三維CAD模型形狀結(jié)構(gòu)分析方法.pdf

1、可重用性設(shè)計在機械設(shè)計中占有重要地位，它是一種重要的提高企業(yè)核心競爭力的手段。隨著數(shù)字化設(shè)計在企業(yè)中的廣泛應(yīng)用并逐漸成為主要的設(shè)計手段，企業(yè)內(nèi)部積累了大量的三維數(shù)字化模型，對它們可重用性分析和利用是提高設(shè)計效率、加快設(shè)計進(jìn)度、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期的有效途徑。形狀結(jié)構(gòu)信息構(gòu)成了數(shù)字化模型中最主要的工程信息，因此對模型的形狀結(jié)構(gòu)分析是解決模型重用的主要突破口。據(jù)此，本文對工程中的數(shù)字化設(shè)計模型的形狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)地研究，提出面向重用的三維CAD模

2、型的形狀結(jié)構(gòu)分析方法。
　　 本文在總結(jié)和分析相關(guān)領(lǐng)域國內(nèi)外現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出基于空間變換思想的一般性形狀分析原則。一般地，CAD模型的分析通常轉(zhuǎn)化為其對應(yīng)的圖的分析，面關(guān)系圖和體關(guān)系圖是兩類最為常用的描述CAD模型的圖結(jié)構(gòu)。面關(guān)系圖中節(jié)點表示模型中的面信息，邊表示面之間的連接信息；體關(guān)系圖中節(jié)點表示模型中的體信息，邊表示體之間的關(guān)聯(lián)信息。針對面關(guān)系圖中的曲線曲面信息，提出一套系統(tǒng)的CAD模型點特性理論，并結(jié)合空間變換的思想將曲

3、線曲面的形狀信息用一組向量描述。另一方面，針對體關(guān)系圖中的實體信息，提出一種基于編碼的形狀描述方法。結(jié)合形狀分析原則，同樣把模型的形狀描述轉(zhuǎn)化為向量描述。
　　 通常，在機械零件設(shè)計中經(jīng)常會采用已有的設(shè)計結(jié)構(gòu)并導(dǎo)致大量的CAD模型中反復(fù)出現(xiàn)相同的局部結(jié)構(gòu)。這些公共局部設(shè)計結(jié)構(gòu)是重要的可重用設(shè)計資源，因此提出一種多模型公共結(jié)構(gòu)自動識別和提取方法。基于相同的結(jié)構(gòu)具有相同的形狀信息的認(rèn)識，局部設(shè)計結(jié)構(gòu)提取等價于具有相同形狀特征的局部結(jié)

4、構(gòu)提取。采用CAD模型的面關(guān)系圖的表述以及相應(yīng)的形狀描述，將公共結(jié)構(gòu)提取問題轉(zhuǎn)化為圖的公共子圖提取問題。同時采用約束的方式表達(dá)子圖以及之間的關(guān)系，并給出約束等價的判別方法，從而有效地提取多模型之間的公共局部結(jié)構(gòu)。
　　 提出一種基于設(shè)計模板識別的多模型統(tǒng)一表達(dá)和整合方法，通過大量零件模型中的設(shè)計模板提取，可以將模型表達(dá)為模板的設(shè)計組合，從而將看似無關(guān)的模型進(jìn)行統(tǒng)一的表達(dá)和整理，有利于模型資源的管理、模型數(shù)據(jù)庫的壓縮以及基于模塊化

5、的快速設(shè)計。在該方法中，首先采用基于切割環(huán)收縮的體分割算法將所有的CAD模型統(tǒng)一的表示為體關(guān)系圖并進(jìn)行相應(yīng)地形狀描述。其次，基于數(shù)據(jù)挖掘理論中的最小描述長度(MDL，Minimum Description Length)原則，將模板提取轉(zhuǎn)化為基于圖的MDL的優(yōu)化問題。采用一種基于圖節(jié)點合并的貪心策略，對MDL優(yōu)化問題進(jìn)行求解得到模板提取結(jié)果。
　　 針對機械零件中存在著結(jié)構(gòu)包含關(guān)系的特點，從多模型組織層面上，研究模型之間的層次組

6、織結(jié)構(gòu)關(guān)系，提出多模型結(jié)構(gòu)包含關(guān)系的識別方法。該方法中CAD模型經(jīng)過邊界分割以后同樣用圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述其形狀結(jié)構(gòu)關(guān)系，從而將模型結(jié)構(gòu)包含轉(zhuǎn)變成圖的包含問題。然后，采用圖的匹配手段對模型包含關(guān)系進(jìn)行判定。
　　 為驗證本文所提出的方法和理論，在Visual C++6.0的開發(fā)環(huán)境下結(jié)合ACIS幾何引擎和HOOPS顯示核心開發(fā)了CAD模型形狀結(jié)構(gòu)分析的原型系統(tǒng)。實現(xiàn)了公共結(jié)構(gòu)識別、設(shè)計模板提取、包含性關(guān)系分析等系統(tǒng)模塊，用實例驗證了研