一种面片级三维目标区域自动分解方法与流程

本发明涉及电子信息技术领域，具体为一种面片级三维目标区域自动分解方法。

背景技术：

目前，三维复杂结构目标在电磁波照射下的回波特性分析是目标结构隐身设计、电磁兼容性设计的一个重要环节。因此，如何快速精确地计算目标的电磁回波特性是计算电磁学领域甚至是电子信息领域的一项重要研究内容。mom(methodofmoment,矩量法)是计算电磁学领域的一种经典算法，是目前公认计算精度较高的电磁算法之一。但是，传统mom生成的阻抗矩阵是一种复系数稠密矩阵，随着目标尺寸的增加，算法的内存消耗会急剧增加，计算效率也会急速下降。为了提高mom在分析电大尺寸目标时的综合性能，众多学者作了大量研究。

针对于一个电大尺寸三维几何目标的电磁特性分析问题，“分块处理”的思想是提高mom性能的一个有效方法。通常，对于三维目标的几何区域分解，多依赖人工操作，当目标需要划分的区域较多时，人工区域分解的方法效率太低。鉴于此，本发明提出了一种面片级区域自动分解方法。该方法的优势在于由计算机自主完成目标的区域分解，能够大大降低人为工作量。

技术实现要素：

为了解决上述问题本发明的目的在于提供一种面片级三维目标区域自动分解方法，包括以下步骤：

s1：对目标进行表面三角面片剖分；

将对三维几何目标的表面进行三角剖分得到剖分网格；目前针对三维几何目标的表面三角剖分是一种比较成熟的工作，本项操作可借助当前商用网格剖分软件(如ansysicemcfd)来完成；

s2：绘制包含目标的虚拟立方体框；

将所述步骤s1得到的剖分网格进行处理，检测所有网格节点的三维空间坐标，从中筛选出每个坐标维度下的最大值和最小值，分别记为x＝[x_min,x_max]、y＝[y_min,y_max]、z＝[z_min,z_max]；根据确定好的x、y、z绘制虚拟立方体框的边界，据此绘制出对应的虚拟立方体框，所述虚拟立方体框刚好囊括整个目标；

s3：确定区域分解基准点

将所述步骤s2绘制的虚拟立方体框，按照长、宽、高分别进行不均匀等分，可得到若干分解后的子立方体区域；计算每个子立方体区域的中心坐标，并作为区域分解的基准点，记为c1,c2,…,cm(m表示基准点的数量)；

s4：三角面片向区域分解基准点聚类

首先，对步骤s1得到的剖分网格进行处理，计算每个三角面片重心的三维空间坐标；然后，依次计算每个三角面片的重心到步骤s3得到的所有基准点c1,c2,…,cm的距离，并将该三角面片归属于距离最近的基准点；

记所有三角面片的总数量为n，若第i个三角面片(记为pi)距离第j个区域分解基准点的距离最近，则pi∈cj(i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,m)；

s5：去除无三角面片或只有少量三角面片的基准点

经过步骤s4的过程，所有的三角剖分面片都将归属于某一个区域分解基准点，依次检测每个基准点聚类而来的三角面片数量，若三角面片的数量少于n/m×10％则剔除该基准点，聚类到该基准点的相应三角面片进行解散，重新变为无归属状态；

s6：解散每个基准点的孤立三角面片或由少量三角面片聚类的“孤岛”

对于步骤s5剩余的基准点，检测聚类到每个基准点的所有三角面片的连接状态，若存在某个三角面片处于孤立状态，即三角面片的三条边界均没有与之相连接的三角面片，则解散该三角面片对于该基准点的归属状态；可以预见，剩余属于该基准点的三角面片有三种状态：

(1)孤立三角面片(三角面片的三条边界均没有与之相连接的三角面片)；

(2)局部聚合在一起形成若干个相互不连接的“孤岛”(少量三角面片聚合在一起，与其他部分无公共边界)；

(3)所有归属于该基准点的面片面片全部连接在一起形成一个大的“岛屿”。

对于(1)种情况，直接解散对应的孤立三角面片；对于第(2)种情况，若构成该“孤岛”的三角面片数量少于n/m×10％，则解散其包含的所有三角面片，重新变为无归属状态。综合来说，就是对已聚合的三角面片进行孤立三角面片和“孤岛”面片剔除。

s7：无归属状态三角面片二次聚类

对照步骤s1得到的目标整体网格信息，对步骤s5和步骤s6得到的所有无归属状态三角面片进行二次聚类，具体做法包括：

1)对第k个无归属三角面片寻找与之相邻的三个三角面片，分别记为tadj1、tadj2、tadj3；

2)判断寻找到的三个相邻三角面片的归属状态，若tadjm(m＝1,2,3)中的任一已有归属状态，则第k个无归属三角面片聚类到tadjm所归属的基准点；若tadjm(m＝1,2,3)均无归属状态，则继续检测第k+1个无归属三角面片；

3)重复前两个步骤，直到所有的三角面片都处于有归属状态结束。

进一步地；所述步骤s3不均匀等分为虚拟立方体框长、宽、高的等分数量没必要保持一致；可由操作者自行决定。通常，等分的密度越大，最终得到的分解区域越多。

本发明的有益效果：本发明针对三维复杂结构目标提出了一种面片级的区域自动分解方法。操作者只需根据目标的三维几何尺寸指定每个维度的分解间隔，即可由计算机自动完成目标的区域分解过程，大大降低了人为工作量，提高了区域分解效率。更为重要的是，这种区域分解过程是基于单个三角面片展开的，操作者可根据自己的需求进行局部调控，使得区域分解结果更加精细化。

附图说明

图1是本发明虚拟立方体框和区域分解基准点示意图。

图2是本发明基准点聚类三角面片存在“孤岛”示意图。

图3是本发明针对舰船目标区域自动分解结果示意图。

附图标记：1、孤立三角面片；2、孤岛。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种面片级三维目标区域自动分解方法，包括以下步骤：

s1：对目标进行表面三角面片剖分；如图1所示，简易舰船模型是一种经过表面三角剖分后的网格模型(对应解决方案步骤s1)，该模型的三角网格剖分由电磁全波仿真软件feko完成。

s2：绘制包含目标的虚拟立方体框；在舰船目标的外围有一个实线的立方体框，即为本发明中涉及的包含目标的虚拟立方体框(对应解决方案步骤s2)。对于虚拟立方体框沿x轴进行三等分，沿y轴和z轴进行二等分，将虚拟立方体框划分为12个子立方体，如图1中虚拟立方体框内部的虚线所示；

s3：确定区域分解基准点；计算每个立方体框的几何中心，即可得到区域分解基准点，如图1中虚拟立方体框内部的小五角星标记所示(对应解决方案步骤s3)。

s4：三角面片向区域分解基准点聚类；首先，对步骤s1得到的剖分网格进行处理，计算每个三角面片重心的三维空间坐标；然后，依次计算每个三角面片的重心到步骤s3得到的所有基准点c1，c2，…，cm的距离，并将该三角面片归属于距离最近的基准点；

记所有三角面片的总数量为n，若第i个三角面片(记为pi)距离第j个区域分解基准点的距离最近，则pi∈cj(i＝1，2，…，n；j＝1，2，…，m)；。

s5：去除无三角面片或只有少量三角面片的基准点；

经过步骤s4的过程，所有的三角剖分面片都将归属于某一个区域分解基准点，依次检测每个基准点聚类而来的三角面片数量，若三角面片的数量少于n/m×10％则剔除该基准点，聚类到该基准点的相应三角面片进行解散，重新变为无归属状态；

s6：解散每个基准点的孤立三角面片或由少量三角面片聚类的“孤岛”如图2所示，经过步骤s4的三角面片“就近原则”聚类和步骤s5的无聚类基准点剔除后，剩余的基准点聚类起来的三角面片可能存在三种状态：

(3)孤立三角面片(三角面片的三条边界均没有与之相连接的三角面片)；

(4)局部聚合在一起形成若干个相互不连接的“孤岛”(少量三角面片聚合在一起，与其他部分无公共边界)；

所有归属于该基准点的面片面片全部连接在一起形成一个大的“岛屿”。

对于1)种情况，直接解散对应的孤立三角面片；对于第2)种情况，若构成该“孤岛”的三角面片数量少于n/m×10％，则解散其包含的所有三角面片，重新变为无归属状态。综合来说，就是对已聚合的三角面片进行孤立三角面片和“孤岛”面片剔除。

s7：无归属状态三角面片二次聚类；

对照步骤s1得到的目标整体网格信息，对步骤s5和步骤s6得到的所有无归属状态三角面片进行二次聚类，具体做法包括：

1)对第k个无归属三角面片寻找与之相邻的三个三角面片，分别记为tadj1、tadj2、tadj3；

2)判断寻找到的三个相邻三角面片的归属状态，若tadjm(m＝1，2，3)中的任一已有归属状态，则第k个无归属三角面片聚类到tadjm所归属的基准点；若tadjm(m＝1，2，3)均无归属状态，则继续检测第k+1个无归属三角面片；

3)重复前两个步骤，直到所有的三角面片都处于有归属状态结束。

对所有无归属状态的三角面片进行二次聚类，即可得到最终的区域分解结果。以图1中的舰船目标为例，最终区域分解结果如图3所示。可以看到，分解后的所有子区域内部都是连续的，不再出现“孤岛”或孤立三角面片的情况，这就验证了本发明提供的区域自动分解方法是有效的。

进一步地；步骤s3不均匀等分为虚拟立方体框长、宽、高的等分数量没必要保持一致；可由操作者自行决定。通常，等分的密度越大，最终得到的分解区域越多。

本发明中各实施例的技术方案可进行组合，实施例中的技术特征亦可进行组合形成新的技术方案。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。