(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210592680.5 (22)申请日 2022.05.27 (71)申请人 浙江大学 地址 310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘 路866号 (72)发明人 蔺宏伟　高德朋　 (74)专利代理 机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 专利代理师 林超 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 一种基于隐式B样条的多孔结构设计方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于隐式B样条的多孔结 构设计方法。 输入真实多孔结构的多孔结构离散 距离场文件， 包含离散距离场中沿三个方向上的 格栅数量以及每个格栅的位置距离场值； 选取三 变量隐式B样条函数对离散距离场中的各个格栅 的位置距离场值进行迭代拟合处理， 获得连续距 离分布场； 根据用户输入的多孔结构的结构类 型， 结合连续距离分布场处理获得空间中的多孔 结构； 以ITDF文件格式存储多孔结构。 本发明方 法使得多孔结构的内部光滑性、 可控性得到保 证， 可有效调控多孔结构孔隙率和形状， 能大幅 度降低存 储空间。 权利要求书4页 说明书11页 附图1页 CN 114970160 A 2022.08.30 CN 114970160 A 1.一种基于隐式B样条的多孔结构设计方法， 其特 征在于， 方法包括以下几个步骤： 1)输入真实多孔结构的多孔结构离散距离场文件， 包含： 离散距离场中沿三个方向上 的格栅数量以及每 个格栅的位置距离场值； 2)选取三变量隐式B样条函数对离散距离场中的各个格栅的位置距离场 值进行迭代拟 合处理， 获得连续距离分布场C(u， v， w)； 3)根据用户输入的多孔结构的结构类型， 结合连续距离分布场 C(u， v， w)处理获得空间 中的多孔结构； 4)以ITDF文件格式存 储多孔结构。 2.根据权利要求1所述的基于隐式B样条的多孔结构设计方法， 其特 征在于： 所述的多孔结构为骨组织工程的多孔骨支架、 化学反应的多孔催化剂载体、 用于材料 轻质化的类蜂巢结构等内部含有孔洞的结构。 3.根据权利要求1所述的基于隐式B样条的多孔结构设计方法， 其特 征在于： 所述的离散距离场分为多个格栅， 每个格栅中心具有一个位置距离场值； 所述的位置 距离场值随着距离多孔结构实体部 分的远近而变化， 越接近多孔结构实体部分则位置距离 场值越大/越小， 所述的实体部分是指多孔结构中不包 含空隙的材 料部分。 4.根据权利要求1所述的基于隐式B样条的多孔结构设计方法， 其特 征在于： 所述步骤2)中， 选取三变量隐式B样条函数对离散的距离场数据点进行拟合具体表现 为： 所述的离散距离场建立在三维欧式空间中， 离散距离场D表示为D＝{xα， β， γ|1≤α ≤w， 1 ≤β ≤h， 1≤γ≤d}， α， β， γ 分别表示三维欧式空间中三个方向上的格栅索引， w， h， d分别表 示三维欧式空间中三个方向上的格栅总数； 离散距离场D的各个格栅为三维欧式空间的内均匀分布， 针对空间中的每个格栅中心 位置(uα， vβ， wγ)处设置和三变量隐式B样条函数足够接 近， 建立以下目标函数： 其中， C(uα， vβ， wγ)表示格栅中心位置(uα， vβ， wγ)处的连续距离分布场的值， xα， β， γ表示 格栅中心位置(uα， vβ， wγ)处的位置距离场值， i， j， k分别表示控制系数在三个方向上的坐标 序数， cijk为三变量隐式B样条函数的第(i， j， k)个控制系数， nu， nv， nw为三变量隐式B样条函 数在三个方向上的控制点数目， Bi， j， k(uα， vβ， wγ)是三变量隐式B样条函数的第(i， j， k)个基 函数在位置(uα， vβ， wγ)处的值， L代表总体拟合误差； uα， vβ， wγ分别表示格栅中心位置在三 个方向上的坐标， C(u， v， w)表 示将空间位置(u， v， w)带入到三变量隐式B样条函数后计算得 到的值； 以目标函数最小为目标， 通过对上述目标函数进行迭代拟合求解获得各个控制系数 cijk， 从而确定出 连续距离分布场C(u， v， w)。 5.根据权利要求1所述的基于隐式B样条的多孔结构设计方法， 其特征在于： 所述步骤权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114970160 A 23)中， 若表示多孔结构为体类型， 根据用户输入的预期 数据设置第一等值面阈值场t1(u， v， w)和第二等值面阈值场t2(u， v， w)， 进而以t1(u， v， w)≤C(u， v， w)≤t2(u， v， w)为条件， 求解 所有满足该 条件的位置(u， v， w)所构成的区域， 获得空间中实体的多孔结构； 所述步骤3)中， 若表示多孔结构为面类型， 根据用户输入的预期数据设置等值面阈值 场t0(u， w， v)， 进而以C(u， v， w)＝t0(u， w， v)为条件求解所有满足该条件的位置(u， v， w)所构 成的区域， 获得空间中曲面的多孔结构。 6.根据权利要求5所述的基于隐式B样条的多孔结构设计方法， 其特 征在于： 所述步骤3)中， 按照以下 方式获得第一 等值面阈值场t1(u， v， w)： 所述的第一等值面阈值场建立在三维欧式空间中， 为了获取第一等值面阈值场， 用户 需要输入离散的第一等值面阈值场， 离散的第一等值面阈值场建立在三维欧式空间中， 离 散的第一 等值面阈值场表示 为 α1， β1， γ1分别表示三维欧式空间中三个方向上的格栅 索引， w1， h1， d1分别表示三维欧式空间中三个方向上的格栅总数， 表示在第( α1， β1， γ1)个格栅位置处用户预期的第一 等值面阈值场值； 离散的第一等值面阈值场的各个格栅在三维欧式空间的内均匀分布， 针对三维欧式空 间中的每 个格栅中心位置处设置和三变量B样条函数足够接 近， 建立以下目标函数： 其中， 表示格栅中心位置 处的第一等值面阈值场的 值， 表示格栅中心位置 处的离散的第一等值面阈值场值， i， j， k分 别表示控制 系数在三个方向上的坐标序数， 为三变量B样条函数的第(i， j， k)个控制 系 数， 为三变量B样条函数在三个方向上的控制点数目， 是三变量B样条函数的第(i， j， k)个基函数在位置 处的值， L1代表总体拟合 误差； 分别表示格栅中心位置在三个方 向上的坐标， t1(u， v， w)表示将 空间位 置(u， v， w)带入到三变量B样条函数后计算得到的值； 以目标函数最小为目标， 通过对上述目标函数进行迭代拟合求解获得各个控制系数 从而确定出第一 等值面阈值场t1(u， v， w)； 所述步骤3)中， 按照以下 方式获得第二 等值面阈值场t2(u， v， w)： 所述的第二等值面阈值场建立在三维欧式空间中， 为了获取第二等值面阈值场， 用户 需要输入离散的第二等值面阈值场， 离散的第二等值面阈值场建立在三维欧式空间中， 离 散的第二 等值面阈值场表示 为 权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114970160 A 3