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基于T样条的船舶三维建模技术研究

基于T样条的船舶三维建模技术研究

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作者：段亦隆大连海事大学

学位级别：硕士

船体曲面的造型技术是船舶计算机辅助设计(CAD)技术运用的基础。如今船舶的曲面主要是利用非均匀有理B样条(NURBS)曲面进行表达,但是NURBS曲面拓扑要求严格,在利用NURBS进行船体曲面造型时存在数据量大,曲面构造步骤多,控制点冗余等缺点... 详细信息

船体曲面的造型技术是船舶计算机辅助设计(CAD)技术运用的基础。如今船舶的曲面主要是利用非均匀有理B样条(NURBS)曲面进行表达,但是NURBS曲面拓扑要求严格,在利用NURBS进行船体曲面造型时存在数据量大,曲面构造步骤多,控制点冗余等缺点。T样条曲面克服了NURBS曲面拓扑要求严格的缺点,但是利用T样条曲面进行船体曲面构造还存在进行研究较少,建模方式单一等问题。本文对如何利用T样条曲面对船体建模进行了研究。提出一种利用T样条直接构造曲面方法并应用该方法进行了船体曲面建模。主要研究内容如下。(1)分析了船体建模方法和T样条曲面建模方法的研究现状,发现目前船舶曲面建模的主流方法是NURBS曲面技术,而T样条曲面的研究主要集中在曲面局部细分的实现方法上,对于利用T样条进行船体曲面建模的研究还比较少。于是提出本文的研究目的:基于T样条曲面对船体曲面进行建模,寻找一个可行、有效的T样条曲面构造船体曲面的方法。(2)针对T样条曲面重构问题,提出了一种利用型值点直接构建T样条曲面的方法,T样条的直接曲面重构法。该方法在仅知型值点的情况下,直接构造T样条控制点拓扑网格并反求出曲面。此方法首先利用型值点构建型值点参数化网格,之后构建节点矢量网格和构造出控制点拓扑网格从而确定控制点个数。利用节点矢量网格确定T样条基函数,提出T样条曲面边界条件构建方法,构建T样条曲面控制点坐标的反求方程组,最终求解得到T样条曲面。通过试验验证,该方法反求出的T样条曲面与原曲面平均误差为0.76%,表明使用该方法进行曲面重构是有效可靠的。(3)针对利用T样条构建船体曲面问题,通过对船体横剖面曲线进行分类与分析,确定了船首尾加细区域,对船体的型值数据进行筛选与参数化。利用T样条的直接曲面重构技术,确定了构造船体曲面需要的T样条网格,最终计算出T样条船体曲面。(4)针对模型数据的导出与使用问题,将计算出的船体T样条曲面转换为.IGS模型文件。对比T样条曲面模型与原船横剖面面积,平均误差为1.095%,符合工业精度要求,验证了T样条构建船体模型的有效性。为了验证导出模型的可用性,对T样条曲面船体模型进行了静水力曲线计算和阻力计算,结果表明T样条曲面模型可进行船舶性能计算。

关键词： T样条船体曲面建模曲面重构船型设计

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