可视化质量和网格设置

了解在使用 Inspire 隐式建模时如何使用可视化质量和网格化设置来管理计算时间、视觉外观以及隐式几何和网格几何的几何精度。这包括在隐式建模中工作、在隐式建模中转换其他几何体格式以及对隐式几何体进行网格化以用于导出或其他下游过程。

可视化质量简介

在隐式建模中，大多数几何体都是从隐式函数创建的，理论上，隐式函数是分析式的，因此可以完美地描述几何体。然而，这个“完美”的几何体必须被渲染，并且还必须与可能没有完全准确定义的其他几何体组合，例如三角形网格（例如 .stl）。由于这些原因，所有隐式几何体都在 3D 点阵网格上进行采样，这类似于数字图像中的像素。在 3D 中，我们将这些像素称为“体素”。就像我们谈论数字图像的分辨率一样，我们在隐式建模中也有类似的分辨率概念。此分辨率由可视化质量下拉列表控制，您可以在下图的左上角看到该下拉列表。第一张图像显示了使用极低设置计算和可视化的格栅结构。很明显，锐边已变圆，并且某些支柱的直径与规定值不同。

如果您看下一张图像，锐边更加锐利，尽管不是真正完美，并且支柱的直径非常接近指定值。您应该使用可视化设置来平衡计算时间（取决于您的硬件，例如 GPU 内存）与所需的可视化质量和几何精度之间的权衡。

管理可视化质量的建议

养成一个好习惯，就是随时根据您正在做的事情改变可视化质量。例如，计算密集型操作（例如在隐式建模中使用转换）最好首先尝试较低的可视化质量，然后在确认操作运行正常后再提高质量。相反，在创建用于导出或渲染的模型时，建议尽量使用计算机上可行的最高可视化质量。

另一个考虑因素是隐式零件中的每个主体都有自己的体素网格。在下图中，前景中有一个圆柱体，背景中有一个位于远处的立方体。您应该注意到，这两种几何体都被准确捕获，具有锐利的几何特征。

如果我们使用布尔合并操作来连接这两个对象，它们将被视为单个实体。这意味着它们将被捕获在同一个体素网格中。由于许多体素现在用于对两个对象之间的空白空间进行建模，因此专用于对每个形状进行建模的体素较少。在下图中，您可以看到几何精度明显下降，以前尖锐的边缘现在变圆了。尽管事实上这两个图像的可视化质量是相同的。在合并物理上相距较远的对象时，应记住这一点。

最后一条建议是考虑体素网格内几何体的对齐。在每种情况下，体素网格都与全局 x、y 和 z 方向对齐。我们称之为轴对齐网格。此外，网格中的体素始终是立方单元。具有曲率的几何特征将被或多或少准确地捕获，具体取决于它们穿过体素的方式。作为说明性思维练习，想象一下尝试使用带有像素的数字图像来表示 2D 直线。如果线条在图像内是水平或垂直的，则表示将锐利且准确。但是，如果该线在图像中是对角线，则当它穿过不同行和列中的像素时，则会沿着该线会看到类似楼梯的效果。

3D 体素也是如此。为了说明这种效果，我们在隐式建模中创建了一个非常长且薄的圆柱体。下图显示了这样一个与全局 z 方向对齐的圆柱体。首先要注意的是，圆柱体顶部的锐利圆形边缘已变圆（底部也同样）。这是体素大小计算方式的结果。首先，计算对象的轴对齐边界框。最长尺寸（在本例中为 z 方向）用于设置体素大小。例如，可视化质量下拉列表中的极高设置将边界框的最长尺寸划分为 512 个相等的区域，从而设置体素大小。该体素大小用于其他两个方向，这将明显减少圆形面上的体素。因此，与圆柱体的横截面相比，我们有更多的体素来捕获沿圆柱体长度的细节。因此，在圆形轮廓中存在轻微的精度损失。

如果我们沿着轴对齐边界框的主体对角线对齐圆柱体（例如，从左前下角到右后上角），则会进一步损失精度。在下图中，我们可以看到由于上述阶梯效应而进一步损失了精度，其中圆柱体的几何特征与离散体素网格没有很好地对齐。尽管这是这种建模方式的固有属性，但了解这种影响可以帮助您有效地将其影响降至最低。

将隐式模型转换为三角形网格

将隐式几何体转换为三角形网格的原因有很多。一些常见的示例包括：
  • 负责在增材制造机器（3D 打印机）上进行构建准备的软件接受或首选三角形网格格式。
  • 您有需要保留的关键几何特征，例如锐边，但您还希望在设计中合并隐式几何体，因此您在“合并”操作之前将所有内容转换为三角形网格格式。
  • 您正在处理随后将发送到分析（例如结构仿真）的模型，而仿真工作流无法解析隐式建模几何体。
  • 您希望使用不接受隐式模型作为输入的几何体编辑工具（例如，PolyMesh 中的 Sculpt）。
  • 您希望将您的设计发送给无法访问 Inspire 隐式建模的同事或客户。

以下步骤将引导您完成将隐式零件转换为三角形网格的过程，充分利用隐式网格化选项来满足您的应用。

  1. 点击绿色标记勾选完成隐式零件的编辑。

  2. 通过选中“视图”选项卡下的选项，确保“属性编辑器”窗口可见。
  3. 通过在模型浏览器中选择或点击场景中的模型，选择要转换为三角形网格的隐式零件。
  4. 滚动到“属性编辑器”窗口中属性的底部以查找“隐式网格化”属性。

  5. 选择网格的目的地。对于仿真，选择分析选项。要导出用于打印或保存文件，请选择打印。
  6. 从两个选项中选择您的质量设置：标准或自定义。
  7. 右键点击要转换的模型（在模型浏览器中或直接在场景中的模型上），然后选择转换为三角形网格。
  8. 在“转换为三角形网格”对话框中选择一个转化设置。
    选项 说明
    创建锐边并指定网格大小 基于初始隐式零件的几何体，在边界处创建锐边。在平均网格大小框中键入一个值，以设置三角形网格的大小。

    平均网格尺寸越大，生成的三角形越少，反之亦然。
    指定单元尺寸 在平均网格大小框中键入一个值，以设置三角形网格的大小。初始曲面几何体不会保留。

    平均网格尺寸越大，生成的三角形越少，反之亦然。
    使用隐式可视化质量 三角形网格被创建为可视化。

    隐式可视化质量越高，生成的三角形越多，反之亦然。
  9. 点击转换。

选择隐式网格化属性的指南

首先，您应该注意，转换中生成的网格质量与隐式建模期间使用的可视化质量设置直接相关。如果使用极高设置，三角形网格将非常精细，如下图所示。使用越来越低的可视化质量设置将产生越来越粗糙的网格。

如果网格的目标不是分析，您可能希望尽可能减少三角形数量。为此，请选择自定义质量设置并确保选中“抽取”复选框。在转换过程中，三角形网格会尽可能将小三角形合并为更大的三角形。这通常出现在大而平坦的地方。使用默认“抽取减少”和“抽取错误”设置的结果如下所示。

如果使用默认设置的抽取过于激进，您可以减“抽取减少”属性。抽取减少属性应该是 0 到 1 之间的数字。例如，将减少量设置为 0.9 相当于要求网格中三角形总数减少 90%（与原始网格相比）。相反，0.4 相当于要求减少 40%。上图使用 0.75，下图使用 0.4。您可以看到下图中有更多的三角形，并且网格更接近原始精细网格。

抽取错误属性是指定为边界框大小的百分比的值。这指定了原始精细网格和新抽取的网格之间的允许偏差。将此属性设置为较小的值，生成的网格就可以更准确地再现原始精细网格中的几何体。作为极限情况，该值可以设置为零，这通常意味着仅当区域是平面且不损失精度时才会合并三角形。这样做的影响如下所示。

用于分析的网格

如果网格的目标是分析（例如结构仿真），则原始精细网格和抽取网格都不合适。几乎可以肯定的是，精细网格太过精细，会不必要地减慢分析工作流的速度。相反，抽取网格包含的三角形通常太大，用单个三角形覆盖大片区域。

用于分析的更好的网格输入是包含接近等边的三角形的网格输入。大平面上应该有很多较小的三角形，而不仅仅是几个大三角形。此外，三角形在高曲率区域应较小，在平坦区域应稍大。此外，只要有可能，尖锐的几何特征（如角和边）应该在网格中保持尖锐。这有助于在仿真阶段应用边界条件的几何特征识别。对于什么样的网格适合分析没有严格的指南，鼓励用户自行判断。然而，下面显示了一个说明性示例，清楚地突出显示了平面区域中的三角形大小以及锐边附近的较小三角形。