CAD三维模型（精选12篇）
CAD三维模型 篇1
0 引言
在目前的机械设计制造领域, 基于三维模型的产品设计与制造已经成为当前的主流模式, 被广泛应用在产品开发的各个环节 (CAD、CAE、CAPP、CAM等) 。统计数据表明, 在新产品的研发过程中有超过75%的设计活动都是对已有的设计进行重用或微小修改[1]。基于内容的三维CAD模型检索技术能够帮助企业对已有的产品设计成果进行管理和重用, 进而提高设计效率, 缩短研发周期, 并最终有效地提升企业的核心竞争力。
对于基于内容的三维模型CAD检索技术, 它的关键问题之一是如何有效描述CAD模型的形状特征, 其对于检索结果的精度和准度有着直接影响[2]。目前, 基于视觉相似的三维模型检索算法被认为是检索效果最好的一类算法[3,4], 该类算法仿效了人类视觉对物体的认知过程, 将三维模型表示为所对应的二维投影视图的集合。这样一来, 两个三维模型之间的比较就转化为各自投影集合中所对应的二维投影视图之间的比较。如果所对应的二维投影视图都相似, 则认为这两个模型相似。该类算法中最著名的为Chen等提出的光场算法[5]。然而, 在使用投影视图对三维模型进行相似性匹配时, 光场算法只是笼统地对视图集中的每一幅视图都同等看待, 却忽视了不同视图在匹配过程中其实具有不同的重要性。相较于其它视图, 模型的某些投影视图包含更多的信息, 因而更能影响模型间的相似性匹配。从图1可以很明显地看出, 螺丝刀的主视图相较于它的俯视图含有更多的信息, 对于模型来说更具有代表性。因此, 区别对待每个视图在模型相似性匹配过程中的重要程度是十分必要的。Li[6]等提出了一种基于二维投影视图最优权重的三维模型检索算法。该算法通过使用拉格朗日乘数子和支持向量机为视图配置权重, 以达到区分不同视图重要性的目的。
本文提出一种基于二维典型视图的三维CAD模型检索算法, 该算法通过从CAD模型二维投影视图集中甄选出其中具有代表性 (即信息含量高) 的视图, 将三维模型间的比较转化为各自典型视图间的相似性匹配。首先对一个三维CAD模型沿固定视角进行投影, 获得相应的二维投影视图集;然后采用Apriori算法从中挖掘出具有代表性的视图作为该模型的典型视图;最后通过比较模型各自对应的典型视图来获得三维模型间的相似性评价。
1 投影视图的获取
和其他基于视觉相似的检索算法一样, 在本文中, 对三维模型的投影视角来自于平均分布在该模型球形包围盒工的顶点, 为了能够获得足够多数量的投影视图作为典型视图的候选样本, 同时又不会造成过大的计算负担, 本文选用正八十面体的42个顶点作为投影视角。这样一来, 一个三维模型将被表示为二维投影视图集合I={i1, i2, ...i42}。
对于一幅投影视图i, 使用二维极半径傅立叶变换, 二维Zernike矩[5], 二维Krawtchouk矩[7]描述它的特征
式中:iD是由分别来自于二维基半径傅立叶变化、二维Zernike矩, 二维Krawtchouk矩的特征向量DFT、DZern和DKraw串联组成的投影视图特征描述子。
2 典型视图的甄选
获得二维投影视图集合之后, 接下来将甄选其中的典型视图。在本文中, 典型视图被定义为在一个投影视图集合中与其他若干视图相似, 可以代表这些视图的一类视图。对于一幅视图, 若集合中与其相似的视图越多, 则认为该视图越具有典型性。例如, 球体的正投影视图可以用来代表其他所有的视图。由于在内容中体现了与其相似的若干视图的共同特点, 因此典型视图相较其它视图含有更高的信息量。本文将通过Apriori算法挖掘出二维投影视图集中的典型视图, 将三维模型进一步表示为由典型视图所组成的二维典型视图集合。
2.1 Apriori算法
Apriori算法作为关联规则的挖掘技术已经在计算机信息与数据挖掘领域得到了广泛应用[8]。下面介绍关于它的一些基本概念:
事务:事务是数据集ITEM={item1, item2, ..., itemn}的一个子集, 不同事务的全体构成了事务数据库DATA。
关联规则:关联规则指如果项集X在某一事物中出现, 则必然会导致项目集Y在同一事务中出现的一种规则, 即X⇒Y, 其中X⊂ITEM, Y⊂ITEM, X∩Y≠Φ。
数据项的支持度和频繁集:设X⊂ITEM为数据项集的一个子集, B为全体事务集DATA中包含X的事务的数量, A为DATA中包含的所有事务的数量, 则项集X的支持度为:
它描述了数据项集X的重要性。支持度大于最小支持度的数据集为频繁集。
关联规则的置信度:一个关联规则的置信度表示为
它被用来描述该规则的可靠程度。
Apriori算法的核心思想是通过对事务数据库的多轮扫描来发现所有的频繁集。首先找出所有支持度大于最小支持度的项集, 即频繁项集;然后基于这些频繁项集产生新的关联规则往复扫描。此过程不断重复直到不再有新的频繁项集产生为止。
2.2 甄选典型视图
在使用Apriori算法挖掘典型视图之前, 需要构建一个事务数据库DATA。首先, 将二维投影视图间的相似性度量定义为
式中:dis () 为视图i和i’对应特征描述子Di和Di’的L-2距离, 它被归一化在区间[0, 1]。若度量结果大于规定的最小相似度min_Img Sim, 则认为和i’相似。然后, 对于投影视图集合I的每一幅视图i, 统计该集合中所有与其相似的视图 (包括其自身) 。最后, 将统计后的项目作为一条事务存入事务数据库DATA。DATA由对应着视图集规模的42条事务组成, 如表1所示。
对二维典型视图的挖掘从对事务数据库DATA的第一轮扫描开始。首先, 对于项集中的每一个数据项 (即投影视图) 计算其所对应的支持度, 筛选出大于最小支持度min_support的频繁1-项集组成频繁项目集L1;然后, 以L1作为输入构建候选集, 扫描数据库并从中找出大于最小支持度的2-项频繁项目集L2;接下来继续用L2作为输入去寻找L3。此过程不断重复直到没有新的频繁集产生为止。典型视图即为每个频繁项目集中对应关联规则置信度最小的数据项。算法1给出了整个典型视图甄选的流程。
算法1:典型视图甄选算法
输入:事务数据库DATA, 最小支持度阈值min_support
输出:三维模型的典型视图集C
1) L1=1项频繁项目集
3) CankApriori_gen (Lk-1, min_support) :构建候选集
4) for all数据库DATA中的事务t do
5) CantSubset (Cank, t) :提取包含在事务t中的候选集
6) for all Cant中的候选项Can’do
8) end for
10) end for
12) end for
13:计算置信度, 提取典型视图
完成典型视图的甄选之后, 三维模型将由其对应的二维典型视图集C来表示。三维模型之间的相似性比较即可转换为各自典型视图集之间的比较。由于存在不同模型典型视图集规模不一致的问题, 为了保证相似性计算的有效性, 本文采用贪心算法。设模型M和Q对应的典型视图集分别为CM与CQ, 则其相似性计算的具体步骤如下:
步骤1取模型M的1幅典型视图cMi∈CM, 遍历CQ中的每一幅视图Qrc, 找出与其最相似的视图Qcj。Mic与Quc之间的距离函数定义为
式中:r为模型Q典型视图集的规模;DcMi于DcQr分别是Mic和Quc对应的特征描述子。其值越小, 表示视图越相似。
步骤2重复步骤1, 直至任一视图集合中所有的视图都成功匹配。在此过程中, 视图集CM与CQ内已经匹配成功的视图不参与重复计算。则2个模型M和Q之间的相似性度量可表示为
式中:N=min (s, r) , s和r分别为模型M和Q所对应的典型视图集的规模。D为匹配成功的视图对之间的L-2距离。
3 算法验证与讨论
本文以Open CASCADE[9]为几何造型平台, Microsoft Visual Studio 2008为集成开发环境, 构建了一个三维CAD模型测试库。库中的模型主要来自于普渡大学建立的工程标准模型库ESB, 包含了齿轮类、盘类、轴类等400多个CAD模型。在实验中, 为了确保在对模型投影的过程中, 从每一视角投影的唯一性, 本文利用实验平台OPENCASCADE和改进PCA法对模型的姿态分别对模型进行位置尺度和旋转的归一化处理。投影视图的尺寸规定为256×256。衡量投影视图相似性的最小相似度min_Img Sim与典型视图甄选时甄选时的最小支持度min_support分别设定为70%与50%。
为了验证本文算法在三维CAD模型检索中的有效性, 本文使用查全率-查准率曲线 (P-R Curve) 和E测度 (E-Measures) 作为检索结果的评价指标, 将本文算法与光场算法 (LFD) [5]及文献[6]中的算法 (OWD) 进行比较。综合图3、表2及表3的实验结果, 可以看出本文算法的检索性能优于其他两种算法, 检索结果更加符合人的相似性感知。
4 结论
本文提出了一种基于二维典型视图的三维CAD模型检索算法。通过对CAD模型进行二维投影并甄选出其中的典型视图, 将模型表示为其对应的二维典型视图的集合。三维模型间的相似性评价通过比较各自对应的二维典型视图来获得。实验结果表明本文算法的检索性能优于其他几种算法, 能够更好地胜任对三维CAD模型的检索。
参考文献
[1]Ulman D G.The mechanical design process, second ed.New York:McGraw-Hill, 1997.
[2]Tangelder J W H, Veltkamp R C.A survey of content based3D shape retrieval methods.Multimedia Tools and Applications, 2007, 39 (3) :441-471.
[3]Shilane P, Min P, Kazhdan M, et al.The Princeton Shape Benchmark.In Proc.Shape Modeling Applications, Genoa, Italy, 2004.
[4]Jayanti S, Kalyanaraman Y, Iyer N et al.Developing an engineering shape benchmark for CAD models.Computer Aided Design, 2006, 28 (9) :939-953.
[5]Chen D Y, Tian X P, Shen Y T.On visual similarity based 3D model retrieval.Computer Graphics Forum, 2003, 22 (3) :223-232.
[6]Li L, Wang H Z, Chin T J.Retrieving3D CAD models using 2D images with optimized weights.In Proc.International Congress on Image and Signal Processing, Yantai, China, 2010.
[7]Yap P T, Paramesran R, Ong S H.Image analysis by Krawtchouk moments.IEEE Transactions on Image Processing, 2003, 12 (11) :1367-1377.
[8]Wu X D, Kumar V, Quinlan J R et al.Top10algorithms in data mining.Knowledge and information systems, 2007, 14 (1) :1-137.
[9]OpenCASCADE Technology www.opencascade.org.
CAD三维模型 篇2
但是二维图纸的缺点也是明显的，就是略复杂点的就显得不直观，需要人为的正确想象。如果有三维的数模展现，并且能旋转、缩放，就更加直观易懂了。
现在有了三维CAD软件SolidWorks的辅助，实现2D—3D转换，生成一般的三维数模是比较简单的事。对于从AutoCAD到三维软件过渡的设计者来说，SolidWorks的这个功能容易上手，可以帮助你轻松完成从AutoCAD到三维CAD软件的跨越。
○ SolidWorks简介
SolidWorks是功能强大、易学易用和高效创新的三维CAD系统，可进行机械设计、零件设计、模具设计、装配体和工程图设计、消费品设计等。
SolidWorks公司成立于1993年，1995年推出了第一版SolidWorks95。SolidWorks公司被达索收购(也就是CATIA母公司)。SolidWorks公司致力于将大家认为复杂、高级的3D CAD应用简易化、平民化，使绝大部分工程师都能快捷上手。SW公司100%投入于3D CAD的研究、根据客户需求提供强有力的技术创新、为工程师整合全面的辅助系统(CAE 等)。公司目标是成为机械设计领域中的三维标准。
从2D-3D的跨越可谓是传统机械绘图的逆向过程（类似图1，但是由投影视图生成立体模型）。输入的2D草图可以是AutoCAD的DWG格式图纸，也可是SolidWorks工程图，或者是SolidWorks的草图。
本文讨论如何从AutoCAD的图纸输入到SolidWorks中实现2D—3D的转换。
原理：很多三维CAD/CAM软件的立体模型的建立，是直接或间接的以草绘（或者称草图）为基础的，这点尤以PRO/E为甚。而三维软件的草绘（草图），与AutoCAD等的二维绘图大同小异（不过不同的就是前者有了参数化的技术）。
在SolidWorks中，就是将AutoCAD的图纸输入，转化为SolidWorks的草图，从而建立三维数模。
基本转换流程：
1.在SolidWorks中，打开AutoCAD格式的文件准备输入。
2.将*DWG,DXF文件输入成SolidWorks的草图。
3.将草图中的各个视图转为前视、上视等。草图会折叠到合适的视角。
4.对齐草图。
5.拉伸基体特征。
6.切除或拉伸其它特征。
在这个转换过程中，主要用2D到3D工具栏，便于将2D图转换到3D 数模。
下面以AutoCAD和SolidWorks为例，看一下如何从AutoCAD的图纸输入到SolidWorks中：
一、2D图纸准备工作
因为此转换主要是用的绘图轮廓线，其余的显得冗余，所以在AutoCAD中，需要将二维图形按照1：1的比例，绘制在一个独立的层中，比如“0层”。
注意：输入SolidWorks的CAD二维图形一定要注意比例，在单位统一的前提下（比如都是毫米），SolidWorks是严格按照输入的CAD图形转换为草绘并生成数模的。
如果是已经绘制好的图纸，调整各个视图，并将其它图素如中心线，标注线，剖面线等等分别设置在各自独立的图层中。
二、将AutoCAD的图形转换并导入SolidWorks
打开SolidWorks，选择“打开”，从下拉列表中选择“DWG”文件，“DXF/DWG”输入对话框出现。如图。
选择第三项，“以草图输入到新零件”即导入AutoCAD格式的文件。选择“下一步”图3。
出现“工程图图层映射”对话框，如图。
在“显示图层下面”，选择“所有所选图层”，在下面的图层选择中，选中“0层”前面的选择框，因为基本轮廓图形都是在“0层”中绘制，故只将此层中的图形输入到SolidWorks中。
预览：在输入前，利用“预览”下的图形浏览工具，可以象AutoCAD一样进行图形的放缩，局部放大，平移等视图操作。
“白色背景”：将背景颜色设置为白色。
选择“输入此图纸为”：模型
选择下一步，出现文件设定对话框，
如图
输入数据的单位：按照习惯，一般选择“毫米”。
选择“添加约束”和“合并点”，选择输入此图纸为“2D草图”，这样可以把AutoCAD的图形转换为3D软件中的草绘，便于后续三维模型的生成。单击“完成”，成功将AutoCAD的图形转换并导入。如图。
注意：由于在生成三维模型的特征时，各草绘的轮廓一般是封闭的（曲面除外），所以在进行下一步之前，最好检查一下，看草绘图线有无不封闭的情况，有无多余的线或点，各图线是否真正相交形成封闭图形。
三、将草图定义出前视，上视，左视等视图
输入的草图是三维数模在各个方向上的投影，就是从不同方向上看去的视图，所以需要分别将其定义为前视，上视，左视等视图。
注意：在定义任何其它视图之前，必须先定义前视图。您可进行框选择、链选择，或按住 Ctrl 来单独选择。
具体操作：
选择下图所示的视图，单击“2D-3D”工具栏上的“前视”，将其定义为前视图。
同样操作方法，将其它几个视图分别定义为上视，左视等视图。
四、定义辅助视图
按下图所示定义辅助视图，注意必须在另一视图中选择一直线来指定辅助视图的角度。
生成的各个视图如下图所示，是不是有了立体的感觉？
五、对齐草图
接下来要对齐草图。因为按照机械制图的原则，各个视图中的一些轮廓和边线是对齐的。选择一视图中的边线与在第二个视图中选择的边线对齐。选择的顺序很重要。
这个操作需要用到工具栏上的“对齐草图”命令。
对齐草图操作：
在将要与另一草图对齐的草图中选择一直线或点。
按住 Ctrl 并在第一草图将要与之对齐的第二草图中选择一直线或点。
单击 2D 到 3D 工具栏上的“对齐草图” ，或单击“工具”->“草图绘制工具”->“对齐”->“草图”
六、生成3D模型
最后进行重要的一步——生成3D模型，最常用的就是“拉伸/切除”命令。
注意：从所选草图实体拉伸特征，不必选择完整的草图，可以从整个草图中选择部分图形。可一次选一个或多个，但是各草图图形应该都是封闭的，才能生成实体特征（如拉伸，切除等）。
拉伸特征
在设计树中选择“草图1”，即输入的前视图，右键选择“编辑草图”，选择要拉伸的轮廓，如图10。
单击“2D-3D”工具栏上的“拉伸”，基体-拉伸 PropertyManager 出现。
在“基体-拉伸” PropertyManager 中设置相关参数，编辑属性。
方向一：默认的拉伸方向，如图中箭头所示。
可以输入拉伸的深度，或者指定要拉伸到的点或直线。根据投影原理，另一视图（上视图）的一投影边线就是拉伸的深度，我们选择上视图中的一终止点作为拉伸终点。
注意：对于 2D 到 3D 转换，可通过选择一草图实体来指定给定深度拉伸的深度。
最后按右键，一个拉伸的三维模型生成了。
添加一个切除特征
我们可以从辅助视图上的一个图形轮廓，在已经生成的拉伸实体中进行切除。
在辅助视图上选择小矩形，单击2D-3D工具栏上的“切除”，在对话框中指定切除的深度，完成切除。如图
这样，2D-3D的转换就大功告成了！
总结
这种方法还有一个好处，就是形状复杂，其尺寸定位不规则的图形，也许在三维软件里绘制草图比较麻烦，在制作三维数模的时候，不用重复进行草绘，就可轻松生成。
上面举的只是一个最基本的例子，其实更复杂一些的图形也可以实现。
诠释三维CAD技术发展的新内涵 篇3
随着中国制造业信息化进程的不断加快，数字化技术在产品创新中的作用凸显。中国航天科技集团总工程师杨海成讲述了三维技术发展的新内涵，杨海成告诉记者，三维技术已经成为当前推动制造业信息化发展，推动两化融合的一个最重要、最核心的高技术的支撑和应用。在推动两化融合过程中，应该强调用数字化的设计和制造技术来促进企业的设计革命。
从产品设计向服务运行延伸
三维CAD技术在当代工业和制造业的发展中，得到了广泛的应用，是技术集成应用的现代高科技的产品设计制造技术。在航天工业的研发、生产、制造、实验，运营乃至产品全生命周期的过程中得到了贯通和广泛应用。特别是在载人航天的火箭的设计制造，飞船的设计制造中，得到了关键的重要应用。
杨海成说，火箭、卫星、飞船等都是高技术集成的装备产品，航天装备的结构复杂，零部件组建众多，相互之间的功能上和性能上的集成，也反映了现代高技术装备的特点，必须要用现代三维的数字化技术来进行产品的设计和定义，来充分评估产品的功能性。只有使用三维技术才能完整表达产品的各个零部件的功能，性能、结构状态，才能进行产品功能性能在制造之前的各种优化、仿真、试验。例如在产品定义阶段进行设计性能分析仿真，包括产品的技术状态管理、产品数据有效的组织管理等方面都是以三维数据、三维模型的形式进行管理。
在制造阶段，设计的数据，可以通过三维技术直接打通到制造的各个环节中去。把一个设计模型变成可制造的模型，需要进行三维的工艺设计，把制造的三维数据传递到现代的数控、机床，数控设备上进行加工生产实验，都需要用到三维制造技术。
产品在装配阶段，可以先用计算机三维模型进行预装配，使得装配的顺序、装配过程中的不协调环节，都能够充分的展现出来，能够做到产品装配完全逼真的三维在线展示。工人可以按照三维的装配工艺要求，按照装配的指令，完成整个零件的装配过程。到了实验环节，三维的数据、产品模型要与一系列性能数据进行比对，来确定产品的功能性是否满足实际工程的要求。
在杨海成看来，三维技术的应用已经从最初的卫星和飞船产品的设计，延伸到为产品在天空上运行提供支持服务。三维技术对整个的航天产品的功能、性能以及制造水平，运营状态，进行全面数字化定义、仿真优化的主要支撑工艺，起到核心的作用。
不仅如此，在我国由制造大国走向制造强国的过程中，在制造业信息化科技工程与两化融合中，三维CAD技术的应用发展起到非常重要的作用。
促进“两化融合”的重要支撑
我国当前在推动着信息化与工业化融合，特别是科技部以高技术为旗帜，推动制造业信息化如火如荼的进行。近二十年来，从“八五”、“九五”、“十五”到“十一五”，信息技术正在不断的发展，不断的向前迈进。在“八五”时期，国务委员宋健提出了“甩图板”工程，用电子图板代替原来手工的画图图板，这是一场二维CAD产业革命。
经过近二十年的发展，特别是现在的制造业信息化和两化融合，企业的产品设计到生产制造，已经开始由二维、二维半开始走向三维产品设计，开始用三维的方式来定义产品，来制造和销售产品。三维CAD技术的应用已经渗透到从产品设计到生产制造到产品的实验验证，一直到产品投入市场使用的环节中。可以说，三维CAD正在酝酿着更大的提升。
“三维技术已经成为当前推动制造业信息化发展，推动两化融合的一个最重要、最核心的高技术的支撑和应用。”杨海成表示，真正以三维技术为支撑的现代制造业的设计制造管理，更能本质性体现现代工业的一种从传统的以工程图纸定义产品的模式，迈到以三维模型定义的现代的、新型的工业产品定义模式，三维CAD应用是一场巨大的提升。它把传统的几百年来，工程师以工程图纸语言表达的产品设计制造，提升到了以数字化定义的模型、以真正的三维样机的模型来贯穿整个设计的过程。
所以，杨海成强调，在推动两化融合过程当中，要强调用数字化的设计和制造技术来促进企业的设计革命，制造提升，工业的转型升级。在制造业信息化发展中，强调使用三维技术实现设计制造的集成和并行，来缩短产品的设计和周期。而且通过三维和无纸化的设计制造方式，使得工业的现代化水平提升到与当代国际上一流产品设计的层次上。
支撑企业向服务型制造转型
现代服务业已经成为我国国民经济的重要产业和经济发展的一个重要增长点，并成为新技术的一个重要的促进者。过去传统制造业以产品的设计和制造为主，把设计图纸或生产的产品销售给用户。所以，长期以来，我国传统制造业是以产品生产和销售为主的。
杨海成表示，我国制造业企业在信息化技术的支撑下，特别是在数字化设计和制造，三维设计制造等技术的支撑下，正在由生产型制造向服务型制造转型，即：向制造服务转型。通过从生产型制造向服务型制造转型，可以使企业不仅仅获取的产品生产的价值和销售价值，也能够获得产品服务所带来的附加值和价值链的高端。
产品从研发、设计到生产、制造，到销售、使用、服务，是一个覆盖产品全生命周期的价值链环节。对于制造业来讲，要由过去所谓的只关注生产制造的低价值的苦笑曲线，到关注高价值的微笑曲线，向全价值链服务型制造扩充，这是制造业由低端向高端发展的一个必然趋势和规律，也是现代制造业和服务业结合的必然。现在可以看到，很多企业已经开始不仅是关注产品的设计制造，更关注产品的使用和服务。比如海尔，海尔的服务比其产品本身所创造的价值还要高。
杨海成说，有了三维技术，可以实现对产品的功能，性能和产品的使用状态，以及后续服务进行必要的支撑。即使产品已经交付给用户，一旦出现使用和维护方面的问题，通过完整的三维产品结构，可以追溯到产品最初的设计状态和制造状态，用产品在设计制造过程中积累的产品数据来更好的为用户提供技术支持服务。而且，通过数字化提供网络远程诊断，使数字化三维模型和网络密切结合，为用户提供更加全面、周到的服务。只有通过产品的三维数字化设计、三维建模，才可以把设计制造的产品信息生动化，形象化的应用到用户的使用中，渗透到相关功能的拓展及全程服务中。过去只掌握产品的说明书和产品图纸，无法满足用户在使用过程中的全部需求。
CAD三维模型 篇4
三维CAD模型在机械设计和制造领域的应用越来越广泛,由此产生了大量包含丰富信息的产品模型。如何有效浏览和检索这些模型,使这些资源信息获得最大程度的设计重用,从而达到降低设计成本和缩短产品研发周期的目的,已成为目前制造行业的一个研究热点。对于检索系统来说,如何设计查询输入的交互方式,从而使用户的查询意图得到方便快速的表达,是三维CAD模型检索技术的重要课题[1]。通用领域的3D模型检索系统大多采用实例提交方式的查询接口,但是这种方式并不适用于工程设计。在设计的初始阶段,设计师往往更习惯于采用绘制二维草图的方式来记录自己的设计灵感。因此,对于CAD模型检索系统来说,基于草图的检索输入方式是其中不可缺少的一部分。同时,这种方式由于符合设计师的设计习惯,所以也更有利于提高设计重用的效率。
查询输入作为检索流程的第一步,对于计算机以何种方式对提交的二维草图进行理解,将直接影响到检索结果的精度和准确度。文献[2]、[3]利用输入的二维草图进行三维重建,但这种方法仅限于重建出简单的三维模型;同时,由于二维图像深度信息的缺失,重建出的模型常常出现某些重要的几何特征被遗失的情况。相对于直接基于草图进行三维重建的方法,基于草图表示信息进行形状特征提取并转化为相应形状描述子进行相似性比较的这一思路,能更方便地获得不同视图之间的相似性差异,具有更高的实用性。因此,本文采用这一思路,通过组合使用傅立叶描述子和二维形状分布方法,提出一种联合描述子作为视图形状特征的描述。对于用户所绘制的三个不同视角的草图,采取与CAD模型相应三个视角的二维投影进行形状特征相似性比较,以实现对目标模型的检索。
1 基于二维草图的CAD模型检索
1.1 算法概述
在使用二维草图对CAD模型进行检索前,首先需要获得模型库中CAD模型的三视图,然后对三视图的形状特征进行抽取并将特征向量存入模型库。检索时,对用户所提交的草图三视图提取相应的形状特征并与之前存入模型库的模型形状特征进行相似性匹配计算。最后,根据相似度值的大小输出检索结果。整个过程如图1所示。
1.2 提取CAD模型三视图
在三维模型建模和获取中,不同的模型是由不同的人通过不同的方式得到的,模型的方位可能各不相同。这样就导致即使相同的两个模型,如果其方位不同,那么在相同条件下的投影也会不同,因此,要实现基于三视图的模型检索,就必须在提取模型的三视投影图之前,先使其具备旋转不变性。本文使用改进主元分析法PCA(Principal Component Analysis)计算出模型的标准坐标系,然后将模型旋转到对应的坐标系中,从而保证其具备旋转不变性。
在保证模型的旋转不变性之后,就可以提取其三视图。将CAD模型沿指定的方向投影获取二维投影视图的算法已经非常成熟,本文使用三维实体造型库Opencascade[4]提供的接口函数来完成CAD模型的三视图获取工作,如图2所示。
1.3 形状特征的提取和相似性匹配
提取了CAD模型的三视投影图后,基于三视图草图的CAD模型检索就可以转换为三视图形状特征相似性匹配问题。目前,视图形状特征主要有两种表示方法,一种是区域特征的,另一种是轮廓特征的。前者将整个视图形状区域内的形状信息都进行考虑,而后者仅利用视图形状的边界轮廓信息。目前,傅立叶描述子法[5]和二维形状分布法是描述形状特征的最典型方法,分别用于描述形状外轮廓特征和形状区域特征。因此,本文使用傅立叶描述子法描述三视图边界轮廓的形状特征,用二维形状分布法描述三视图内部区域的形状特征,然后将两种方法加权组合得到三视图形状特征的联合描述子。
1.3.1 基于傅立叶描述子的特征提取
傅立叶形状描述子的基本思想是用视图外轮廓的傅立叶变换作为其形状特征描述。对于二维视图的外轮廓,在进行傅立叶变换之前需要将其转化为一维的表示。目前,曲率函数、质心距离函数、复坐标函数是常用的几种外轮廓形状表示方法。一般来说,质心距离函数的效果要好于其他方式[6],所以本文选取质心距离作为外轮廓的形状表示。质心距离被定义为视图的外轮廓边界点到其质心的距离。三视图外轮廓的傅立叶描述子生成步骤如下:
1.3.1. 1 归一化处理
包括以下几个步骤:(1)对轮廓图使用Canny算子[7]进行细分;(2)跟踪外轮廓得到点集{p(xi,yi)|i=0,1…N-1},其中N是轮廓上像素的总数;(3)计算其几何中心(4)变换视图至以(xc,yc)为原点的新坐标系下。
1.3.1. 2 计算质心距离
由于在预处理过程中已经将视图坐标系进行了相应的归一化变换,所以可直接计算出三视轮廓图的质心距离:
1.3.1. 3 对质心距离进行傅立叶变换
由于r(i)是由N个离散点组成的集合,所以使用离散傅立叶变换公式,可以得到:
1.3.1. 4 生成傅立叶描述子
其描述向量为:
其中,Rk除以R0的目的是为了对参数进行归一化,以保证形状的尺度不变性。取绝对值的目的是为了保证形状的缩放不变性。上述傅立叶描述向量f,即为三视图外轮廓的形状特征向量。通过傅立叶描述子特征向量之间距离的度量,即可实现两个三视轮廓间相似性评价。本文选用最通用的欧氏距离来计算特征向量间的距离,距离越小说明两个三视轮廓图的相似性越高。
1.3.2 基于二维形状分布的特征提取
与三维形状分布[8]的算法思想类似,二维形状分布法首先定义一组能够描述二维视图形状特征的形状函数,然后基于形状函数计算出大量的统计数据,最后利用这些数据直接构建统计分布直方图来描述二维视图的形状特征。文献[8]提出了5种形状函数,在本文中选取D2形状函数作为视图形状信息的采集函数。D2形状函数即任意2点之间的几何距离,具有简单以及不变性的特点。
完成形状函数的选择后,接下来需要计算二维视图形状的统计数据。一般来讲,通过CAD模型投影得到的三视图比较复杂,其像素点数目可能达到数千甚至上万个,直接计算任意两个像素点距离的复杂度非常大,本文通过随机采样来解决。由三视图二维轮廓生成形状分布图的步骤可描述如下:
(1)在S上进行随机采样,取得数量为m的采样点集,本文取m=1024。这里设二维轮廓S为像素点P的集合S={p(xi,yi)|i=0,1…N-1},N为二维轮廓上像素的总数。
(2)对于这m个采样点,计算任意两点之间的欧氏距离:
因为本文中m取值1024,所以产生的点对数量为:
(3)对随机点对之间的距离进行统计,根据距离值构建形状特征的分布直方图。由于对不同的三维模型,其形状函数的数值跨度可能会很大。为了消除这一影响,使获得的直方图向量都位于同一值域,本文使用所有点对距离的平均值对直方图进行归一化操作。
基于算法计算效率的考虑,不同直方图之间的相似性同样采用欧氏距离进行度量。在进行相似性比较时,为了保证两个直方图区间数目的一致,对于区间数较少的直方图,采用置0的方法进行区间数目的补齐。
1.3.3 联合描述子
对于一组草图的三视图和CAD模型的三视图,其相似性度量尺度表示为:
其中:d为两个视图之间的特征的相似距离;I1、I2、I3分别表示主视图、俯视图和左视图;V、M表示草图和模型投影视图;α、β、ν分别为主视图、俯视图和左视图的权值,可以根据模型库的特点自行设定,本文经过大量的检索实验后确定各权值的取值分别为0.8,0.4,0.4。而计算结果D值越小,说明三视图草图和模型三视图越相似。
设D1和D2分别为使用傅立叶描述子法和使用二维形状分布法的草图三视图和模型三视图组对间的相似性度量尺度。以上两种形状描述法都具有对仿射变换的不变性,同时对轮廓线上小的扰动具有较好的鲁棒性。但是傅立叶描述子法仅利用图形的外轮廓边界信息,忽略了图形的内部信息。而对于CAD模型的三视图来说,它的内部轮廓信息同样非常重要;相比之下,二维形状分布法虽然考虑了整个形状区域内的信息,却没有对外边界信息给与足够重视。为了弥补各自算法的缺陷,本文将上述两种算法的相似性度量尺度以加权的方式进行组合,由此得到了联合描述子:
其中,ω为D1所对应的权重,取值区间为[0,1],用户可以根据需要进行调整。同样,SD的值越小,说明草图三视图和模型三视图越相似。
2 实验及性能分析
在Visual Studio 2008环境下,以Opencascade为几何造型平台,开发了一个支持二维草图绘制输入的原型系统对本文方法进行验证。从ESB模型库中选取了19个类别共329个模型,通过CAD造型软件对其重新造型并存储为STEP文件格式,构建了一个以STEP文件表示的三维CAD模型库用于实验。
为分析联合描述子中权值ω对检索性能的影响,基于上述模型库进行了一系列的检索实验,对不同的权值ω分别记录其平均查全-查准率,得到如图3所示实验结果。由实验结果可知,对于整个模型库,当ω取值在[0.3,0.7]时,本文检索方法具有较佳的检索性能,且ω的最佳权值取在0.3附近,因此本文后续实验中取ω=0.3。
此外,为了对本文算法的检索性能及使用效果进行全面、综合的评估,分别将本文所提出的联合描述子法与单独使用傅立叶描述子法、二维形状分布法所获得的检索结果进行了对比,并使用查全-查准率曲线(Precision-Recall Curve)进行评价。综合图4及表1的实验结果,可以看出本文方法综合考虑了视图轮廓边界形状信息及视图整个区域内的形状信息,检索性能优于其他2中算法,检索结果更能反映用户的检索意图。
3 结束语
提出一种基于二维草图的三维CAD模型检索方法,对用户所绘制的三个不同视角的二维草图,采取与CAD模型相应三个视角的二维投影图进行形状特征相似性比较的方法,以实现对目标模型的检索。该算法的最大特点在于综合考虑了三视图的轮廓边界及轮廓内的形状信息,使得检索结果能更好地反映用户的检索意图。实验结果表明,本文算法的检索性能令人满意,为设计人员在设计的初始阶段快速利用已有资源信息提供了一种新的支持手段。
参考文献
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[7]Biswas R,Sil J.An Improved Canny Edge Detection Algorithm Basedon Type-2 Fuzzy Sets[J].Procedia Technology.2012,4(0):820-824.
CAD三维建模：排球 篇5
一、新建文件，首先在西南等轴侧视图中建立一个300的正立体。
命令：_box
指定长方体的角点或[中心点(CE)]<0,0,0>:0,0,0
指定角点或[立方体(C)/长度(L)]:c
指定长度：300
二、选择分级命令，分解正方体。然后用直线命令连接正方体的对角点图1，再将其他面删除只保留底面，然后将底面分解一次。现在底面已成为线形式，然后用点的定数等分命令等分左右边。等分数3。然后打开对象捕捉的节点。用直线平行连接左右各点如图2
三、将坐标移动到O点，绘制球体。如图3
命令：_sphere
当前线框密度：ISOLINES=4
指定球体球心<0,0,0>:0,0,0
指定球体半径或[直径(D)]：100
四、接下来对球体执行6次剖切。第一次以O,A,D,保留右边部分。第二次以O,H,E,去掉右上方部分。第三次以O,A,H，去掉左上部分。第四次以O,D,E，去掉右边部分，第五次以O,B,G，保留两侧。第六次以O,C,F，保留两侧。将剩余的三部分分别着不同的颜色如图4。
五、为实体部分外边缘倒圆角。
为方便倒圆角，先建三个层，分别命名三个实体。关闭两个图层，先为一个倒。一次制作，圆角半径2。将三个实体做一编组，键盘输入命令G，打开组界面，起一组名，点新建，选择三个实体，确定。然后转到主视图。作环形阵列。中心点位O点，项目总数4，填充触角360，对象为新建编组。得到图5。转到右视图，以O点旋转右视图中正对的编组，角度90。转到左视图，方法同上，如果不方便选择，可以分层操作。如图6。在左视图中给上下两个编组作环形阵列，基点为O点。项目数量2，填充角度90。分别为上下组各做一次。然后转到主视图和后视图分别以O点作旋转操作，角度90。得到图6
CAD三维模型 篇6
一、技工院校传统机械制图教学分析
传统的制图教学,以“三中心”教学方法为主线,即教师中心、课堂中心、书本中心。教师沿用圆规、直尺、三角板、模型、纸质挂图等教学用具。需要在黑板上画出一些图例,对于复杂图形来说,费时费事,教师的体力也消耗很大,而且效果也不是太好。在培养和启发学生的空间想象能力和构思能力上,教学手段较为单一,内容多以静态为主,无法表现丰富多彩的三维动态对象,使学生难以形成完整的空间概念。而对于基础相对来说比较差的技工学生来说,部分学生因为空间想象能力的缺乏而看不懂二维图,导致丧失学习机械制图课程的信心,从而致使技能训练课程因无法看懂图样而不能继续学习。
传统教学模式下培养的学生毕业后从事设计零件的工作时,由于学习的绘图手段有限,学生很难在图样上将设想的零件表达成立体图形,不得不遵循正投影法形成的二维视图来表达自己的三维设想,因此,一旦经验不足,考虑不周,空间干涉就在所难免。因为设计和制造工作流程是按顺序进行的,很多时候是等机械零件做出来了,对产品进行试装配时才发现干涉或设计不合理等现象,造成设计修改工作量大,开发周期长。
二、三维CAD在辅助机械制图教学中的重要应用
1.利用三维CAD辅助教学培养学生的空间思维能力
三维CAD辅助教学符合认识运动规律,是和空间想象能力的产生和发展相一致的,建立三维空间到二维平面的概念要从三维实体入手,即首先从简单的三维基本几何体入手,通过对如:棱柱、圆柱、圆锥、球等基本实体的投影及投影特征进行分析,熟悉构成投影的基本元素,如:直线段、矩形、多边形、圆等二维平面的含义,逐步掌握各基本几何体在不同投影面上的投影规律,找出其投影特征。如投影反映实体的真实性、积聚性、相似性等,从而建立三维空间到二维平面的概念。在有了对三维实体的感性认识的基础上,形成二维平面这抽象的理性认识,反过来才能建立正确牢固的空间形体表象。
2.利用三维CAD辅助教学法掌握机械制图的教学规律
机械制图的教学实践证明:培养学生的空间思维能力和想象能力实质上是围绕三维实体与二维平面视图之间相互转换的思维活动,这个活动首先有从空间到平面的感性认识的积累,如果直接从二维平面到三维实体的抽象思维对初学的学生而言是比较困难的,不符合对他们的教学(学习)规律,机械制图教学最好不要从抽象的点、线、面开始,因为点、线、面难以将实体形象建立起来,而从三维实体出发,不但可以增强学生的感性认识,还可以增加学生对投影知识的理解。对三维实体感受越深广,理解就越深刻,形象储存就越丰富、越牢固,比较分析就越容易,对形体的加工、处理出现新形象就简单迅速,这就具备了良好的空间形体想象能力。
3.利用三维CAD辅助教学法解决复杂零部件教学难的难题
对于是复杂的零件,尤其是装配体,实物模型很难展示其内部结果,而通过CAD建立的三维模型则可以根据需要,灵活进行剖切,还可以进行仿真,直观展示装配配体中各零件之间的装配关系,及方便学生进一步了解装配体的工作原理。传统的教学方式,要由装配图(图1)想象装配体(从二维装配图想象各零件的结构及其特点)、变速器的安装顺序和拆法、变速器的工作原理,这对于技工学校的学生基础来说,难度很大,学习效果也很差,根本无法达到教学大纲的教学要求。
通过CAD三维实体有了三维实体装配(图2)及其爆炸图(图3)对帮助教师结合二维装配图的教学产生了良好的效果。分析装配体的零件结构、装配体的拆法和安装顺序时,完全可以通过爆炸图得到圆满的答案。特别是变速器的工作原理,这是每个教师最为迫切需要解释的首要问题。在CAD装配体的教学中,如果为零部件指定明确的动画运动路径及准确的转速,可以生成齿轮的齿合传动动画,学生可以更形象地理解变速器的工作过程。进一步加深对变速器整体结构的全面认识,真正达到培养学生空间形体想象能力的效果。
4.运用CAD三维实体教学法解释课本和练习题出现的重点、难点
切割线与相贯线的画法与识读是制图教学中较难的章节,学生因为空间想像能力欠缺,比较难理解多变的线条变化。例如,如果按步就搬地将课本中“两圆柱正交相贯线、两圆柱直径不等正交的相贯线、圆锥正交的相贯线”的画法传授给学生,因实物模型少而小,挂图不够清楚,轴测图不够具体,这样板书学生难以理解,同时教师工作量大,花去了大量的时间和精力,而教学效果不如意。要再深入讲解相贯的切割就更不容易了。而运用CAD三维实体辅助相贯与切割章节的教学,如图4所示,则因实体的建立和操作简单方便,动感强,有感染力。学生一目了然,兴趣高,容易接受,可以达到比较好的教学效果。
CAD三维模型 篇7
计算机辅助设计(CAD-Computer Aided Design,简称CAD)利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作,在工程和产品设计中,计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。CAD技术从1965年Lockheed飞机公司研制CAD/CAM系统开始,发展至今已有40余年,在机械、电子、航空航天、船舶、轻工、纺织和建筑乃至冶金、煤炭、水电等各个行业得到了广泛的应用。
CAD软件的霸主,即AutoCAD,是由美国AutoDesk公司于二十世纪八十年代初为微机上应用CAD技术而开发的绘图程序软件包。其图形的默认格式DXF和DWG已成为事实上的工业标准。据统计,世界上有70%的图纸是DWG格式的,因而,如果想获取DWG文件中的数据,并且将三维设计成果展示在GIS平台中,那么,进一步了解DWG文件格式及其应用情况,就显得非常重要了。
本文基于Open Design Alliance开发的一种Teigha for.dwg开发类库提出了一种方法,它可以在脱离AutoCAD的环境下解读DWG文件[5],可以将由CAD软件设计的设计成果准确无误地显示在GIS平台中,实现了由设计到展示的完美过渡。
1 地理信息系统(GIS)的组成及其功能和应用
GIS是一个基于数据库管理系统(DBMS)的分析和管理空间对象的信息系统,以地理空间数据为操作对象是地理信息系统与其它信息系统的根本区别。
1.1 地理信息系统的组成
从应用的角度,地理信息系统是由硬件、软件、数据、人员和方法五部分组成。硬件和软件为地理信息系统建设提供环境;数据是GIS的重要内容;方法为GIS建设提供解决方案;人员是系统建设中的关键和能动性因素,直接影响和协调其它几个组成部分。
1.2 地理信息系统的功能
正文内容。就地理信息系统本身来说,大多数功能较全的地理信息系统一般均具备以下类型的基本功能,它们分别是:1)数据采集与编辑功能;2)属性数据编辑于分析;3)制图功能;4)空间数据库管理功能;5)空间分析功能;6)拓扑空间查询;7)缓冲区分析;8)叠置分析;9)空间集合分析;10)地学分析;11)数字高程模型建立。
1.3 地理信息系统的应用
地理信息系统在最近的30多年内取得了惊人的发展,广泛应用于资源调查、环境评估、灾害预测、国土管理、城市规划、邮电通讯、交通运输、军事公安、水利电力、公共设施管理、农林牧业、统计、商业金融等几乎所有领域。
2 AutoCAD图形实体和DWG文件
AutoCAD的图形数据库中所有的图形元素被称为实体(Eniity),读取AutoCAD图形信息也就是读取这些实体。DWG文件是AutoCAD生成的一种图形文件,也是目前应用最广泛的AutoCAD图形文件格式。
2.1 AutoCAD图形实体介绍
AutoCAD图形是一些存储在数据库中的对象的集合,最基本的数据库对象包括实体,符号表和数据词典等[1]。
符号表和数据词典都是用来储存数据库对象的容器,这两种容器对象都有与之相关的符号表(字符串)。AntoCAD数据库中包含一系列固定的符号表,每一个符号表都存储着表示符号表记录的特定类的句柄,例如层表(AcDbLayerTable)中包含层表记录,块表(AcDbB1ockTable)中包含块表记录。由于数据库中的符号表是固定的,因此用户不能向数据库中添加新的符号表,只能向符号表中添加新的符号表记录。
数据词典提供了一个比符号表更加通用的容器来储存对象,在数据词典中可以储存任何AcDbobject类及其子类的对象。当AntoCAD创建新的图形时,数据库中生成一个“命名对象词典”(named objeet dictionary),它负责管理所有与数据库相关的对象数据词典,用户可以在“命名对象词典”中创建新的对象数据词典来存储新的数据库对象。
AutoCAD的图形数据库中所有的图形元素被称为实体(Entity),这些实体都被系统赋予一个唯一的名称,保存在图形数据库中,通过对AutoCAD中实体的访问,可以把外部信息加入到图形文件中去,这是进行复杂制图工作的有效途径。实体名是指图形中每一个实体所对应的名字,它只是一个指针(Pointer),用这个指针可以找到该实体在图形数据库中的记录及其在屏幕上的向量[2]。所有的实体类均由AcDbEntity类派生而来,而AcDbEntity类是由AcDbobject类派生而来。
所有AutoCAD实体都包含在块表中。新建的数据库的块表中包含三个预定义的记录:*MODEL_SPACE、*PAPER_SPACE和*PAPER_SPACEO,分别代表模型空间和两个图纸空间布局。当创建新块时(如执行BLOCK、HATCH或DIMENSION命令),新的块表记录被添加到块表中。
数据库中实体的关系结构图如图1所示。
所有的实体都有一些相同的公用属性,实体类中也都包含了设置和查询这些公用属性的成员函数。实体的公用属性可以通过AutoCAD命令设置和查询。它们包括:颜色、线型、线型比例、可见性、层、直线宽度和打印样式名等。
2.2 DWG文件介绍
DWG文件是AutoCAD生成的一种图形文件,它是一种二进制文件,格式不公开,普通用户无法直接读取其内容。从用户角度看,AutoCAD几乎是一个封闭的系统,它只相当于图形编辑工具,生成的图形文件是一个以二进制形式存放的DWG文件,其内容很难读懂。虽然AutoDesk公司为用户提供了DXF文件,但如果能够进一步了解DWG文件格式,一方面可以省去一些操作过程,另一方面可以根据不同的功能要求编制出各种灵活、方便、结构紧凑的外部命令。
2.2.1 DWG文件的数据类型
DWG文件为二进制格式文件,共有五种数据形式:字符型、单字节整型、双字节整型、四字节整型和以IEEE标准存储的浮点数(即双精度浮点数)[3]。由于AutoDesk公司在DWG文件中采用了以上五种标准数据类型,因此能很方便的对这些数据进行直接存取和处理。例如:我们可以用C语言中的char实现字符型数据,用byte实现字节型数据,用int实现整型数据,用long实现长整型,用double实现双精度浮点型。
2.2.2 DWG文件的结构
DWG文件的结构与DXF文件基本相同,也是由五个部分组成,分别是:头部、实体部、表部、块实体部和应急头部[4]。总体结构如图2所示。
3 ODA以及Teigha for.dwg
3.1 开放设计联盟(Open Design Alliance简称ODA)
开放设计联盟(ODA)是一个非盈利性的会员制的组织,会员由软件公司,软件开发人员以及使用者组成。会员负责向联盟和其它会员提供ODA技术平台、创建图形化应用程序的工具:包括自定义数据的访问和编辑,可视化工具以及完整的CAD系统。平台也支持对DWG和DGN文件的操作,包括与其它文件格式之间进行导入和导出。对于Teigha for.dwg软件包的其他描述见表1。
在版权要求上,对于非商业软件,可以自由使用O-DA提供的工具和软件包;而对于商业应用,需要交纳会员注册费用。ODA会员的会费为ODA平台软件研发提供了资金支持,研发的成果供所有会员使用。基于ODA平台,会员可以集中精力在解决方案的研发上面,不用为读写复杂的CAD文件花费时间。
3.2 Teigha for.dwg软件包
从应用的角度,地理信息系统是由硬件、软件、数据、人员和方法五部分组成。硬件和软件为地理信息系统建设提供环境;数据是GIS的重要内容;方法为GIS建设提供解决方案;人员是系统建设中的关键和能动性因素,直接影响和协调其它几个组成部分。
3.3 基于Teigha for.dwg读写DWG文件原理
为了实现三维设计成果能够准确无误地展示在GIS平台中,就必须准确无误地提取出DWG文件中三维设计信息。Teigha for dwg的解读工作是通过DLP技术在内存中开辟空间,把DWG文件所包含的各类信息分门别类、以一系列对象的形式存在于内存中,这样我们就能易于理解和操作这些信息,从而揭开了DWG格式的技术面纱[6]。
4 基于Teigha for.dwg读取DWG文件操作
Teigha for.dwg不仅能够读写DWG图纸文件,也提供了基本的图纸呈现功能,但是本文中只需提取DWG图纸中的三维信息和实体属性信息,所以就没有实现对DWG文件的写以及在Teigha for.dwg所提供的平台下对DWG实体的显示功能。而主要是将设计实体渲染在GIS平台中。
4.1 读取文件操作
由于Teigha for.dwg使用了DLP技术来分配内存空间,所以在进行打开操作之前需要先进行DLP环境注册,然后输入DWG文件路径,并由Teigha for.dwg得到一个可以进行操作的OdDbDatabase对象,然后通过调用Teigha for.dwg的Vectorize程序,从而可以完全获得DWG文件的内部信息,包括几何信息以及属性信息。
4.2 在GIS系统中对图形信息进行渲染的难点和解决办法
由于GIS系统本身在对于图像处理方面的高要求,其本身对于显卡要求比较高,所以增加的实体部分如果不进行处理的话,必然使得系统变得很慢,从而失去的实际应用价值。
如果单纯使用Teigha for.dwg的Vectorize方法,那么将只能获取到DWG文件中的所有组织好的模型的几何信息和一部分属性信息,如果要将复杂的三维DWG模型渲染在GIS平台中,就必须对三维实体信息进行处理。本文结合DWG文件中的块和块参照的感念与图形渲染中的GPU渲染方式进行结合,从而很好的解决了复杂三维模型在GIS平台中进行渲染的出现内存溢出的难点。从而使得在CAD系统中设计的复杂的、精细的、集中的三维模型能够完美的展示在GIS平台中,实现了设计平台到展示平台的完美过渡。图3就是设计平台中的模型在GIS平台中的展示。
5 技术分析和展望
本文主要讲解了如何利用Teigha for.dwg把DWG文件解析为我们可以便于访问的内容,以及如何在脱离AutoCAD这个平台的情况下,将在AutoCAD平台中设计的成果展示在GIS系统中,并且写了一个简单的实现此功能的程序。
由于ODA的不断突破,使得Teigha for.dwg已经基本实现了对目前所有DWG文件的解读功能,使用户拥有了获得自己设计的DWG文件中的数据的能力,在工程应用中大大减轻了系统编程的工作量、提高编程效率、缩短软件开发周期,而且可以使许多应用开发项目的设计思路更为开阔,最后生成的应用程序也更为灵活。
但是,尽管ODA已经完成了对DWG文件的解析工作,如何将此功能应用于用户自己的程序中,如何使程序更为灵活,则需要用户自己去探讨和实现。
摘要：介绍了一种基于Teigha for.dwg在不依赖于AutoCAD平台的情况下,将在AutoCAD平台中设计的复杂三维模型在GIS平台中正确渲染的方法,并对该方法进行了实现。
关键词：DWG,GIS平台,Teighafor.dwg
参考文献
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CAD三维模型 篇8
一由三视图生成三维模型
Auto CAD中三维模型的生成, 最主要最常用的是拉伸 (extrude) , 通过二维图形的拉伸, 然后结合布尔运算。如图1所示, 从三视图中可以看出该模型是由一个长方体上面又立了一个槽型组成。我们可以按照常规方法从俯视图50×40的长方形开始向上拉伸, 然后拉伸50×10的长方体, 再做一个30×20×10的长方体, 最后利用布尔运算中的差集来完成, 但较麻烦。我们换一个角度, 从主视图入手先拉伸槽型, 如图2所示。再拉伸底座的长方体, 然后绕着X轴旋转90°即可 (注意拉伸的二维图形必须是封闭的多段线, 否则无法完成拉伸操作) , 如图3所示。在三维模型的生成过程中可以更好地了解组合体的组合形式, 同时加深了学生对由面累加一定的厚度形成体的概念。在三维建模的过程中还能锻炼学生积极主动的思考能力, 同时三维模型直观、生动, 学生学习兴趣浓厚。在完成一个成功的三维模型后学生意犹未尽, 此时教师可以逐渐加大难度, 如绘制如图4、图5所示三视图的三维模型。既巩固了学习效果, 又锻炼了学生积极动脑思考的习惯。
二由三维模型生成三视图
对于大多数Auto CAD使用者来说, 制作三维模型并不是最终目的, 最终目的是制作出符合国家标准的工程图样。Auto CAD中由三维模型转换成三视图的方法很多, 最简单最直接的方法是利用视窗。但是视窗中不可见的线处理起来比较麻烦, 而且形成的并不是真正的三视图, 因为它不符合“长对正、高平齐、宽相等”的基本规律。其次是设置视图 (solview) 和设置图形 (soldraw) , 但是这两个命令只能在“布局” (图纸) 空间中使用, “模型”空间无法使用, 这就有诸多不便。Auto CAD 2007版本增加了一个平面投影命令, 该命令是在当前视图中创建三维实体和面域的展平视图。通过平面投影 (flatshot) 命令, 可以创建投影到当前坐标系中XY平面上的三维模型的展平二维表示。
平面投影命令是Auto CAD的精彩所在, 也是Auto CAD三维技术的典型应用之一。例如, 绘制如图6所示的三维模型的三视图的具体步骤如下:
第一, 复制出三个模型 (复制操作是正交方式最好打开) 。
第二, 将三个模型按照三视图的位置摆放好, 注意观察坐标系, 平面投影命令是将三维模型沿着Z轴方向投影到当前坐标系的XY平面上 (理解这一点很重要) , 再将三维模型按照所需的投影方向进行三维旋转, 最终效果见图7。
第三, 平面投影命令是捕获模 (Ó^型空间视图中的所有三维对象, 因此要确保将不想捕捉的对象放置到处于关闭或冻结状态的图层上, 这里本人将不需要的三维模型进行剪切放到了剪切板上。在命令行输入“flatshot”并确认, 在弹出“平面投影”对话框中进行简单设置:在“目标”组框中选择“插入为新快”, 在“暗显直线”组框中勾选“显示”线型设置成“虚线”, 最后单击“创建”。
第四, 三视图生成后, 可以将三个三维模型删除, 生成的三视图是一个块, 我们可以将其分解, 然后设置相应的线型、线宽等, 最后将三维模型粘贴回来, 最终效果如图8所示。
按照此种方法生成的三视图, 简洁、准确, 避免了重复劳动, 具有一定的工程应用价值, 有着相当的应用前景。
Auto CAD的三维模型与三视图相互转换技术不论是对于高职“机械制图”“Auto CAD”教学, 还是对于工程技术人员都有着十分重要的意义, 对于高职教学可以极大地提高学生的空间想象、空间分析能力, 从而提高学生绘图、识图的能力, 激发了学生学习兴趣;对于工程技术人员来说避免了重复劳动, 提高了绘图的准确性。
摘要：本文通过Auto CAD的三维模型与三视图相互转换技术的对比分析, 具体阐述了相互转换的方法以及相互转换对教学及工程的具体应用价值。
关键词：Auto CAD,三维模型,三视图
参考文献
[1]毛之颖.机械制图[M].北京:高等教育出版社, 1997
三维服装CAD的发展动态 篇9
自从我国加入WTO之后,经济的全球化使服装企业面临的市场形势更加复杂多变、竞争更加激烈。在这种情况下,如何提高产品开发的效率、降低成本、迎合消费者的需求就成为服装企业需要这种考虑的问题。因此,随着计算机图形学技术的发展,三维CAD系统越来越成熟,三维CAD系统能进行服装的立体虚拟设计、试衣和展示,不需进行样品制作就能看到产品的状态,能提高效率、降低成本,逐渐受到企业的青睐,开始被应用到服装设计领域,下面分几个方面依次进行介绍。
1 三维人体测量技术
三维人体测量是三维服装设计的基础,即非接触式三维人体测量技术,通过应用光敏设备捕捉设备投射到人体表面的光(激光、白光及红外线)在人体上形成的图像,描述人体三维特征。三维非接触式扫描系统具有扫描时间短,精确度高、测量部位多等多种优于传统测量技术和工具的特点。随着服装行业的发展,三维人体测量技术被越来越广泛的用于服装设计和生产中。
三维人体测量技术可灵活准确地对不同客体人群、地域、国家的人体进行测量,获得有效数据,建立客观、精确反映人体特征的人体数据库。数据同方便易查便于管理和使用(比较、分析、应用)。可以追踪、研究客体、客体群组的整体变化情况,建立“流动”的人体数据库。如HY-Sanner310三维人体测量系统,其能使量体更精确,具有高效快捷的数据反馈系统,提高工作效率,方便建立客观、精确的人体号型数据库,为服装号型的修订、更新及人体体型的细分提供理论依据。在此基础上可以进行标准人台、人体模型的建立。而人体模型是企业用于纸样设计、研究进行服装立体设计裁剪的重要工具之一。
2 虚拟三维服装设计
设计师可以直接在三维人体模型上进行服装设计创作,这个方法能使设计师更加直观的了解自己作品的实时三维效果,还可以在人模上直接进行服装和纸样的修改。这样便于及时发现问题并解决问题,提高服装款式的市场通过率,减少样衣的制作次数,从而提高效率,减少成本。如:Vsticher系统,能使企业简化服装设计流程,在一个设定的仿真模特身上试穿即时呈现衣服仿真效果,并且能任意即时修改三维服装和在线展示、沟通。Virtual Mirror系统,其实现了客户(以人体扫描的方式)和款式纸样的实时连接。通过直接获取客人的尺寸生成扫描人体模型,三维人体扫描仪第一次实现了与3维试衣及CAD软件的互动连接。纸样自动在扫描人体模型上进行缝合,并实时的呈现模拟效果给门店的客人。
虚拟三维服装设计主要体现在两个方面,即:从3D服装到2D纸样的转换和2D纸样到3D服装的转换。
2.1 3D服装到2D纸样的转换
从三维(3D)服装到二维(2D)纸样是一个从3D到2D的展开过程。按照传统的理解,这个过程需要一个完整的3D模型,和一个验证纸样展开过程是否足够精确的智能化检验系统。
目前易图三维服装创样软件则通过立体裁剪的方式巧妙的实现这一3D到2D的过程。其软件的设计流程为:读入三维人体模型,在三维人体上生成三维服装模型,然后在服装模型表面绘制款式线,再将三维曲面自动展平为二维纸样,最后将二维纸样重新缝合成三维服装并进行悬垂模拟检验服装的合身性。其实现了服装设计“所见即所得”的效果,为设计师提供了一个快速便利的设计工具。
该软件的主要特点为:(1)立体裁剪。采用CAD技术模拟传统的立体裁剪方法,既降低了立体裁剪对人体模型的依赖性,又实现了对量的把握。(2)所见即所得。采用虚拟的三维服装设计方法,在设计过程中即可看到服装的立体设计效果,设计过程直观。另外其还具有,设计精度高、设计速度快、简单易学、交流方便、适用范围广的特点。
该软件的主要功能有:(1)三维人体造型。提供一系列标准三维人体模型满足多种款式服装的设计需要。可修改人台尺寸,定义个性化的人体模型,实现服装的量身定做。(2)三维服装造型。在三维人体模型上直接生成三维服装模型,通过修改服装轮廓线或横截面设计服装的三维形状。可设计上衣、裤子、内衣等,并提供衣领和衣袖的设计功能。(3)纸样自动展开。在三维服装模型上绘制款式线,将服装表面分割为三维曲面,采用曲面展开的方法将三维曲面自动展平为高精度的二维纸样。(4)真实感模拟。可在三维服装上设置纹理图案,在样品制作前观察服装的纹理效果。可进行悬垂模拟,获得逼真的服装模拟效果。(5)三维放码。输入人体尺寸后,根据人体的形状特征以及与纸样的对应关系,自动生成对应尺寸的纸样,实现服装的三维放码。(6)数据输出。可实现与其他CAD软件的兼容。提供绘制和打印的功能,可直接连接绘图仪或打印机打印纸样。
2.2 2D纸样到3D服装的转换
与从3D服装到2D纸样的转换相对应,三维服装CAD系统同样提供了从2D到3D的转化功能。即可利用现有的服装二维纸样自动生成穿着在人体模型上的三维效果。
例如,Vsticher是一种服装三维虚拟试穿设计应用软件,能使企业简化服装设计流程,Vsticher根据服装款式设计图片、布料和辅料、Logo、印花等资料,在一个设定的仿真模特身上试穿即时呈现衣服仿真效果,并且能任意即时修改和在线展示、沟通,Vsticher通过强大的三维仿真技术应用,降低了设计成本,缩短了设计时间,突破了服装三维仿真设计、试衣、和销售,提高了服装企业的竞争力。Vsticher的主要特点:(1)输入2D(DXF)文件即能制作3D三维服装;(2)逼真3D三维试穿效果;(3)随意修改三维服装并即时呈现修改后的效果;(4)任意设定数据制作三位模特;(5)逼真三维服装直接制成产品目录进行展示;(6)生成三维服装的电子文档能与客户在线合作沟通。
另外一个服装三维虚拟试穿软件是VIDAY系统。使用VIDAY,可以将面料、纸样在人体上获得很好的模拟效果。将标准的设计理念可视化,并在设计流程中加入全新的信息,比如客户群的平均体型数据模型等。VIDAY最重要的新功能是:在扫描的人台模型上预先定义衣片的位置,多层面料款式的快速缝合及模拟,以及产生更高的模拟解析度。另外VIDAY系统在20.11版本中提供了动态的实时显示二维纸样变化的功能。纸样设计人员可以随时了解纸样修改后的效果,全面掌握纸样设计过程的状态。而且,扫描的人台和标准人台都可以摆出任意姿势。用户还可以定义各种动画———包括如向前迈步,伸开胳膊,坐下等各种动作。这些都是三维服装CAD在技术上的进步,而且VIDAY还提供了虚拟镜子系统,可以让顾客快捷的试衣。
另外,YHT的Myu 3D也可通过二维的纸样实时的展示试穿效果。
3 数据的兼容性和接口技术
目前国内市场上服装CAD品牌众多,相互之间存在兼容性问题,而三维服装CAD和二维CAD之间同样也存在此问题,可喜的是许多企业已对此引起重视,并提出了解决方案。例如:图易三维服装创样软件,可以输出DXF文件,实现与其他CAD软件的兼容。PGM的三维虚拟试穿系统3D Runway,其可以接受各种2D纸样(DXF)档案格式。
4 一站式量身定做
为了满足服装企业的实际需求,提高企业的生产效率和降低企业的生产成本,服装CAD开始关注一站式的设计理念,即集三维人体尺寸获取、纸样设计、排料、裁剪于一体。这节省了企业在处理定制服装时的精力,提高了效率,节约了成本。如:和鹰科技的HY-320和鹰快速成衣系统,集成了从三维人体测量到衣片自动裁剪的一系列功能。20秒的自动获取人体尺寸,60秒智能配置,50秒系统规划,110秒衣片生成。这对个性服装的自动化生产具有很大的意义,为将来服装设计生产的自动化智能化奠定了基础。
5 结语
随着计算环境变革、计算方法的改进,CAD技术会继续向高效、实用、方便、快捷的方向发展,更加注重系统的全面性和协作性,力求使企业得到一站式的服务体验,以适应产品制造业和更多应用领域的要求。同时将不断研究、开发新的课题和产品,并在实际应用中得以提高和完善。
参考文献
[1]张鸿志.服装CAD原理与应用[M].北京:中国纺织出版社,2005.
[2]中国国际缝制设备展览会(CISMA)服装CAD厂商产品样本资料,上海,2011.
三维铸造工艺CAD冒口系统设计 篇10
铸造工艺CAD是提高铸造工艺水平、科学化管理铸造工艺图样的有效工具,它能使工艺人员从繁杂的手工劳动和大量的繁琐计算中彻底解放出来,不再需要描图员手工描图,直接用打印机打印透图。不但提高了工作效率,而且铸造工艺设计更加标准化、规范化。质量、模数、冒口、浇注系统、冷铁等计算更准确,铸件形状、冒口、浇注系统、冷铁布局更直观,有利于造型工和模型工识图。另外和铸造CAE连接进行工艺优化设计,很好地达到控制铸件质量的目的。铸造工艺计算机辅助设计不仅是工厂发展的需要,而且是工厂参与竞争、赢得市场的需要[1]。
1 模数的计算
铸件的凝固时间,取决于其体积与表面积的比,这一“比值”称为“凝固模数”,简称“模数”[2],用公式表示为:
式中:M—模数,cm;V—铸件体积,cm;A—铸件散热表面积cm2。
根据研究表明,各种形状、质量、用途不同的铸件,不论铸件形状如何,只要它们模数相等,其凝固时间就相等或相近。模数小的铸件凝固时间短,模数大的铸件凝固时间长。
铸件中缩孔的位置是在铸件最后凝固的部位。铸件内各个部位的凝固时间,取决于该处的体积与表面积的比值,即取决于该处的模数。
模数法设计铸件冒口,可分为以下几个步骤:
1)根据铸件的结构特征,将它分成几个几何基体,计算各基体的模数,确定补缩通道,确定冒口类型,划分各冒口的补缩区域。对内在质量没有特殊要求的铸件,冒口补缩区域可以大于补缩范围;对致密度要求高的铸件,应按补缩范围划分冒口补缩区域;
2)计算每个冒口补缩区域的铸件体积或质量;
3)根据各个补缩通道模数,计算它们各自所要求的冒口初始模数和尺寸;
4)根据补缩通道的特征、冒口的初始模数和冒口补缩区域内铸件的体积或质量,选择合适的冒口类型和冒口尺寸。
2 补贴液量与热节圆法计算冒口
该方法是建立在凝固等温线和补缩液量基础上的冒口计算方法,多用于计算大气压力暗冒口。等温线代表了一定时间内铸件与冒口的凝固层厚度,当假设两者的厚度相等时,它的逐层推向中心;直到铸件完全凝固时,冒口尚未完全凝固,而且冒口中贮有足量的钢液,铸件的凝固收缩始终能得到在大气压力作用下的冒口中热钢液的补给;最后在冒口中留下缩孔体积。
这种方法简单、快捷,尽管并不是很精确,但是用于各种类型中、小铸件上,却得到了满意的结果。设计步骤如下:
1)计算出铸冒口中的钢液从浇注温度到凝固结束的体积收缩量;
2)画出被补缩节点的热节圆;
3)根据收缩量和热节圆直径计算冒口尺寸。
3 计算补贴参数
利用经验公式计算补贴参数的主要设计过程,如图1所示。
在实际铸钢件加工生产中,除了经验公式计算补贴参数之外,还常常采用滚圆法计算补贴参数。滚圆法适应的铸件形状多样化,本文利用了滚圆法的数学建模和计算求解。
三维铸造工艺CAD系统设计假定用滚圆法数学求解方法来做:铸件以x轴对称并且壁厚度均匀;圆角圆心位于x轴和铸件外面壁所投影的交点处。通过这种假定可以达到简化求解步骤,以便于程序设计,并且这样得到的补贴尺寸数据跟实际滚圆法得到的数据误差很小,可以保证铸件工艺设计的精度。系统解析法求解计算,是通过一系列圆心的求值来获得最终补贴尺寸。如图2所示。首先定义y轴(图示朝上为正向)和x轴(图示朝右为正向)以及原点O,则原点到上部顶面的距离为(H+L/2),到侧面的距离为B。设第一个圆C1圆心为(x1,y2),半径为R1,则有解此方程得到及x1=-(B-R1),y1=0,第一次求解完成。同理,设第二个圆C2圆心为(x2,y2),半径R2=1.1R1,此时x2=-R2,y2未知,但(x2,y2)落在第一个圆C1的圆周上,从而有(x2-x1)2+(y2-y1)2=R12,根据这个方程可以得到y2的值,此时取有y2的正解,从而得到(x2,y2)。以此类推,设第n个圆Cn圆心为(xn,yn),半径为Rn,则Rn+1=1.1Rn,取xn+1=-Rn+1,有(xn+1-xn)2+(yn+1-yn)2=Rn2,解得(xn+1,yn+1),求解终止条件为取保守值,最终补贴宽度a=2|xn+1|-B,因此求解得:此时由于过渡圆还未确定,没有办法确定补贴的高度,还需要进一步求值,如图2,过渡圆的圆心坐标为xr=-B,yr=0,过渡圆半径假设为Rr。在做实验过程中,观察到第2个热节圆很具有代表性,通过M点和第2个圆的外部切线都能保证所有的热节圆都位于切线一侧,因此取第2个热节圆和点M相切的直线作为补贴的轮廓线,并且最终求得Rr。这样,求取补贴参数即可完成。
经过多个样例的验证,采用系统提供的滚圆法设计工具计算,可以比较方便地求取铸件的补贴,其数据误差在±5%以内,这样可以满足铸件补贴的设计要求。
4 铸件补贴设计
实现冒口补缩铸件的基本条件之一是,铸件凝固同时补缩通道扩张角始终向着冒口,且角度大些为好。然而对于板形件和壁厚均匀的薄壁件来说,单纯增加冒口直径和高度,对于形成或增大补缩通道扩张角的作用并不显著。如果在靠近冒口方向逐渐增加铸件壁的厚度,从铸件结构上造成向着冒口的补缩通道扩张角,却能显著增加冒口的有效补缩距离。这种人为地、在冒口附近的铸件壁上逐渐增加的厚度称为冒口补贴,简称补贴。
1)均匀壁上的补贴
图3是壁厚度为T的钢板,立浇后铸件中的缩松情况。当钢板的高度H小于冒口有效补缩距离时,铸件中不出现轴线缩松,如图3(a)。当铸件高度H大于冒口有效补缩高度时,铸件中部产生缩松,如图3(b)所示。从冒口有效补缩距离以上开始加补贴,使铸件壁向着冒口方向逐渐加厚,直到冒口根部为止,铸件加厚量a称为补贴厚度,如图3(c)所示。由于有了补贴,铸件从下向上实现了顺序凝固,从而消除了缩松。
板形铸件立浇,补贴厚度与铸件壁厚、铸件高度的关系的关系如图4,可以看出当铸件的壁厚T一定时,补贴的厚度a随铸件高度H的增加而增加;当铸件高度一定时,壁厚越小,所需的补贴厚度越大。
图4是以碳钢板状铸件顶注实验得出的补贴厚度,对于底注式铸板及高合金钢铸件,因铸件的自然温差较小,需增加补贴厚度以促进铸件顺序凝固[3]。
5 铸件冒口设计
液态金属浇入铸件型后,在凝固和冷却过程中产生体积收缩。体积收缩可能导致铸件最后凝固部分产生缩孔和缩松。体积收缩较大的铸件合金,如铸钢、可锻铸铁以及某些有色合金铸件,经常产生这类缺陷。
缩孔和缩松影响铸件的致密性,减少铸件的有效承载面积,会使力学性能大大降低。生产中防止缩孔和缩松缺陷的有效措施是设置冒口。冒口的主要作用是贮存金属液,对铸件进行补缩,此外还有出气和集渣的作用。为了实现这样的目的,设计冒口应遵循下列基本原则:
1)冒口的凝固时间应大于铸件被补缩的凝固时间;
2)冒口能提供足够的补缩金属液;
3)在整个补缩压力,冒口与铸件被缩部位存在补缩通道。
4)有足够的补缩压力,使补缩金属液能够流到要求补缩的区域。
冒口设计的内容主要是:选择冒口的种类、冒口的形状及安放位置,计算冒口的数量并添加冒口等。
a)冒口种类
使用得最多的是普通冒口。按冒口在铸件上的位置,普通冒口可分为顶冒口和侧冒口(边冒口)2类;按冒口顶部是否与大气相通,普通冒口分为明冒口和暗冒口[4]。
图5为铸钢件、铸铁件常用的冒口类型。如图所示,顶冒口一般位于铸件最厚部位的顶部,这样可以利用金属液的重力进行补缩,提高冒口的补缩效果,而且有利于排气和浮渣。
1—明顶冒口;2—大气冒口;3—侧冒口;4—铸铁;5—压力冒口
采用明顶冒口,造型方便,能观察到铸型中金属液上升情况,便于向冒口中补浇金属液,可以在冒口顶面撒发热剂以缓减冒口冷却速度。但因顶部敞开,散热较快,同样体积的冒口,明冒口的补缩较低。明顶冒口对砂箱高度无特殊要求,当砂箱高度不够时可设辅助冒口圈,而暗顶冒口要求砂箱高于冒口。因此对于大、中型铸件,尤其是单件、小批量生产的铸钢件,经常采用明顶冒口;而中、小铸件则多用暗顶冒口。
b)冒口形状
冒口形状直接影响到它的补缩效果,为了降低冒口的散热速度,延长冒口的凝固时间,应尽量减少冒口的表面积。最理想的冒口形状是球形,但因起模困难,目前尚未普通采用。实际生产中应用得多的是圆柱形、球柱圆形、腰圆柱形冒口。如图6所示。
圆柱形冒口造型方便,它的散热虽然比球形的快,但仍有较好的补缩效果。对于轮类铸件,热节形状为长方形,圆柱形冒口的经济效果不如腰圆形的好。因为使用腰圆柱形冒口时,所需的冒口数量比圆柱形的少,节约金属。
c)冒口的位置
冒口在铸件上安放位置对获得健全的铸件有着重要的意义。冒口安放位置不当,就不能有效地消除铸件的缩孔和缩松,有时还会引起裂纹等铸造缺陷。应遵循以下确定原则:
1)冒口应设在铸件热节的上方;
2)冒口应尽量放在铸件最高最厚的地方,以便利用金属液的自重进行补缩;
3)冒口最好布置在铸件需要进行机械加工的表面上,以减少精整铸件的工时;
4)在铸件的不同高度上有热节需要补缩时,可按不同高度安放冒口。
6 结语
通过UG提供的二次开发接口UG/Open和VC开发工具,开发了基于UG的三维铸造工艺CAD软件。利用这种软件缩短了用传统方法建模的时间,减轻建模的工作量。通过曲轴的断裂分析和铸造CAE模拟结果的比较,说明铸造CAE模拟结果真实可靠。用CAE指导CAD进行工艺设计切实可行[5,6]。铸造CAE模拟技术的应用,可以有效预测铸造缺陷,使工艺人员可以提前采取预防措施,减少废品和损失,提高铸件质量。缩短了通过实际生产进行工艺验证周期,节约生产成本。
参考文献
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[3]程军.计算机在铸造中的应用[M].北京:机械工业出版社,1993.
[4]聂方兴.液压件冒口系统设计及绘图模块的研发[D].武汉:华中科技大学工学硕士学位论文,2002.
[5]廖广兰.铸造工艺CAD浇注系统模块的研究与开发[D].武汉:华中科技大学工学硕士学位论文,2000.
三维地层模型的建立 篇11
关键词： 三维地层建模 三维地层信息 连续性
三维地层模型是建立在以岩性为要素的单一体划分的基础之上的。采集到的数据样本主要是各岩层、土层的分界点，这些采样点具有有限、离散、稀疏、不规则等特点。三维地层模型借鉴已有二维空间数学建模的理论和实践经验，采用多层规则DEM建模，即首先按规则DEM的方法与思路，对每个岩层、土层，根据这些分界点分别进行插值或拟合，然后根据岩层、土层的属性，对多层规则DEM进行交叉划分处理，形成空间中严格按照岩性为要素进行划分的三维地层模型的骨架结构。在此基础上，引入地下空间中的特殊地质体、人工构筑物等点、线、面、体对象，完成对三维地下空间的完整描述，形成三维整体地层模型，最后建立局域拓扑模型。
由于地质现象的复杂性，地质曲面在形态上极其错综复杂，不能用简单的数学表达式表示，难以用严格的解析方法处理，只能用近似的数学曲面逼近拟合地质曲面。根据已知点的实测值推求采样空白区的元素含量的空间插值运算，实质上就是这样一个过程，从已知样点的实测数据出发，选用特定的数学曲面最大限度拟合逼近实际地学曲面。根据拟合的数学曲面，可以求得研究区域中任意一点的值。拟合的曲面函数可分为单值曲面和多值曲面两类。单值曲面函数Z=f（x，y）指平面域上任一点（x，y）只对应一个曲面高程Z，如地表地形、地下水位、风化层厚度等均属于单值曲面；多值曲面函数W=f（x，y，z），当空间曲面上的坐标中任意指定两个变量时，第三变量可能对应一个以上的值，这种曲面即所谓空间超曲面，如地温场、岩体孔隙度变化、各种物化探数据。当参量连续变化时，其超曲面相应连续变化。一组地层面可看做多值曲面，只是地层面之间有不同的厚度控制，因此不能连续变化，而只能做阶梯状变化，且对地层面采样有特定的要求，所以将其独立作为层面拟合函数处理。
内插是数字高程模型的核心问题，DEM内插是根据若干相邻参考点的高程求出待定点上的高程值。任意一种内插方法都是基于原始地形起伏变化的连续光滑性，或者说邻近的数据点有很大的相关性，才可能由邻近的数据点内插出待定点的高程。按内插点的分布范围，可以将内插分为整体内插、分块内插和逐点内插三类。借鉴数字高程模型DEM的方法与思路，将采样到的各岩层、土层的分界点，分别进行空间插值或拟合运算，形成每一岩层、土层层面的规则DEM，即得到不同地层面在三维空间的展布情况。这样，在空间中形成了多层规则DEM，这些多层规则DEM都有完全一致的参照系并能互相准确地匹配，严格一一对应。也就是说，对应于规格网中的（x，y）坐标，不再是只有一个值与其对应，而是可以存在多个高程值。
对地层面进行函数拟合时，结合对地层的划分，需要对各层面由上至下做层序编号。设研究域内共有L个地层面，
这时，假若在理想状态下，各个地层面在空间中都不发生相交的情况，就可以将各个相邻层面上的格网一一联接，生成六面体体元，建立拓扑关系，形成局域拓扑模型（LTM），这样就由多层规则DEM构成了一个整体的三维地层模型。但在实际应用中，地层界面之间不可避免地会出现交叉拼接等现象，因而一般在形成多层规则DEM之后，首先需要对各地层面进行相关判断，完成地层划分，然后在此基础上建立三维地层模型。
由于岩土介质空间分布的不连续性、不均匀性和不确定性，地层之间相互交叉侵蚀，地质实体之间的关系错综复杂。在三维地层信息系统中，如何对地层进行交叉划分，涉及三维地层建模的一个关键问题。
经过多层规则DEM建模，完成了按照岩土介质为要素的有限—互斥—完整体划分，形成了三维地层模型的基本构架。但是地下空间中还存在多种多样的自然或人工构筑物，如硐室、巷道、基坑等，因此还需要将这些特殊的地质体引入已基本划分的地层模型中。这一步骤的主要操作实际上是将已基本划分的地层模型中的体元与这些复杂体对象进行求交拼接，而且注意求交拼接之后的模型应当保证体元之间的连续性和协调性。
参考文献：
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地理测绘中的三维CAD技术 篇12
1 三维CAD技术在地质学中的优势
现阶段, 三维CAD技术在工业制造领域的应用比较广泛, 并且在应用过程中逐渐的完善和成熟。但是三维CAD技术在地理测绘工作中的应用比较晚, 但是应用效果比较显著, 因为三维CAD技术具有很多的优势。
1.1 错误发生的概率降低
地理测绘工作直接关系到土地资源的利用效率, 因此需要加强对该项工作的重视, 并采取有效的措施提高地理测绘工作的质量, 实现土地资源的合理利用。这项工作的严谨性比较强, 对测绘制图的准确性要求比较高, 因此对测绘技术的要求也会比较高, 因为一个小小的失误就会造成地理测绘信息的不准确, 从而影响到地理测绘工作的质量。但在测绘制图工作过程中, 在三维CAD技术功能优势得到较大发挥的基础上, 绘图工作能够快速的进行和完善, 而绘图和实际测绘工作之间存在的误差能够被发现, 从而采取有效的措施进行及时的修正和处理, 从而使实际地理信息和绘图之间的误差得到有效的降低, 有利于对地理信息和地质构造进行准确的掌握。
1.2 测量精准度的提高
通过三维CAD技术的应用, 地理坐标数据、角度数据和面积数据能够快速的计算出来, 有利于制图精确度的提高, 三维CAD技术能够将计算过程中的数据精确到微米。并且, 通过三维CAD技术的使用, 能够对图像的大小进行随意的更改变换, 需要的信息数据能够快速度的找到, 并能够保证其的专区恶性, 而对于图像当中存在的错误也能够及时的发现, 这时候测绘工作人员就会采取有效的措施进行处理, 从而保证测绘数据的准确性。
1.3 测绘效率的提高
在地里测绘工作过程中, 通过三维CAD技术的应用, 地形图和缩编图清晰的展现出来。同时其的绘图速度是比较迅速的, 在完成绘图工作之后就可以将图纸打印出来, 节省了很多的测绘时间和测绘工作量, 促使测绘工作效率得到了较大的提升, 并在一定程度上减少了工作人员的工作压力, 提升其的工作积极性, 从而保证测绘工作的质量。同时, 三维CAD技术的应用能够促使三维立体几何影像的建立, 这样一来, 图形表达能够直观和清晰的展现出来, 同时, 地理情况和地势结构也会比较清楚的显示出来, 有利于保证地理信息的全面性。因此, 三维CAD绘图得到了地质学的充分认可, 并广泛地应用于地理制图测绘工作中, 对地理制图测绘的改革和创新发展有着重要的意义。
2 三维CAD在地质学应用中存在的问题及解决方案
虽然三维CAD技术目前在地理制图测绘中被越来越多地采用, 也成为未来一段时期内的发展趋势, 但由于实际情况、技术条件以及科研设备等多种因素的限制, 使的我国目前大部分地理测量工作还主要依赖于二维测量方式, 不仅使得测量工作人员的创新能力以及实际应用能力大大受到了限制, 同时不能很好地满足我国地质勘探事业对人才技能的需求。本文主要对三维CAD在地质学应用中存在的问题进行分析, 并提出有效地解决方案。
2.1 2+1维测绘技术的阻碍
2+1维测量体系:二维确定目标的平面位置, 一维确定目标的高程。2+1维测绘技术经过几百年的发展, 已经达到了相当完善的程度, 现存的地理测绘资料基本都是以2+1维的形式存在, 如果将这些资料转化为三维资料, 将是一项无比庞大的工程。并且大部分测绘人员对2+1维测量体系更加熟悉和愿意使用。因此, 三维CAD测绘技术普及必须克服2+1维测绘技术的阻碍。从2+1维系统进入到三维系统, 坐标维数没有增加, 其复杂性却大大增加。2+1维空间仅仅只是鸟瞰空间, 而三维空间需要全方位的表达目标。在传统的2+1维地理测绘中, 桥墩主轴线是铅垂线, 路面的横断面的水平线。只要做到了精化大地水准面, 三维系统和2+1维系统并存和相互转化就不存在问题了。
2.2 深化三维CAD应用难
目前, 国内大部分地质勘查单位都是采用二三维CAD混用模式, 在三维CAD中进行地理测量, 图样还是在原来的二维CAD中进行, 存档文件依旧采用二维图档。由于通过三维CAD直接生成的地理图样并不符合相应的标准和规范, 工程师还需要对二维图进行修改和完善, 而且不同的测量和绘图软件与三维CAD之间还存在兼容性问题, 直接导致使用三维CAD软件后, 测绘效率反而受到影响, 工作效率下降。为了避免以上问题, 必须做到以下几点:①在进行三维建模时应该工作的规范化, 三维测绘不要用简单的体素特征堆砌, 必须采用相关特征建模, 在测绘完成的三维模型文件中不要保留无关、冗余的几何元素, 严格按图层分类管理进行不同几何类型元素的操作;②3D应用推广的思路要清晰, 要从现有的地理测绘资料入手进行修改结合新的地区地理测绘和典型复杂地质条件地理测绘等方面, 对于不同类型的地理测绘, 采用不同的思路。
3 结论
综上所述, 通过对三维CAD技术的应用, 促使地理测绘工作的效率和质量得到极大的提高, 还在一定程度上使工作人员的工作量和工作压力降低, 并且测绘制图过程中误差出现的概率也逐渐的降低了很多。在地里测绘过程中, 三维CAD技术的应用能够将地理信息清晰的体现出来, 为后续工作环节的开展提供有力的数据保障。尽管三维CAD技术具有较多的优势所在, 但是由于传统测绘技术的成熟, 促使三维CAD技术的普及和推广受到了一定阻碍, 因此三维CAD技术在地里测绘工作中的应用还需要完善。
摘要：随着城市化进程的逐渐加快, 地理测绘工作质量受到了广泛的关注, 由于三维CAD技术具有很多的优势, 因此在地理测绘工作中得到了应用, 不仅能够使测绘工作效率和质量得极大的提升, 还能够保证测绘数据的真实性准确性。在使用三维CAD技术进行地理制图测绘过程中, 能够采用绘图软件对测绘结果进行分析和研究, 然后输出绘图结果, 促使绘图过程中失误出现率极大的降低。但是由于各种影响因素的制约, 三维CAD技术字实际使用过程中还存在一些不足和缺陷。需要采取有效的解决方案进行处理。现就地理测绘中的三维CAD技术进行探究, 仅供交流借鉴。
关键词：地理测绘,三维CAD技术,优势,问题,方案
参考文献
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