出发，如图4所示拼接面1，读入相关信息并作为待找结点，沿链表往后逐点扫描，根据拼接面位置关系判断算法自动识别该结点是否与待找结点存在对应关系；

(5)如果没对应关系，跳至下一结点继续扫描，直至找到某一结点与待找结点存在对应关系，图4假定拼接面1、3存在对应关系，将该结点从单向链表(主链)中抽出，并在支路与待找结点建立链接；

(6)根据面积大小判断存在对应关系的拼接面是否为1对1的拼接形式，若是，将网格疏者放入主链结点，如图4所示拼接面1和3、拼接面2和7，该组拼接面对应关系判断结束，跳至步骤(8)；

(7)若不是，则拼接形式为1对N，如图4假定拼接面6与拼接面4、8、9存在对应关系，将面积大者插入主链结点并作为待找结点，面积小者插入支链，然后在主链中往后逐一检索，找出所有与待找结点存在对应关系的拼接面，并依次插入待找结点支链；

(8)判断主链结点是否为主链最后一个结点，如是，则检索工作完成，若不是，返回步骤(4)在主链中跳至下一结点作为待找结点开始检索工作。

拼接面位置关系判断算法

主要思想：存在对应关系的两个拼接面(不论1对1，还是1对N)，在拓扑结构上必然属于包含关系，即一个拼接面所有点均在另一个拼接面上，基于这点设计了拼接面位置关系判断算法，经测试该算法兼容多种极端拼接形式，具有较高的可靠性。

计算各拼接面(记为F)所有网格点指向中心点的有向线段在其对角线法向上的投影，提取最大和最小值：HFFmax和HFFmin，存入链表相应结点的结构体中；

比较两拼接面中心点坐标位置，若位置相同，则判断两拼接面存在对应关系，若位置不同，继续进行以下操作；

将两待判断拼接面设为Q和P，计算拼接面Q四顶点在拼接面P对角线法向上投影，提取最大和最小值：HQPmax和HQPmin，同样计算出HPQmax和HPQmin；

给出判定公式A：HQPmax≤HPPmax、HQPmin≥HPPmax，以及判定公式B：HPQmax≤HQQmax、HPQmin≥HQQmax，若二者至少有一成立，认为两拼接面可能存在对应关系，继续进行以下操作，反之则不存在对应关系；

假设公式A成立，则将拼接面Q中心点沿拼接面P各网格单元法向投影，若扫描到投影点落在某一网格单元内，则判断两拼接面存在对应关系，反之则不存在对应关系，同样，若公式B成立，则将拼接面P中心点沿拼接面Q网格单元法向投影。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。