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三维模型多量级协同方法研究

2018/1/17    来源:互联网    作者:高峻峰  朱林      
关键字:三维模型  轻量化模型  协同  
为提高Internet环境下基于三维模型的协同产品开发效率,提出了一种多量级协同方法。首先将三维模型转换成两种量级的轻量化模型,然后根据不同协同操作向协同者提供相应的轻量化模型。通过企业实际应用,证明该方法能显著提高基于三维模型的协同产品开发效率。

1 引言

    随着全球化市场的形成与互联网技术的发展,产品开发呈现出网络化、协同化、虚拟化紧密结合的发展趋势。以三维模型为基础的建模技术、虚拟装配技术、虚拟仿真技术、虚拟制造技术以及虚拟环境下的设计验证及优化,极大地缩短了产品开发周期,降低了开发成本。然而由于当前Internet网络环境带宽的限制"基于三维数模的数据协同存在效率低下的问题。为了提高共享协同效率,国内外在对网络环境下的三维模型浏览技术研究方面做了许多有益的工作,以Iowa大学开发的Cyber View和德国计算机图形研究所Fraunhofer开发的Shared 3D Viewer为代表的共享三维视图软件采用了STEP或VRML(virtual reality modeling language)等公共标准进行格式转换有利于异构三维平台的协同;以Cocreat公司开发的OneSpace,Cimmetry公司推出的Autovue,Actify公司开发的Spinfire为代表的共享三维视图软件采用自定义数据转换标准直接使用模型的原始数据有利于浏览过程中对模型的控制。莫蓉常、智勇等也提出了三维模型快速渐进式显示技术方案。然而这些浏览器软件产品或快速显示技术只是解决了三维数模的浏览问题,提供的是一个单元技术,对于如何提高网络协同产品开发过程中的三维数模协同效率并没有提供系统的解决方案。

    在协同产品开发过程中,不同的协同目的对协同的数据需求是不同的。如要对其他人提交的三维模型进行修改,则需要拿到完整的模型数据;如果只需要进行结构评审,则只需要模型中的几何数据以及装配数据;如果只是要了解该模型是什么,则只需要该模型的一个简图数据。简图数据实际上是零件模型的照片。基于这一特点,笔者提出了一种网络环境下三维模型多层次协同方法,根据不同的协同需求,提供不同层次的模型数据,以提高网络环境下三维模型的协同效率。

2 多层次协同模型

2.1 三维模型协同需求及多层次轻量化转换

    在协同产品开发过程中,不同的目的有着不同数据需求。按照数据需求分类,可将协同目的分为如下几类:

    (1)预览:预览是为了了解该模型大致是什么零部件,以便确定它是否是自己所需要的零部件。预览可以帮助协同者从众多的零部件中快速直观地找到所需零部件。预览只需要零件模型的简图数据即可。

    (2)浏览、圈阅:浏览是为了了解零部件较为详细的几何结构信息,如浏览装配结构、尺寸检验,隐藏面查看等。圈阅是为了对不合理的地方做上标记,以便其他人能看到自己的意见。因此,浏览圈阅需要零件模型的可供查看、旋转、拆卸的三维几何结构信息。

    (3)编辑修改:编辑修改涉及的信息可能不仅仅是几何信息,因此需要得到完整的零部件三维模型文件。

    针对前面分析三个不同层次的数据需求,在保持应用的数据信息的前提下,我们对三维模型进行两个层次的轻量化处理,如下表所示。

    三维模型两个层次的轻量化模型表

    1

    对于一级轻量化转换,我们提出了一种新的轻量化文件格式(轻量化装配文件为IVA格式,轻量化零件文件为IVP格式)并设计开发了针对该格式的浏览圈阅工具。同时针对NX、CREOSolid Edge、Ideals、SolidWorks等三维平台做了专门的转换接口及工具。相关三维模型的轻量化技术将另文论述。

    二级轻量化模型采用的是三维模型的一个简图文件,大小一般控制在2K字节左右" 统一采用GIF图像格式。我们同样针对NX、PROE、Solid Edge、Ideals、SolidWorks等三维平台做了专门的简图生成接口及工具。

2.2 三维模型与轻量化文件之间的关系

    三维装配模型文件与组成该装配的零件模型文件存在引用关系,装配文件的打开依赖于零部件模型文件。三维模型之间的关系可以表达为:

    2

    其中p表示零件模型,a表示父装配模型,b表示子装配模型,A表示装配操作符,n为装配a所包含的子装配模型个数,m为装配模型a所包含的子零件模型个数。

    每一个三维模型文件对应生成一个轻量化模型文件。为了满足浏览圈阅时查看模型结构关系信息的需要!在生成一级轻量化文件时,保留了原模型中装配件与零部件之间的引用关系信息。在生成的轻量化文件中表现为轻量化装配模型与轻量化零部件模型之间的关系。一级轻量化模型与三维模型之间的关系可表达为:

    3

    其中a’、b’、p’分别为父装配模型、子装配模型、子零件模型对应的一级轻量化模型,相应地一级轻量化模型之间的关系可表达为:

    4

    每一个三维模型文件对应生成一个简图文件作为二级轻量化模型。装配模型的简图文件与组成该装配的零部件简图没有引用关系,它们可以各自独立显示。二级轻量化模型与三维模型之间的关系表达为:

    5

    其中a’’、b’’、p’’分别为父装配模型、子装配模型、子零件模型对应的二级轻量化模型。二级轻量化模型之间没有关系。

    三维模型以及轻量化模型之间的关系如图1所示。带箭头的实线表示同量级轻量化模型文件之间的引用关系,带箭头的虚线表示不同量级间对应模型之间的对应关系。

    6

    图1 轻量化模型与三维模型之间的关系

责任编辑:张纯子
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