本发明涉及建筑建构，具体涉及一种基于pia插值体细分算法的双曲面模型构建方法及设备。
背景技术：
1、异型双曲面建筑是指采用双曲面构造技术，通过特定的数学和几何设计，创造出具有独特外观和内部空间的建筑形式。双曲面结构具有独特的形态和几何特征，双曲面结构以双曲线为母线生成的曲面，具有独特的形态和几何特征，使得建筑外观极具视觉冲击力。双曲面结构具有优异的力学性能和稳定性，能够抵抗各种自然灾害和人为破坏的影响，确保建筑的安全性和耐久性。因此，双曲面结构可以应用于多种类型的建筑空间设计，如球场、展馆、剧院等，满足不同场景和需求。
2、基于双曲面构造的建筑空间设计方法，通过精确的测量和设计，创造出符合建筑设计师个性化需求的独特外观。同时，双曲面结构可以化简建筑部件和构造，提高建筑效率，降低建筑成本。尽管异型双曲面建筑具有诸多优势，但其施工难度也相对较大。双曲面结构需要精确的测量和设计，以确保建筑外观和内部空间的准确性。
3、然而，现有的模型建构方法无法解决异型双曲面建筑建构结构呈双曲面造型，部分柱与板交接处曲率变化大，测量放线难度大以及清水结构成型效果，结构禅缝、螺栓孔、施工缝的深化难度大的问题。
技术实现思路
1、基于上述背景技术所提出的问题，本发明的目的在于提供一种基于pia插值体细分算法的双曲面模型构建方法及设备，解决了现有的模型建构方法无法解决异型双曲面建筑建构结构呈双曲面造型，部分柱与板交接处曲率变化大，测量放线难度大以及清水结构成型效果，结构禅缝、螺栓孔、施工缝的深化难度大的问题。
2、本发明通过下述技术方案实现：
3、本发明第一方面提供了一种基于pia插值体细分算法的双曲面模型构建方法，包括如下步骤：
4、步骤s1、利用三维软件对异型双曲面进行参数化建模生成初始曲面模型；
5、步骤s2、对所述初始化曲面模型进行曲面曲率分析，得到曲率走势，根据所述曲率走势对所述初始化曲面模型进行分区处理，生成分区曲面模型；
6、步骤s3、基于共轭梯度法的pia插值体细分算法对所述分区曲面模型进行网格细分，得到细分曲面模型；
7、步骤s4、对所述细分曲面模型的缝隙宽度和纽结点进行定性定量分析，根据定性定量分析结构对所述细分曲面模型进行优化，生成异型双曲面建筑建构模型。
8、在上述技术方案中，在该模型构建方法中首先利用三维软件创建异型双曲面的初始数字化模型，通过调整参数，获得满足设计要求的初始曲面模型。
9、由于异型双曲面建筑建构的结构呈双曲面造型，在部分柱与板交接处曲率变化大，因此，针对于柱与板交接处的曲线结构进行曲面曲率分析，得到用于将曲面划分成不同区域、子曲面的曲率走势，并根据曲率走势对每个分区进行单独处理，确保后续网格细分的准确性和效率，以便于后续的网格细分和优化。
10、异型双曲面建筑具有复杂的曲面形态，需要高精度捕捉其曲面结构细节，使得所构建的模型可以体现出缝隙宽度和纽结点等结构细节，进而实现对于结构禅缝、螺栓孔、施工缝的深化。在本方法中选择基于共轭梯度法的pia插值体细分算法作为细分工具，其中，pia插值体细分算法是一种迭代式的细分方法，通过逐步迭代逼近真实曲面对每个分区的区域模型进行精细化处理，实现对于异型双曲面的还原，在保持模型细节的同时，能够减少计算量，提高细分效率。同时，将共轭梯度法应用于pia插值体细分算法中，可以利用共轭梯度法的优化特性，加速pia算法的迭代过程，通过迭代细分，生成高精度、高光滑度的曲面模型。
11、对细分曲面模型进行缝隙宽度和纽结点的定性定量分析，根据分析结果，对模型进行必要的修复和调整，以消除缝隙和纽结点问题，使得在模型中体现精准的禅缝、螺栓孔、施工缝等细节结构，解决了现有模型无法对异型双曲面建筑建构结构进行准确建模的问题。
12、在一种可选的实施例中，所述步骤s2中对所述初始化曲面模型进行曲面曲率分析包括如下步骤：
13、步骤s21、将所述初始化曲面模型点云化，采用基于误差分析的组合滤波算法对点云化后的初始化曲面模型进行滤波处理，得到曲面模型点云数据；
14、步骤s22、建立曲面提取模型，利用所述曲面提取模型对所述曲面模型点云数据进行曲面提取，得到异型双曲面；
15、步骤s23、采用主曲率计算法计算所述异型双曲面的曲率值，利用所述曲率值确定曲率走势。
16、在一种可选的实施例中，所述步骤s22中建立曲面提取模型，利用所述曲面提取模型对所述曲面模型点云数据进行曲面提取包括如下步骤：
17、所述曲面提取模型包括全连接层和网格池化层；
18、通过全连接层将所述曲面模型点云数据映射至特征空间中，得到全局特征；
19、通过所述网格池化层将特征空间中的曲面模型点云数据转化为体素，得到若干个体素单元；对同一体素单元进行池化操作，提取该体素单元内的局部特征；将若干个体素单元的局部特征；
20、将所述全局特征与若干个体素单元的局部特征进行连接，并将连接后的特征输入改进残差网络块中，所述改进残差网络块对连接后的特征进行恒等映射，并将映射得到的点特征进行聚合，生成异型双曲面建筑建构结构特征。
21、在一种可选的实施例中，所述步骤s23中采用主曲率计算法计算所述异型双曲面的曲率值包括如下步骤：
22、将所述异型双曲面参数化，得到异型双曲面参数化方程；其中，所述异型双曲面参数化方程如下：
23、r(u,v)＝(x(u,v),y(u,v),z(u,v))
24、x(u,v)＝acosh(u)cos(v)
25、y(u,v)＝bsinh(u)sin(v)
26、z(u,v)＝c*u
27、c2＝a2+b2
28、上式中，r(u,v)为异型双曲面参数化方程；u,v为异型双曲面的第一参数和第二参数；a，b，c均为异型双曲面的曲面半轴长度；x(u,v)为x方向上方向值；y(u,v)为y方向上方向值；z(u,v)为z方向上方向值；cosh(·)为双曲余弦函数；sinh(·)为双曲正弦函数；
29、利用所述异型双曲面参数化方程建立曲率矩阵，对所述曲率矩阵进行求解，得到主曲率。
30、在一种可选的实施例中，所述步骤s3中基于共轭梯度法的pia插值体细分算法对所述分区曲面模型进行网格细分包括如下步骤：
31、步骤s31、选取所述分区曲面模型中的任意一个区域作为待细分区域；
32、步骤s32、从所述待细分区域选取任意一点作为待细分点，基于所述待细分点构建与所述待细分区域对应的共轭网格区域，计算所述待细分区域中每一点转变至所述跟个网格区域时的权重改变值，利用所述权重改变值对所述待细分区域中的所有点进行更新。
33、在一种可选的实施例中，所述步骤s32中基于所述待细分点构建与所述待细分区域对应的共轭网格区域，计算所述待细分区域中每一点转变至所述跟个网格区域时的权重改变值，利用所述权重改变值对所述待细分区域中的所有点进行更新包括如下步骤：
34、计算所述待细分点的残差向量，利用所述残差向量计算在所述待细分点处的搜索向量；
35、用所述搜索向量代替所述待细分区域中的所述待细分点，生成于所述待细分区域对应的共轭网络区域；
36、利用极限点公式计算当所述待细分区域转变为对应的共轭网络区域时的极限点；
37、分别获取所述残差向量、所述搜索向量和所述待细分点在共轭网格模型上的三维坐标，利用所述三维坐标计算权重改变值；
38、利用所述权重改变值对所述待细分区域中的所有点依次进行更新，完成第一次迭代。
39、在一种可选的实施例中，所述步骤s4中对所述细分曲面模型的缝隙宽度和纽结点进行定性定量分析包括如下步骤：
40、计算所述细分曲面模型的占用值；
41、利用所述占用值计算所述细分曲面模型的形状质量系数以及纽结点的流畅性；
42、获取所述细分曲面模型的缝隙宽度，对所述缝隙宽度进行长度分析，得到缝隙标准差；
43、综合所述形状质量系数、所述缝隙标准差和纽结点的流畅性计算得到综合质量指数，所述综合质量指数用于优化所述细分曲面模型。
44、本发明第二方面提供了一种基于pia插值体细分算法的双曲面模型构建系统，包括：
45、初始模型构建模块，所述初始模型构建模块用于利用三维软件对异型双曲面进行参数化建模生成初始曲面模型；
46、分区模块，所述分区模块用于对所述初始化曲面模型进行曲面曲率分析，得到曲率走势，根据所述曲率走势对所述初始化曲面模型进行分区处理，生成分区曲面模型；
47、细分模块，所述细分模块用于基于共轭梯度法的pia插值体细分算法对所述分区曲面模型进行网格细分，得到细分曲面模型；
48、优化模块，所述优化模块用于对所述细分曲面模型的缝隙宽度和纽结点进行定性定量分析，根据定性定量分析结构对所述细分曲面模型进行优化，生成异型双曲面建筑建构模型。
49、本发明第三方面提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现一种基于pia插值体细分算法的双曲面模型构建方法。
50、本发明第四方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现一种基于pia插值体细分算法的双曲面模型构建方法。
51、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
52、1、针对于柱与板交接处的曲线结构进行曲面曲率分析，得到用于将曲面划分成不同区域、子曲面的曲率走势，并根据曲率走势对每个分区进行单独处理，确保后续网格细分的准确性和效率，以便于后续的网格细分和优化；
53、2、选择基于共轭梯度法的pia插值体细分算法作为细分工具通过逐步迭代逼近真实曲面对每个分区的区域模型进行精细化处理，实现对于异型双曲面的还原，在保持模型细节的同时，能够减少计算量，提高细分效率；
54、3、对细分曲面模型进行缝隙宽度和纽结点的定性定量分析，根据分析结果，对模型进行必要的修复和调整，以消除缝隙和纽结点问题，使得在模型中体现精准的禅缝、螺栓孔、施工缝等细节结构，解决了现有模型无法对异型双曲面建筑建构结构进行准确建模的问题。
1.一种基于pia插值体细分算法的双曲面模型构建方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于pia插值体细分算法的双曲面模型构建方法，其特征在于，所述步骤s2中对所述初始化曲面模型进行曲面曲率分析包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种基于pia插值体细分算法的双曲面模型构建方法，其特征在于，所述步骤s22中建立曲面提取模型，利用所述曲面提取模型对所述曲面模型点云数据进行曲面提取包括如下步骤：
4.根据权利要求2所述的一种基于pia插值体细分算法的双曲面模型构建方法，其特征在于，所述步骤s23中采用主曲率计算法计算所述异型双曲面的曲率值包括如下步骤：
5.根据权利要求1所述的一种基于pia插值体细分算法的双曲面模型构建方法，其特征在于，所述步骤s3中基于共轭梯度法的pia插值体细分算法对所述分区曲面模型进行网格细分包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种基于pia插值体细分算法的双曲面模型构建方法，其特征在于，所述步骤s32中基于所述待细分点构建与所述待细分区域对应的共轭网格区域，计算所述待细分区域中每一点转变至所述跟个网格区域时的权重改变值，利用所述权重改变值对所述待细分区域中的所有点进行更新包括如下步骤：
7.根据权利要求1所述的一种基于pia插值体细分算法的双曲面模型构建方法，其特征在于，所述步骤s4中对所述细分曲面模型的缝隙宽度和纽结点进行定性定量分析包括如下步骤：
8.一种基于pia插值体细分算法的双曲面模型构建系统，其特征在于，包括：
9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7所述的一种基于pia插值体细分算法的双曲面模型构建方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1至7所述的一种基于pia插值体细分算法的双曲面模型构建方法。
