本发明涉及一种基于几何约束求解的海工结构三维建模方法和系统，属于海工结构仿真。
背景技术：
1、随着中国海洋工程装备制造业产业基础的逐步完善，发展壮大产业以及突破核心技术等方面成为了发展重点。在海洋工程领域，建模、仿真和分析是至关重要的工作。传统的建模和分析方法通常是在本地计算机上安装独立的软件，并根据海洋工程结构的设计特征，进行三维绘图以及建模。
2、但现实中的海洋工程结构在复杂海洋环境中会受到各种各样的约束与限制，这些约束与限制会影响海洋工程结构的几何形状和尺寸，如果不考虑这些约束与限制，将导致海洋工程结构的仿真建模误差较大，进而无法准确评估海洋工程结构在复杂海洋环境中的性能，从而影响海工结构设计的可靠性和安全性。
3、进一步，随着互联网技术的发展，基于web的工具逐渐成为了一种趋势，因为它们能够实现跨平台使用、实时协作和简化部署等优势。然而，由于web平台的限制，特别是在处理大量数据和复杂计算方面，传统的web技术往往无法满足海洋工程结构的建模需求，无法实现海工结构的在线建模，影响了海工建模仿真方案的推广使用。
4、本背景技术中公开的信息仅用于理解本发明构思的背景，因此它可以包括不构成现有技术的信息。
技术实现思路
1、针对上述问题或上述问题之一，本发明的目的一在于提供一种基于几何约束求解的海工结构三维建模方法，通过创建模型生成单元、海工结构初始模型、模型重构单元、约束队列计算单元和三维建模单元，对海工结构添加几何约束，得到海工结构三维模型，充分考虑海工结构所受到的约束和限制，从而使得海工结构的仿真建模更加准确，因而可以有效提升海工结构设计的可靠性和安全性。
2、针对上述问题或上述问题之一，本发明的目的二在于提供一种基于几何约束求解的海工结构三维建模系统，在web浏览器中，利用网络浏览器代码，集成海工结构三维建模方法，从而可以有效结合网络浏览器代码技术和约束队列计算单元的优点，因而可以利用网络浏览器代码的高性能计算能力，以及相关计算单元的精确建模能力，实现高效的海工结构几何建模，并通过web界面实现用户友好地操作和可视化结果，从而满足了海洋工程领域快速、精确建模的需求。
3、为实现上述目的之一，本发明的第一种技术方案为：
4、一种基于几何约束求解的海工结构三维建模方法，包括以下内容：
5、通过先期创建的模型生成单元，基于海工结构的基础几何元素图形，生成海工结构初始模型；
6、利用先期创建的约束获取单元，根据海工结构初始模型，构建关于海工结构的几何约束条件；
7、采用先期创建的模型重构单元，对海工结构初始模型添加几何约束条件，得到能用于约束求解的海工结构响应模型；
8、基于先期创建的约束队列计算单元，利用约束求解算法，对海工结构响应模型进行约束求解，得到几何坐标更新信息；
9、使用先期创建的三维建模单元，基于几何坐标更新信息，对海工结构初始模型进行更新，得到海工结构三维模型，完成海工结构的三维建模。
10、本发明经过不断探索以及试验，通过创建模型生成单元、海工结构初始模型、模型重构单元、约束队列计算单元和三维建模单元，对海工结构添加几何约束，得到海工结构三维模型，充分考虑海工结构所受到的约束和限制，从而使得海工结构的仿真建模更加准确，因而可以有效提升海工结构设计的可靠性和安全性。
11、进一步，本发明基于约束队列计算单元，极大地优化了几何约束求解的交互体验，用户能够在极短的时间看到施加约束后海工结构的几何变化。通过约束队列计算单元，可以精确控制几何关系，保持设计一致性，并可以根据几何约束条件调整模型的各个部分，以保持所有约束条件的满足，而不必手动调整每个几何对象的位置和尺寸。同时几何约束使得设计过程更加高效和灵活。设计者可以快速地创建和修改模型，利用约束队列计算单元自动求解，可以大大减少重复劳动和人为错误。因而本发明的几何约束求解方案能够快速、高效地构建复杂的海工结构模型。
12、更进一步，可以将本发明的海工结构三维建模方法集成到浏览器中，满足海洋工程结构的建模需求，实现海工结构的在线建模，并且通过web界面实现用户友好地操作和可视化结果，从而满足了海洋工程领域快速、精确建模的需求；进而可以准确评估海洋工程结构在复杂海洋环境中的性能，便于海工建模仿真方案的推广使用。
13、作为优选技术措施：
14、通过先期创建的模型生成单元，基于海工结构的基础几何元素图形，生成海工结构初始模型的方法如下：
15、获取海工结构的基础几何元素图形，其包括多个节点图像和多个杆件图像；
16、根据海工结构，挑选一个或多个杆件图像，并设置杆件图像的坐标信息、角度信息和朝向信息；
17、将选中的一个或多个杆件图像通过节点图像进行组装，构成一个基础的杆件连接结构；
18、基于杆件连接结构，形成桩基础平台图像或/和海底管道图像或/和海上风电机组图像，即得到海工结构初始模型。
19、作为优选技术措施：
20、利用先期创建的约束获取单元，构建关于海工结构的几何约束条件的方法如下：
21、获取几何约束信息，其包括长度约束、角度约束、平行约束、垂直约束和相切约束；
22、基于海工结构的特性要求，从几何约束信息中，筛选出关于海工结构的相关约束条件；相关约束条件包括角度约束和长度约束；
23、基于角度约束和长度约束，获取海工结构的目标角度和目标长度；
24、根据目标角度和目标长度，构建角度约束函数和长度约束函数；
25、角度约束函数，用于表示两条杆件的向量夹角与目标角度之间的差值；
26、长度约束函数，用于表示两条杆件的向量实际长度与目标长度之间的差值；
27、根据角度约束函数和长度约束函数，构建非线性约束方程组，用于表征海工结构的几何约束条件。
28、作为优选技术措施：
29、采用先期创建的模型重构单元，对海工结构初始模型添加几何约束条件，得到能用于约束求解的海工结构响应模型的方法如下：
30、获取用于表征几何约束条件的非线性约束方程组，其包括长度约束函数和角度约束函数；
31、选中海工结构初始模型中的多个杆件图像；
32、对相邻的两个杆件图像绑定角度约束函数，用于约束两根杆件之间夹角的角度范围；
33、对每个杆件图像绑定长度约束函数，用于约束杆件长度；
34、绑定完成后，得到能用于约束求解的海工结构响应模型。
35、作为优选技术措施：
36、基于先期创建的约束队列仿真单元，利用约束求解算法，对海工结构响应模型进行约束求解，得到几何坐标更新信息的方法如下：
37、将海工结构响应模型中的杆件图像进行数字化处理，得到至少两个杆件的位置向量信息；
38、基于两个杆件的位置向量信息，计算两个杆件的初始向量夹角和初始向量长度；
39、根据初始向量夹角以及角度约束函数，计算初始向量夹角与目标角度之间的差值，得到角度误差；
40、根据初始向量长度以及长度约束函数，计算初始向量长度与目标长度之间的差值，得到长度误差；
41、根据角度误差和长度误差，计算综合误差值；
42、当综合误差值大于或等于预定阈值时，继续迭代，对位置向量信息进行更新，重新计算综合误差值；
43、当综合误差值小于预定阈值时，停止迭代，将此时的位置向量信息作为几何坐标更新信息，完成在目标夹角和目标长度约束下的坐标求解。
44、作为优选技术措施：
45、对位置向量信息进行更新的方法如下：
46、获取本次迭代的位置向量信息，并基于位置向量信息，确定至少两个杆件的角度约束函数和长度约束函数；
47、再分别计算角度约束函数、长度约束函数关于坐标值的偏导数，得到若干个偏导数信息；
48、基于若干个偏导数信息，构建雅可比矩阵；
49、基于雅可比矩阵和本次迭代的位置向量信息，计算得到下一次迭代的位置向量信息，完成对本次迭代的位置向量信息的更新。
50、作为优选技术措施：
51、使用先期创建的三维建模单元，基于几何坐标更新信息，对海工结构初始模型进行更新，得到海工结构三维模型的方法如下：
52、基于几何坐标更新信息，对杆件图像和节点图像的几何坐标进行更新，得到施加几何约束后的几何结构变化数据；
53、几何结构变化数据至少包括长度变化信息、角度变化信息和位置变化信息；
54、根据几何结构变化数据，利用三维渲染引擎，对海工结构初始模型进行渲染更新，得到海工结构三维模型。
55、作为优选技术措施：
56、利用三维渲染引擎，对海工结构初始模型进行渲染更新，得到海工结构三维模型的方法如下：
57、删除缓存在浏览器中的杆件的原始顶点数据；
58、同时通过3d绘图协议销毁用于表征杆件的线段；
59、根据几何结构变化数据，通过渲染引擎更改每个杆件图像的顶点坐标，即重新绘制新的顶点，得到新的顶点数组；
60、基于新的顶点数组，利用三维引擎，更新杆件图像，并通过3d绘图协议绘制用于表征杆件的线段；
61、将新的线段显示在浏览器视窗中，使得用户在浏览器视窗中就能直接看到变化后的杆件以及海工结构。
62、作为优选技术措施：
63、得到新的顶点数组的方法如下：
64、根据几何结构变化数据，获取杆件的起点坐标和终点坐标；
65、以杆件的起点为基准，计算杆件顶面的md个顶点坐标；
66、以杆件的终点为基准，计算杆件底面的nd个顶点坐标；
67、将顶面的md个顶点坐标和底面的nd个顶点坐标进行汇总，得到新的顶点数组。
68、md为3或4或5或6或7；nd为3或4或5或6或7。
69、为实现上述目的之一，本发明的第二种技术方案为：
70、一种基于几何约束求解的海工结构三维建模系统，其包括web浏览器；
71、所述web浏览器，用于实现上述的一种基于几何约束求解的海工结构三维建模方法，其通过网络浏览器代码，集成模型生成单元、海工结构初始模型、模型重构单元、约束队列计算单元和三维建模单元；
72、当用户使用所述web浏览器时，使得所述web浏览器实现海工结构的在线建模。
73、本发明的web浏览器，利用网络浏览器代码，集成海工结构三维建模方法，从而可以有效结合网络浏览器代码（webassembly）技术和约束队列计算单元的优点，因而可以利用网络浏览器代码的高性能计算能力，以及相关计算单元的精确建模能力，实现高效的海工结构几何建模，并通过web界面实现用户友好地操作和可视化结果，从而满足了海洋工程领域快速、精确建模的需求。
74、与现有技术方案相比，本发明具有以下有益效果：
75、本发明经过不断探索以及试验，通过创建模型生成单元、海工结构初始模型、模型重构单元、约束队列计算单元和三维建模单元，对海工结构添加几何约束，得到海工结构三维模型，充分考虑海工结构所受到的约束和限制，从而使得海工结构的仿真建模更加准确，因而可以有效提升海工结构设计的可靠性和安全性。
76、进一步，本发明基于约束队列计算单元，极大地优化了几何约束求解的交互体验，用户能够在极短的时间看到施加约束后海工结构的几何变化。通过约束队列计算单元，可以精确控制几何关系，保持设计一致性，并可以根据几何约束条件调整模型的各个部分，以保持所有约束条件的满足，而不必手动调整每个几何对象的位置和尺寸。同时几何约束使得设计过程更加高效和灵活，设计者可以快速地创建和修改模型，利用约束队列计算单元自动求解，可以大大减少重复劳动和人为错误。因而本发明的几何约束求解方案能够快速、高效地构建复杂的海工结构模型。
77、更进一步，本发明的web浏览器，利用网络浏览器代码，集成海工结构三维建模方法，从而可以有效结合网络浏览器代码（webassembly）技术和约束队列计算单元的优点，因而可以利用网络浏览器代码的高性能计算能力，以及相关计算单元的精确建模能力，实现高效的海工结构几何建模，并通过web界面实现用户友好地操作和可视化结果，从而满足了海洋工程领域快速、精确建模的需求。
1.一种基于几何约束求解的海工结构三维建模方法，其特征在于：
2.如权利要求1所述的一种基于几何约束求解的海工结构三维建模方法，其特征在于：
3.如权利要求1所述的一种基于几何约束求解的海工结构三维建模方法，其特征在于：
4.如权利要求3所述的一种基于几何约束求解的海工结构三维建模方法，其特征在于：
5.如权利要求4所述的一种基于几何约束求解的海工结构三维建模方法，其特征在于：
6.如权利要求5所述的一种基于几何约束求解的海工结构三维建模方法，其特征在于：
7.如权利要求1所述的一种基于几何约束求解的海工结构三维建模方法，其特征在于：
8.如权利要求7所述的一种基于几何约束求解的海工结构三维建模方法，其特征在于：
9.如权利要求8所述的一种基于几何约束求解的海工结构三维建模方法，其特征在于：
10.一种基于几何约束求解的海工结构三维建模系统，其特征在于：
