STL 文件提供了一种捕获复杂有机形状的便捷方法，但它们的多面性可能会使它们在准备分析时感到沮丧。由于 STL 仅存储三角形（没有真正的实体、解析面或特征历史），因此它们经常会出现间隙、重叠或数百万个微小面，从而使网格化停滞不前。幸运的是，Ansys Discovery的刻面和细分（SubD）工具集可以让您将最粗糙的扫描转换为防水固体，为FEA或CFD做好准备。
本文深入探讨了每个清理和编辑命令，解释了每个命令的工作原理、哪些参数很重要，以及（最重要的是）何时一种工具比另一种工具更可取。
典型的 STL 痛点及其重要性
缺少的刻面会留下可见的孔洞;如果模型不防水，则任何体积转换都将失败。
断开的外壳会引入意外的气隙，从而破坏流体域并增加零件数量。
分辨率过高意味着数百万个三角形;视口性能直线下降，网格划分速度下降。
参差不齐的表面会产生锯齿状的边界层，从而产生不准确的应力或流动解。
“分面”选项卡深入
下面详细介绍了每个工具，因此您不仅可以看到 它的作用，还可以看到如何以及为什么可以为给定的 STL 问题选择它。
自动修复 – 您的第一遍 Heal-All AutoFix 是导入的 STL 文件的一键式分类医生。该命令运行一系列算法 - 检查流形连续性、拼接开放边、翻转倒置法线、合并重复节点以及删除零面积三角形。由于该过程是迭代的，因此如果下游作暴露了新的间隙，它会重新访问修复的区域。
- 何时使用：在导入时立即使用，然后再花时间检查网格。如果 AutoFix 报告成功，则您已消除 80% 的常见 STL 问题。如果它不能解决所有问题，它仍然会给手动工具留下更少的问题。
- 提示： 在进行大量手动编辑（尤其是布尔剪切）后，再次运行“自动修复”;新边界可以重新引入非流形边。
填充孔 – 虽然 AutoFix 可以关闭简单的裂缝，但较大的孔需要填充孔。Discovery 分析边界循环，然后创建一个三角形面块，该面块可以是平面（平面填充）或基于曲率（混合）的。曲率选项对周围的面法线进行采样，以便新三角形平滑过渡到弯曲区域。
- 需要了解的参数：最大孔径（忽略微小间隙）和混合方法。
- 适用于：管端缺少盖子;解剖扫描中的小间隙;布尔减法后的边缘撕裂。
- 避免：锯齿状的牙齿状开口 - 收缩包装可产生更好的效果，因为它会重新蒙皮该区域，而不是强行形成薄补丁。
收缩包装 – 重新剥皮整个模型 收缩包装用全新的表面包裹原始刻面，类似于在电子产品上拉伸热收缩膜。指定目标分面大小和间隙桥接公差;Discovery 会给虚拟气球充气，直到它接触到最外层的三角形，然后放松网格以产生封闭的蒙皮。
- 优势：一步解决数千个微孔;合并漂浮碎片;平滑轻微噪点 — 非常适合 MRI 或 CT 扫描。
- 权衡：因为它形成了一个新的包络，所以清晰的边缘会稍微模糊。如果您需要精确的圆柱体或基准平面，请考虑改用自动蒙皮。
- 工作流程：自动修复→收缩包装→平滑。只有在之后，您才应该减少三角形数量或转换为实体。
AutoSkin – 将 Facet 转换为混合几何体，AutoSkin 试图保留几何智能。它按曲率分割 STL，尽可能拟合解析面（平面、圆柱体、圆锥体），并用 SubD 曲面填充其余部分。结果是一个混合体：公差很重要的锋利机械面，其他地方的自由形状补丁。
- 理想输入：已经防水且不会过大噪声的网格。例如，拓扑优化的支架或通过 Shrinkwrap 清洁的扫描涡轮叶片。
为什么选择自动蒙皮：下游 CAD 编辑保持参数化——孔径保持真实圆柱体;安装垫保持平面。
准备工作：平滑运行并减少以均匀刻面密度;AutoSkin 的曲率分类器在均匀三角形上效果最佳。
布尔运算 – 组合和雕刻 STL 壳。尽管布尔值在实体建模中更为常见，但 Discovery 允许您在小平面主体上执行它们。
“组合（添加）”可合并多个壳，非常适合在分段扫描后，每个叶片都单独导入。
减去用零件扫描的支座或内部夹具。
相交隔离了 ROI，当您只需要医学模型的一部分时，这很有用。
拆分 根据种子选择分离岛屿，让您快速删除漂浮的碎片。
在转换为固体之前运行布尔值 ，以避免昂贵的固体到固体混合。
平滑 – 消除高频噪声 平滑命令执行拉普拉斯或 HC （Humphrey-Catmull） 平滑。您可以控制迭代计数和松弛因子。每次迭代都会将顶点推向其邻居的质心，在尊重整体形式的同时平均出尖峰。
- 用例：CT 扫描通常包括楼梯伪影;Smooth 可以在不显着改变气道直径的情况下驯服这些。
- 过多的平滑会侵蚀角落 - 监控曲率偏差。
减少 – 减少折叠的边缘，同时通过二次误差指标最大限度地减少形状偏差。您可以针对特定的三角形计数或最大几何误差。
- 原因：GPU 在处理 1000 万个刻面模型时遇到困难，并且网格化此类数据的速度很慢。减少 50% 通常对视觉的影响可以忽略不计，但记忆力会减半。
- 注意：如果您的 STL 包含精密支柱，请设置较低的容错率以保护薄壁。
正则化 – 平衡三角形质量减少后，三角形形状可以又长又细。正则化：重新分配顶点以均衡边长和纵横比，从而改进下游有限体积表面网格。
- CFD 优势：壁函数 y“+” 值依赖于平滑法线;正则化 减少随机法线翻转。
转换为实体
一旦您的小平面是防水的，您可以直接从模型树将其转换为实体：右键单击小平面主体→转换→实体。Discovery 提供两种模式：
- 大部分是镶嵌的 – 软件尽可能将相邻的共面或平滑连接的三角形分组为解析面。您可以保持较少的面数（更好的性能），并获得更易于选择、标注尺寸或配合的平面或圆柱形曲面。对于存在大平面/圆形区域的机械零件或扫描，选择此选项。
- 完全细分 – 每个三角形在生成的实体中都成为一个单独的面。几何体保真度最大化（每个凸起和波纹都保留下来），但模型可能包含数十万个面。仅当微尺度表面细节至关重要（例如，粗糙度研究或高度复杂的晶格结构）并且您可以容忍较大的文件大小和较慢的网格划分时，才使用此选项。
选择正确的选项可以平衡准确性和可用性： 对于大多数工程工作流程，从“大部分细分”开始;仅当您注意到转换后基本几何细节丢失时才切换到“完全细分”。
细分 （SubD） 工作流程 - 有机雕刻
细分曲面为传统的非均匀有理 B 样条曲线 （NURBS） 建模提供了一种适合雕刻的替代方案。SubD 不依赖于精确的草图和修剪，而是表示由轻量级多边形“笼子”控制的光滑极限表面。移动或细分这个笼子会直观地重塑整个表面（很像推或拉粘土）。在 Discovery 中，您可以从基本的 SubD 图元开始，或将清理的 STL 面转换为 SubD 主体以进行自由形式的细化。最大的优势是速度：在参数化 CAD 中需要数十个圆角的圆形生物或拓扑优化形状可以使用 SubD 工具在几秒钟内进行调整。权衡是尺寸精度——SubD 擅长有机连续性，而不是严格公差加工。这就是 Discovery 支持混合模型的原因，让您可以将分析圆柱体或平面保留在精度很重要的地方，同时将 SubD 用于复杂的流动区域。
细分曲面将粗糙的“控制笼”变成数学上光滑的极限曲面。Discovery 将 SubD 与传统 CAD 集成，让您可以在刻面、SubD 和实体之间进行转换。默认情况下，“SubD”选项卡不处于活动状态。要使其出现在功能区中，您需要转到文件 --> 设置 --> 自定义 --> 功能区选项卡，然后如图所示打开眼球图标。
转换模式
SubD →面：选择清洁的 STL，选择拟合公差，然后 Discovery 构建一个控制笼。公差越低，拟合越近，但面越多。
区域→ SubD：框选一个弯曲区域（气道的分叉区）并仅转换该部分，保留入口/出口平面上的圆柱体。
SubD → Solid：雕刻完成后，将几何体转换为实体以进行网格划分或导出。
核心编辑命令
拉拔拉伸或偏移面。激活“比例”后，相邻面会在衰减半径内跟随，非常适合在没有硬台阶的情况下扩大分支墙。
“移动”平移顶点;“比例”选项允许您推动粘土等大型曲面块。
细分增加了控制笼密度，在需要细节的地方提供更精细的编辑控制。
折痕/锐化引入了受控的硬边——如果气道吹嘴连接到平面法兰，则非常方便。
捕捉将雕刻的 SubD 悬垂回参考 STL 上，在自由形式编辑后保持准确性。
优点和缺点
SubD 在雕刻和快速迭代方面表现出色，但由于它近似而不是精确复制尺寸，因此您可能仍然需要分析 CAD 来进行精密加工特征。使用混合模型（分析面 + SubD 补丁）通常可以两全其美。
为工作选择合适的工具 – 行业示例
上述工具足够灵活，可以解决各行各业截然不同的 STL 挑战。下面是三个代表性案例，说明了哪些 Discovery 工具通常会发挥作用，而无需枚举每次鼠标单击。
肺气道
医学扫描高分辨率 CT 数据捕获了脆弱的支气管，但到达时布满了针孔、楼梯伪影和微小的漂浮碎片。
用例重点：自动愈合以恢复水密性，全局包裹以密封微缺陷，以及温和平滑以在体积转换之前保留气道直径，以进行内流 CFD 研究。
拓扑优化的轻质支架
从优化软件导出的晶格状结构通常带有锯齿状的刻面和不一致的曲率。
用例重点：针对小间隙进行局部孔填充，减少刻面以保持文件大小易于管理，AutoSkin 以促进分析螺栓孔圆柱体，以及在结构验证之前选择性地将 SubD 转换为自由形状的肋。
带有支撑碎片的增材制造晶格 晶格的逆向工程扫描包含过扫描材料和不相交的支撑残余物。
用例重点：区域分割和布尔减法以丢弃无关的壳，针对均匀三角形进行有针对性的重新划分网格，以及最终的收缩包装以生成适合模态或热模拟的干净包络。
在这些场景中，顺序在细节上可能有所不同，但指导原则仍然存在：从广泛的自动修复开始，解决结构完整性（孔和岛），优化刻面质量（减少、正则化、重新网格划分），然后根据分析需求转换为混合或实体几何形状。
结论
清洁 STL 几何形状感觉就像手术一样。每个模型都不同，但 Discovery 的工具箱涵盖了从紧急分诊 （AutoFix） 到复杂的重建工作 （SubD 雕刻） 的每一步。掌握何时部署每个命令（用于普遍泄漏的 Shrinkwrap、用于混合精度的 AutoSkin、用于网格质量的 Smoothing 和 Regularize）可让您快速将原始扫描数据或拓扑优化的壳转换为可靠的实体，从而使您能够专注于仿真见解，而不是令人头疼的几何问题。