搜索中性文件的三維CAD零件模型異地傳輸特性研究
2013-05-15 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線
劉學(xué)術(shù) 高航 郭東明 來源:萬方數(shù)據(jù)
關(guān)鍵字:三維計算機(jī)輔助設(shè)計 網(wǎng)絡(luò)傳輸 數(shù)據(jù)交換 中性文件 重構(gòu)
為實(shí)現(xiàn)三維CAD零件模型的異地快速傳輸,提出了一種以記事本為數(shù)據(jù)文件載體,在獲得模型中所包含的特征信息后構(gòu)建中性文件,通過網(wǎng)絡(luò)傳輸該中性文件并在異地通過對模型的自動重構(gòu)實(shí)現(xiàn)大型三維cAD模型的異地快速精確傳輸?shù)姆椒?。對該方法的傳輸性能進(jìn)行了測試,結(jié)果表明該方法可使傳輸?shù)臄?shù)據(jù)文件縮小50倍以上,傳輸速率達(dá)50kbps以上。
隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,三維CAD技術(shù)為機(jī)械產(chǎn)品的高效、智能化設(shè)計提供了新的技術(shù)手段。三維CAD具有在設(shè)計過程中更加直觀、更便于實(shí)時編輯處理、設(shè)計的圖樣更容易修改等優(yōu)點(diǎn),但由于其文件本身包含的大量信息,致使模型文件所占空間成倍增加,尤其對于大型的復(fù)雜裝備產(chǎn)品,其產(chǎn)品三維CAD模型所占空問甚至達(dá)到幾百兆。在基于網(wǎng)絡(luò)的異地協(xié)同設(shè)計。過程中,對幾十兆至幾百兆的三維CAD模型文件的網(wǎng)絡(luò)直接傳輸,往往需要數(shù)分鐘至幾十分鐘的時間,甚至導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)無法傳輸,由此成為制約網(wǎng)絡(luò)異地協(xié)同設(shè)計交流的瓶頸問題之一。另外,由于CAD模型的復(fù)雜性,在同步協(xié)同CAD系統(tǒng)中,三維CAD模型能否通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行快速傳輸對協(xié)同設(shè)計的同步效果起著十分重要的作用。其中三維CAD網(wǎng)格模型快速傳輸技術(shù)相對容易。然而作為CAD模型的逼近表示,網(wǎng)格模型雖然能支持產(chǎn)品的瀏覽和標(biāo)注,但它無法用于產(chǎn)品的精確設(shè)計和修改。因此找到一個能實(shí)現(xiàn)三維CAD模型異地精確快速傳輸?shù)姆椒ㄊ菍?shí)現(xiàn)同步網(wǎng)絡(luò)異地協(xié)同設(shè)計的基礎(chǔ)。
對三維CAD模型的異地傳輸方法的研究是隨著協(xié)同設(shè)計的發(fā)展而逐漸深入的。為了實(shí)現(xiàn)真正意義上的異地實(shí)時協(xié)同設(shè)計,必須實(shí)現(xiàn)模型文件的異地實(shí)時快速傳輸。對于傳輸方法的研究概括起來可以分為兩大類:a)非精確三維CAD模型的傳輸方法,如李公立等人提出的三維模型的漸進(jìn)式編碼與流式傳輸技術(shù),蔡鴻明等人提出的擴(kuò)展CSG方法等。它們都是通過對三維幾何模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)膲嚎s、簡化,進(jìn)而減小所要傳輸?shù)奈募兴男畔⒘?并采用多媒體的流式傳輸方法實(shí)現(xiàn)異地的快速傳輸;不足之處是所傳輸?shù)哪Ｐ褪欠蔷_的幾何模型,該模型不能用于再編輯。b)精確的CAD模型傳輸方法,如王琪等人提出的基于變動基元集的精確CAD模型的增量傳輸思想,劉偉偉等人提出的基于C/P(命令/參數(shù))消息的數(shù)據(jù)傳輸方式等。其共性為通過提取建模過程中操作命令的相關(guān)信息并將該信息傳給目的地,通過對命令的再現(xiàn)實(shí)現(xiàn)你見即我見的實(shí)時協(xié)同。設(shè)計不足之處是前者僅僅為提出的一種設(shè)想,沒有給出具體的方法和方法的有效性;后者并未考慮零件的傳輸方法及操作命令的再現(xiàn)過程,也未對該方法的優(yōu)越性加以驗(yàn)證。
本文采用中性文件的方式,以記事本作為中性文件的載體,通過異地重構(gòu)實(shí)現(xiàn)三維CAD零件模型的異地快速傳輸,并對此方法的傳輸特性進(jìn)行了測試。結(jié)果表明,該方法可實(shí)現(xiàn)零件三維CAD模型的異地精確傳輸。
1基于特征的模型信息表達(dá)及分析
一般來說,特征是對特定的活動或應(yīng)用有意義的對象。特征對于不同的人員具有不同的含義,對于設(shè)計人員來說特征信息應(yīng)包括兩方面信息:a)特征的類型,即形狀、確定形狀的尺寸和特征所包含的面的信息;b)特征的定位關(guān)系,即定位的方式、方位及尺寸約束。
三維CAD軟件的建模過程就是通過對各種特征的個性定制來實(shí)現(xiàn)對真實(shí)零件的精確描述。對于特征信息的描述,筆者借鑒參考文獻(xiàn)[9]提出的用特征編碼的方法實(shí)現(xiàn)對特征進(jìn)行描述的思想,并考慮到建模過程中的實(shí)際情況,以拉伸特征為例,用表1所示的方式對旋轉(zhuǎn)特征進(jìn)行編碼。由該編碼方式生成的部分中性文件如圖l所示;單一特征模型文件與中性文件的比較如圖2所示。
表1旋轉(zhuǎn)特征部分編碼表
本設(shè)計的初衷是通過構(gòu)建較小的中性文件來減小網(wǎng)絡(luò)間所傳遞的信息量,進(jìn)而保證三維模型的異地快速傳輸;同時通過對中性文件的重構(gòu)操作以保證傳輸?shù)木_性,即傳輸?shù)疆惖氐哪Ｐ臀募Ａ粼Ｐ偷乃行畔?并具有再編輯性。雖然目前三維CAD軟件種類繁多,但就建模過程所使用的操作而言,主要包括拉伸(extmde)、旋轉(zhuǎn)(”evolve)、掃描(sweep)等基本操作及如倒角(mund)、陣列(pattem)等輔助操作。而這些操作中包含著模型的幾何信息和拓?fù)湫畔?這些信息以何種方式存儲是決定異地傳輸時傳輸文件大小的關(guān)鍵。筆者以Pno/E軟件為例,對幾種主要操作所生成特征的存儲方式進(jìn)行了比較,如圖3所示。從圖中可見,對于如拉伸、旋轉(zhuǎn)等基本操作生成的單一特征轉(zhuǎn)換為中性文件后,可縮小100倍以上;而對于如倒圓角、陣列等輔助操作生成的單一特征,在轉(zhuǎn)換為中性文件后也可縮小40多倍。
對于同一操作,通過參數(shù)的設(shè)置可以生成不同的特征,如拉伸操作可生成拉伸特征和剪切特征等。對于一個零件模型,可能會包含同一特征的不同實(shí)例,圖4和5給出了特征數(shù)量對模型文件和中性文件大小的影響。從圖中可見,對于基本操作所生成的特征,其模型文件和中性文件大小與特征數(shù)量基本成正比;而對于輔助操作所生成的特征,其模型文件大小與數(shù)量成正比,而中性文件則基本不變。由此不難看出,對于使用輔助操作較多的模型文件,轉(zhuǎn)換成中性文件后,更有利于提高其異地傳輸速度。
采用本文所述的方法傳輸模型文件可以減少網(wǎng)絡(luò)傳輸中所耗費(fèi)的時間,但是否能提高傳輸效率還需綜合考慮。對于本文所述的傳輸方法,模型異地傳輸所用時間應(yīng)包括三部分:提取特征信息所用時間、傳輸中性文件所用時間和異地重構(gòu)特征所用時問。對于不同的特征,其數(shù)量對特征信息提取和重構(gòu)時間的影響如圖5、6所示。從圖中可見,對于基本操作所生成的特征,其鶯構(gòu)時間與特征數(shù)量呈正比;而輔助操作所生成的特征,其變換較緩甚至不變,這不僅與輔助操作類型有關(guān),而且與建模手段有關(guān)。
2實(shí)例驗(yàn)證
為驗(yàn)證本文方法的可行性和有效性,筆者以proe軟件為平臺,通過該軟件二次開發(fā)工具Pro/Tookit開發(fā)了具有特征提取與再現(xiàn)功能的程序,并開發(fā)了數(shù)據(jù)文件傳輸工具。以某機(jī)床的回轉(zhuǎn)工作臺底座零件為例對該方法加以驗(yàn)證。該工作臺底座的結(jié)構(gòu)如圖7所示。本文方法的最終目的是在保證精確傳輸?shù)那疤嵯绿岣吣Ｐ偷漠惖貍鬏斔俣?因此必須對模型直接傳輸方式和本文所用方式的傳輸效率進(jìn)行比較。筆者對回轉(zhuǎn)工作臺底座模型基于中性文件傳輸方法的測試結(jié)果如圖8所示。從圖中可見,本文所述的傳輸方法在整個傳輸過程中,模型異地重構(gòu)時間在傳輸總時間的比例較大,且隨傳輸特征數(shù)量的增加,模型重構(gòu)時間占異地傳輸總時間百分比逐漸增加,如圖9所示。傳輸總時間中信息提取耗時和模型重構(gòu)耗時的多少取決于用戶所用計算機(jī)的性能,筆者所用的計算機(jī)CPU為P42.4cHz,內(nèi)存1GB;而數(shù)據(jù)傳輸耗時取決于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大小和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。從圖8中可見,在基于中性文件的模型異地傳輸中數(shù)據(jù)傳輸耗時基本可忽略不計。
對于異地用戶而言,一般都是利用公網(wǎng)進(jìn)行文件傳輸,公網(wǎng)上的文件傳輸速度一般在十幾kbps到幾十kbps左右。而對于本文所述的傳輸方法,按模型大小和傳輸總時間換算的傳輸速率如圖10所示。從圖中可見,其傳輸速率達(dá)50kbps以上,高于一般公網(wǎng)的傳輸速率。另外文本所用實(shí)例,其建模過程中所用輔助操作較少,僅17、18兩特征為輔助操作生成的特征。從圖中可見,傳輸17或18個特征得到的傳輸速率略高于傳輸16個特征得到的傳輸速率。因此,對于模型中輔助操作較多的文件,其傳輸速率會更高。
3結(jié)束語
本文在分析和總結(jié)前人對三維CAD模型異地傳輸和轉(zhuǎn)換研究的基礎(chǔ)上,提出利用構(gòu)建中性文件實(shí)現(xiàn)三維CAD模型的異地快速精確傳輸,并對此方法的可行性和有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。采用中性文件記錄模型信息可使存儲數(shù)據(jù)縮小50倍左右,其傳輸速率可達(dá)到50kbps以上。另外,以記事本為模型信息載體的中性文件可作為三維CAD模型的一種新的存儲方式,也有利于對于重要產(chǎn)品數(shù)據(jù)的加密處理;同時,針對不同的三維CAD軟件,利用相應(yīng)的開發(fā)工具開發(fā)不同的特征信息提取與再現(xiàn)工具,還可輕松實(shí)現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換操作。
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