JPH04246779A - 3次元境界適合メッシュ分割における曲面の設定方法及びその装置 - Google Patents

3次元境界適合メッシュ分割における曲面の設定方法及びその装置

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JPH04246779A
JPH04246779A JP3032346A JP3234691A JPH04246779A JP H04246779 A JPH04246779 A JP H04246779A JP 3032346 A JP3032346 A JP 3032346A JP 3234691 A JP3234691 A JP 3234691A JP H04246779 A JPH04246779 A JP H04246779A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、主として複雑な形状の
物体に沿った流れの解析を有限体積法などで解析する場
合に用いられる3次元境界適合メッシュ分割の方法及び
その装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、複雑な形状に沿った流れの解
析を有限体積法で解析する場合、3次元CADシステム
等によって作成される物体形状のポリゴンデータを入力
し、このポリゴンデータに基づいて3次元メッシュを作
成し、もって物体の3次元流体解析を行うことが知られ
ている。この従来のメッシュ作成過程では、入力された
ポリゴン面の集合を形状境界とし、メッシュ分割してい
た。ただし、作業の初期においては物体の形状的特徴は
考慮せず、ポリゴン面のなす閉曲面を横切って基準とな
る平面を必要箇所に適宜設定し、各基準平面をメッシュ
分割し、さらにそれらの平面メッシュ間を直線的に補間
することにより、物体形状におおまかに沿った3次元メ
ッシュ領域を作成する。その後、この3次元メッシュの
表面のメッシュを近傍のポリゴン面に写像することによ
り、物体形状にメッシュを対応させる。この操作をサー
フェースフィットと称する。ただ、この段階では表面の
メッシュ以外は依然として物体形状に対応していないの
で、表面メッシュを基準に、全体的にメッシュの配置を
数値計算によって、平滑化することにより、最終のメッ
シュを得る。この操作をスムージングと称する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、複雑な形状
に沿った流れの解析を有限体積法で解析する場合の、境
界適合メッシュ分割による曲面の設定方法においては、
3次元CADシステム等から入力される物体形状のポリ
ゴンデータから、3次元メッシュを作成する過程におい
て、上述のように物体の形状的な特徴を考慮せず、単に
ポリゴン面の集合を形状境界としていたため、単純な曲
面や直線的な複合形状には適用可能であるが、3次元の
複雑な自由曲面形状を持つ物体に対しては、適用困難な
場合があった。本発明は、上述した問題点を解決するも
ので、入力されたポリゴンデータに基づき、物体形状を
例えば6面体として認識し、その6面体のエッジをパラ
メトリックな自由曲線及び直線の複合曲線として会話的
にあてはめることができるようにして、複雑な曲面の境
界適合メッシュ分割を可能とする3次元境界適合メッシ
ュ分割における曲面の設定方法及びその装置を提供する
ことを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに請求項1の発明は、物体の形状に沿った流れの解析
などを行う場合の、境界適合メッシュ分割による曲面の
設定方法において、3次元CADシステム等で作成され
た物体形状のポリゴンデータを取り込み、このポリゴン
データの頂点のうち多面体の頂点に対応する頂点を指定
したうえで、この指定された頂点に基づき多面体の稜線
を指定し、次いで、この稜線を構成するセグメントを単
位としてメッシュに分割し、さらに、多面体内部をメッ
シュに分割するものである。請求項2の発明は、指定さ
れた頂点に基づき、稜線以外の閉曲線を定義するエッジ
を指定し、この指定されたエッジを構成するセグメント
を単位としてメッシュに分割する手順を付加したもので
ある。請求項3の発明は、指定された閉曲線を定義する
エッジに沿って基準面を設定し、この設定された基準面
に対してメッシュ分割する手順を付加したものである。 請求項4の発明は、3次元CADシステム等で作成され
た物体形状のポリゴンデータを入力する入力手段と、こ
の入力されたポリゴンデータに基づき、物体形状を画面
等に出力する出力手段とを備えた装置において、入力手
段からのポリゴンデータのうち多面体の頂点に対応する
頂点を指定する頂点指定手段と、指定された頂点に基づ
き多面体の稜線を指定する稜線指定手段と、稜線を構成
するセグメントを単位としてメッシュに分割すると共に
、多面体内部をメッシュに分割する分割手段とを備えた
ものである。
【0005】
【作用】請求項1記載の方法によれば、物体形状のポリ
ゴンデータを取り込み、このポリゴンデータの頂点のう
ち多面体の頂点に対応する頂点を指定し、この指定され
た頂点に基づき多面体の稜線を指定し、この稜線を構成
するセグメントを単位としてメッシュに分割し、多面体
内部をメッシュに分割することができる。請求項2記載
の方法によれば、上記に加えて、指定された頂点に基づ
き、稜線以外の閉曲線を定義するエッジを指定し、この
指定されたエッジを構成するセグメントを単位としてメ
ッシュに分割することができる。請求項3記載の方法に
よれば、さらに上記に加えて、指定された閉曲線を定義
するエッジに沿って基準面を設定し、この設定された基
準面に対してメッシュ分割することができる。請求項4
記載の装置によれば、入力手段により物体形状のポリゴ
ンデータを入力し、各指定手段により入力されたポリゴ
ンデータのうち多面体の頂点に対応する頂点を指定し、
分割手段により指定された頂点に基づいて多面体の稜線
を指定し、稜線を構成するセグメントを単位としてメッ
シュに分割すると共に、多面体内部をメッシュに分割し
、このメッシュ分割の結果を出力手段により画面表示す
る。
【0006】
【実施例】以下、本発明の一実施例による一般曲線座標
系による3次元流体解析について、図面を参照して説明
する。図1は、3次元CADによる一般曲線座標系3次
元流体解析の図形処理システムのブロック構成を示す。 3次元CADによる一般曲線座標系3次元流体解析の図
形処理システムは、物体形状のポリゴンデータを記憶し
たハードディスク1と、物体の座標位置等を入力するキ
ーボード2(入力手段)及びマウス3(入力手段)と、
入力されたポリゴンデータを取り込んで3次元メッシュ
を作成する3次元CAD本体4と、この3次元CAD本
体で処理されたデータ等を表示するディスプレイ5(出
力手段)と、データをプロットアウトするプロッタ6と
から構成されている。3次元CAD本体4は、入力装置
及び装置全体を制御するCPU7と、CADプログラム
を格納するROM8と、物体形状のポリゴンデータを処
理するRAM9と、3次元CAD本体4と上記入出力装
置間でデータ等を受け渡すインターフェース10からな
っている。RAM9にはメッシュ分割用プログラムが設
けられており、これに物体形状のポリゴンデータ書き込
むことによりディスプレイ5に3次元メッシュ等が表示
される。
【0007】次に、一般曲線座標系3次元流体解析の図
形処理プログラムの実行による、物体の3次元境界適合
メッシュ分割における曲面の設定方法について、図2に
示したような複雑な形状を持つ乗用車を例にして説明す
る。本方法の基本的な考え方は、3次元CADシステム
でポリゴンとされた物体形状のポリゴンデータを取り込
み、その物体を6面体と認識した上で、対面同志の分割
数を同一にして、3次元格子状に分割し、これに基づい
て3次元の境界適合メッシュ分割を行うことにある。
【0008】このための具体的な手順を図6のフローチ
ャートにより以下に説明する。まず、外部からポリゴン
データが入力されると(S1)、ディスプレイ5に表示
される(S2)。表示されたポリゴンの頂点のうち、6
面体の頂点に対応させる点を指定し(S3)、指定した
ポリゴン頂点の列により、物体稜線を指定する(S4)
。次いで稜線指定と同様に、これに沿ったポリゴン頂点
の列により、エッジを指定する(S5)。次に、定義し
た6面体に基づいて基準面を設定し(S6)、稜線及び
エッジを構成するセグメントを単位として、1次元のメ
ッシュ分割を行う(S7)。S7で作成したメッシュを
基準に、各基準面内部を2次元のメッシュに分割し(S
8)、さらに、S7,S8で作成した夫々のメッシュを
基準に、3次元のメッシュに分割する(S9)。
【0009】次に、上記の各処理について詳細説明する
。 (1)6面体の頂点指定(8点) 図2に示すように、入力したポリゴンデータをディスプ
レイ5に表示し、ポリゴンの頂点のうち、6面体の頂点
に対応させる点をマウス3で指定する。この指定される
頂点を●印で示す。物体形状はポリゴンで指定されてい
るので、必ずしも目的の稜線に一致する頂点があるとは
限らないが、目的の稜線に一致する頂点がない場合は最
も近い頂点を指定する。この際、動的な隠れ線表示、移
動、回転、スケール変更等の3次元グラフィック機能を
有することを前提とする。 (2)6面体の稜線指定(12本) 指定したポリゴン頂点の列により、物体稜線指定する。 この指定される稜線を○印で示す。なお、物体稜線の指
定については、各稜線は複数のセグメントで構成し、各
セグメントは直線、或いはスプラインのようなパラメト
リックな自由曲線として折れ点も可であるとする。
【0010】(3)稜線以外のエッジの指定(任意数)
稜線と同様に、これに沿ったポリゴン頂点の列により、
稜線以外のエッジを指定する。これを△印で示す。稜線
と同じく、直線と自由曲線で構成され、折れ点も可であ
るとするが、閉じた曲線であることが必要であり、分岐
することは不可である。 (4)基準面の設定 定義した6面体にi,j,k軸を設定し(後述図3を参
照)、k軸に沿って基準面を設定する。基準面は形状の
特定のエッジにメッシュラインを一致させたい場合に設
定するが、その位置には閉じた曲線であるエッジを定義
しておき、これに沿って基準面のi,j軸を設定する。 なお、6面体表面のi−j面は境界の基準面である。こ
こで、内部に基準面を設定するのは、物体をさらに複数
の6面体に分割して、特定のエッジとメッシュラインと
の対応を取り易くするためである。従って、物体形状が
比較的単純であり、途中に特定のエッジがなくて曲面が
連続している場合はあえて内部に基準面を設定する必要
はない。
【0011】(5)メッシュ分割 次に、メッシュ分割について、稜線、エッジのメッシュ
分割、基準面のメッシュ分割、3次元メッシュ分割につ
いて夫々説明する。■  稜線、エッジのメッシュ分割
では、図3に示すように、稜線及びエッジを構成するセ
グメントを単位として、1次元のメッシュ分割を行う。 このメッシュは基本的に固定することを前提に配置する
。 また、構造格子であるから、全体的に対辺等分割となる
よう配慮する。■  基準面のメッシュ分割は、図4に
示すように、稜線、エッジのメッシュ分割で作成した基
準面外周のメッシュを基準に、各基準面内部を2次元メ
ッシュに分割する。このメッシュは、後工程におけるサ
ーフェースフィット、スムージングの初期配置とする。 ■  3次元メッシュ分割は、図5に示すように、設定
した基準面間の6面体を単位として、内部に3次元メッ
シュをはる。基準は、基準面のメッシュ分割で作成した
基準面の2次元メッシュと、稜線、エッジのメッシュ分
割で作成したk軸方向の稜線メッシュである。基準面の
メッシュ分割と同じく、このメッシュは後工程のサーフ
ェースフィット、スムージングの初期配置とする。
【0012】なお、一般曲線座標系3次元流体解析の図
形処理プログラムは、分割の後工程として、サーフェー
スフィット、スムージング、コンバインなどの機能を用
いて最終のメッシュに仕上げるが、本発明における方法
においても、これらの機能を前提にするので、メッシュ
分割時にはある程度近似的な分割が可能である。
【0013】
【発明の効果】以上のように請求項1,4の本発明方法
及び装置によれば、複雑な形状に沿った流れの解析を有
限体積法などで解析する場合、取り込んだポリゴンデー
タの頂点のうち多面体の頂点に対応する頂点を指定し、
この指定された頂点に基づき多面体の稜線を指定し、こ
の稜線を基準にメッシュ分割し、さらに、多面体内部を
メッシュ分割するので、自由曲面で構成される複雑な物
体の境界適合メッシュ分割機能が強化される。また、従
来方法で用いてきたポリゴンデータに基づくメッシュ分
割手順を根本的に変えることがないので、3次元形状モ
デルからのデータ入力フォーマットの汎用性を保つこと
ができ、かつ分割アルゴリズムが単純となる。請求項2
ないし3の方法によれば、物体内部に閉曲線、基準面を
設定するので、物体形状が極めて複雑な場合においても
メッシュ分割を的確かつ容易に行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】  本発明の一実施例による3次元CADによ
る一般曲線座標系3次元流体解析の図形処理システムの
装置のブロック図である。
【図2】  3次元曲面の例を示す図である。
【図3】  稜線、エッジのメッシュ分割の概念を示す
図である。
【図4】  基準面のメッシュ分割の概念を示す図であ
る。
【図5】  3次元メッシュ分割の概念を示す図である
【図6】  3次元境界適合メッシュ分割の手順を示す
フローチャートである。
【符号の説明】
1  ハードディスク 2  キーボード 3  マウス 4  3次元CAD本体 5  ディスプレイ 7  CPU

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  物体の形状に沿った流れの解析などを
    行う場合の、境界適合メッシュ分割による曲面の設定方
    法において、3次元CADシステム等で作成された物体
    形状のポリゴンデータを取り込み、このポリゴンデータ
    の頂点のうち多面体の頂点に対応する頂点を指定したう
    えで、この指定された頂点に基づき多面体の稜線を指定
    し、次いで、この稜線を構成するセグメントを単位とし
    てメッシュに分割し、さらに、多面体内部をメッシュに
    分割することを特徴とする3次元境界適合メッシュ分割
    における曲面の設定方法。
  2. 【請求項2】  指定された頂点に基づき、稜線以外の
    閉曲線を定義するエッジを指定し、この指定されたエッ
    ジを構成するセグメントを単位としてメッシュに分割す
    る手順を付加したことを特徴とする請求項1記載の3次
    元境界適合メッシュ分割における曲面の設定方法。
  3. 【請求項3】  指定された閉曲線を定義するエッジに
    沿って基準面を設定し、この設定された基準面に対して
    メッシュ分割する手順を付加したことを特徴とする請求
    項2記載の3次元境界適合メッシュ分割における曲面の
    設定方法。
  4. 【請求項4】  3次元CADシステム等で作成された
    物体形状のポリゴンデータを入力する入力手段と、この
    入力されたポリゴンデータに基づき、物体形状を画面等
    に出力する出力手段とを備えた装置において、入力手段
    からのポリゴンデータのうち多面体の頂点に対応する頂
    点を指定する頂点指定手段と、指定された頂点に基づき
    多面体の稜線を指定する稜線指定手段と、稜線を構成す
    るセグメントを単位としてメッシュに分割すると共に、
    多面体内部をメッシュに分割する分割手段とを備えたこ
    とを特徴とする3次元境界適合メッシュ分割における曲
    面の設定装置。
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JP2003178099A (ja) * 2001-12-11 2003-06-27 Fuji Heavy Ind Ltd 流体解析方法、及び、その流体解析方法を用いた流体解析装置

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