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龙图腾网获悉华南理工大学申请的专利一种基于水平集的三维结构交互式拓扑优化方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN120046373B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-07-18发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202510481357.4，技术领域涉及：G06F30/20；该发明授权一种基于水平集的三维结构交互式拓扑优化方法是由魏鹏;张少坤;刘晋嘉;董嘉麟;李蕴麒设计研发完成，并于2025-04-17向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种基于水平集的三维结构交互式拓扑优化方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种基于水平集的三维结构交互式拓扑优化方法，涉及计算机辅助设计、拓扑优化和交互式设计技术领域，包括建立三维结构拓扑优化设计区域；导入初始结构的水平集场或三维模型文件，并生成初始水平集场；采用MarchingCubes方法从水平集场提取几何结构，渲染并显示初始模型；对结构进行水平集拓扑优化，更新并实时渲染显示结构形态；在优化中途，可随时暂停进程进行交互式修改，采用强制或非强制干预方式，通过交互圆球进行结构增减或形态精修，实时更新水平集场继续优化。因此，采用上述方法，高效实现复杂初始模型的拓扑优化，动态调整结构形态，有效减少传统方法繁琐的后处理步骤，提高了结构设计效率、精度与灵活性。

本发明授权一种基于水平集的三维结构交互式拓扑优化方法在权利要求书中公布了：1.一种基于水平集的三维结构交互式拓扑优化方法，其特征在于，包括以下步骤： S1、设置XYZ三个方向节点数量，建立三维结构拓扑优化设计区域，定义边界条件以及配置参数，所述边界条件为结构荷载和约束条件，所述配置参数为拓扑优化过程中的迭代参数，所述节点为设计区域网格点； S2、在设计区域内导入初始模型的水平集场φ（X），或导入显示模型文件后计算模型的SDF符号距离函数，再采用基于SDF符号距离函数的水平集生成公式，计算水平集场φ（X）； S3、利用步骤S2中的水平集场φ（X），通过MarchingCubes方法在设计区域渲染，生成初始结构的显示模型； S4、按照配置参数，利用水平集拓扑优化方法求解设计变量，所述设计变量包括水平集拓扑优化方法中描述结构形状和拓扑的数学变量； S5、观察显示模型的优化情况，当优化不满足设计要求时，暂停优化进程；所述设计要求包括美学设计、全局最优设计、避免应力集中； S6、选择强制干预或非强制干预，所述强制干预指对结构的修改不会随着优化的继续而改变，所述非强制干预指对结构的修改会随着优化的继续而发生改变； S7、生成交互圆球，设置交互圆球半径R以控制交互精度，通过交互设备移动交互圆球，并在交互圆球的运动轨迹中对显示模型进行删除或添加结构的操作，实时显示修改内容，记录运动轨迹经过的节点位置Xc； S8、更改交互圆球大小以确定操作范围，拾取交互圆球操作范围内显示模型的结构表面，在该结构表面上生成曲面控制点，通过交互设备对控制点进行选取与拖拽调整，对曲面形态进行精细化修改，并记录修改后的曲面控制点位置Xd； S9、计算修改后显示模型的SDF符号距离函数，并采用基于SDF的水平集生成公式，计算更新后的水平集场Φnew（X）； S10、继续优化进程，采用水平集场交互式迭代优化算法，迭代更新调整后的水平集场Φnew（X），利用MarchingCubes方法实时渲染显示模型； 水平集场交互式迭代优化算法，如下： ； 选择强制干预时： ； 选择非强制干预时： ； 式中，为交互圆球运动轨迹经过的节点位置；为模型修改后曲面控制点位置；为水平集函数演化速度场；为迭代时间步长；为非强制干预权重系数，通过滑动条实时调节；n为修改模型时的迭代步数； S11、重复步骤S5~S10，直到迭代收敛，优化得到符合设计需求的水平集场，再将水平集场导入支持隐式建模的软件，导出优化结构，完成结构交互式设计。

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