基于形线图的船舶三维模型构建

作     者：王凯 

作者单位：大连海事大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙霄峰;施建华

授予年度：2019年

学科分类：1305[艺术学-设计学（可授艺术学、工学学位）] 13[艺术学] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 081304[工学-建筑技术科学] 0802[工学-机械工程] 0813[工学-建筑学] 0824[工学-船舶与海洋工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：船舶配载 船体造型 NURBS曲线曲面插值 三维模型重构 

摘      要：为提高配载仪中船舶浮态、稳性、强度的计算精度,减少人工建模的工作量。本文基于船舶型线图,利用NURBS(Non-Uniform Rational B-Spline)曲面插值进行船体三维设计模型重构方法的研究。主要工作如下:(1)分析 DWG(AutoCAD Drawing Database)与 DXF(Drawing Exchange Format)两种CAD(Computer Aided Design)工程图纸格式的结构,并分别对两种格式进行解析和读取以获取船舶型值数据;(2)按照水线划分型值数据,计算每一层水线上型值数据所对应的控制点,进行NURBS曲线插值以获得更密集的水线,并以此作为新的基础数据,这使得NURBS曲面插值计算控制点阵时可以得到任意想要的密集程度的控制点阵;(3)在加密的水线数据基础上,分别沿船舶纵向与垂向对加密后的水线数据进行参数化处理,利用NURBS曲面插值计算船体曲面控制点阵,并根据得到的控制点阵和参数向量反算船体曲面离散点,通过三角构网,生成三维模型文件。本方法基于船舶型线图,利用NURBS曲面插值算法实现了用单个曲面重构复杂船体,避免了复杂曲面重构需要拆分成多个曲面片时导致的拼接缝隙和光顺问题。以上海船舶设计院设计的散货船“JZSY-47500-8为例,重构了船舶三维模型,利用重构出的模型进行了船舶静水力计算。结果显示该模型与原船舶三维设计模型在外形上吻合度较好,静水力参数的最大相对误差绝对值不超过0.65%。从而验证了使用本文方法重构船舶三维模型可作为配载仪的三维模型数据来源。同时本文提出的船舶三维设计模型的重构方法有利于提高航海模拟器中船舶三维建模的精度,并减少人工建模的工作量。