（机械电子工程专业论文）家具浮雕cad系统的研究与开发.pdf

摘要 在我国，家具浮雕加工的方法还比较落后，本文提出并实现了一种以三维实 体建模为基础的浮雕c a d 系统，并在研究消化国内外相关文献以及商品化浮雕 c a d c a m 软件的基础上，从开发具有自主知识产权的商品化家具浮雕设计加工软 件出发，对家具数控铣削加工技术进行了深入的理论研究，开发了家具浮雕 c a d c a m 系统中的子系统“家具浮雕c a d 系统”。 主要研究内容如下： 1 根据当前软件开发的技术和家具浮雕c a d c a m 系统的适用对象，确立了 用v i s u a lc + + 6 o 作为开发工具在a u t o c a d2 0 0 0 系统下进行软件的 应用开发。 2 在研究比较了三维形体的各种造型方式后，本着软件通用性、易用性的 原则对家具浮雕c a d 系统进行了总体分析和设计。提出了一种基于三维 体素的家具浮雕c a d c a m 系统的解决方案。 3 对三维形体的数据表示进行了深入研究。提出了一种基于三维体素的三 维形体的数据表示方法。提出并实现了在这种数据表示方法下，三维形 体的表面形状数据获取的算法。经测试表明，该算法具有迭代速度快、 收敛性好、精度高的优点。 4 以工程应用为背景，根据基于三维体素的形体表示方法，提出并实现了 一种用于数控加工的g 代码的生成算法。由于该算法对刀具同样应用了 基于三维体素的形体表示方法，因而对各种规格刀具来说，此算法都适 用，具备了良好的通用性。试验表明，该算法除了能够正确的生成刀具 的加工轨迹外，还能对此加工轨迹作一定的优化。具有一定的实用性。 5 应用面向对象的概念对浮雕c a d 系统进行了软件应用开发。对家具浮雕 的问题域、结构、对象和类进行了详细的分析，设计了良好的用户界面。 软件的模块结构合理，代码的可重用性高，为以后软件后续开发奠定了 一个良好的基础。 与其他同类产品相比，本系统易操作，数据来源广泛，通用性强，集先进性、 经济性一体，达到同类产品中的国类领先水平，具有很好的市场前景。 关键词：c a d 浮雕设计三维 a b s t r a c t i no u rc o u n 略t h e f u r n i t u r er i l i v o a u t o m a t i c d e s i g n i n g a n d m a c h i n i n g t e c h n o l o g yd r o pb e h i n dc o m p a r i n g w i t ht h ed e v e l o p e dc o g n t r y t oi m p r o v et h i s ，t h e a u t h o rp r o p o s e da n di m p l e m e n t e daf u r n i t u r er i l i v oc a ds y s t e mb a s e do n3 dt i n y e n t i t yi nt h i st h e s i s t h ea u t h o rh a s b e e nd o i n ga c a d e m i cr e s e a r c ho nn c m a c h i n i n g p r o c e s st h o r o u g h l yf o ral o n gt i m e i no r d e r t od e v e l o pac o m m e r c i a lf u r n i t u r er i l i v o c a d s y s t e mw i t h i t so v e n p r o p e r t yr i g h t ，as u b s y s t e m n a m e df u r n i t u r er i l i v oc a d s y s t e m w h i c hi sb e l o n g st of u r n i t u r er i l i v oc a d c a m s y s t e m h a db e e n d e v e l o p e d t h i sa r t i c l ec o n t a i n ss o m em a i n t o p i c sl i s t e db e l o w ： 1 a c c o r d i n gt o t h el a t e s ts o f t w a r ed e v e l o p i n gt e c h n o l o g ya n dt h eo p e r a t i o n o b j e c to f t h ef u r n i t u r er i l i v oc a d c a ms y s t e m t h et h e s i st a k e sv i s u a lc + + 6 0a s i t sd e v e l o p i n gs o r w a r e p l a t f o r mb a s e do n a u t o c a d 2 0 0 0e n v i r o n m e n t 2 ，a r e r m a k i n gr e s e a r c ho n a l lk i n d so fs o l u t i o n so f3 d e n t i t yc o n f i g u r a t i o n w e a n a l y z e dt h es y s t e ma n dt o o kt h eg e n e r a l i t ya n dp r a c t i c a l i t yo f t h es o f t w a r ea s t h ef i m d a m e n t a ll a w so fd e s i g n ；t h e np r o p o s e das o l u t i o no ft h ef u r n i t u r er i l i v o c a d c a m s y s t e m b a s e do nt h r e e d i m e n s i o n t i n ye n t i t y 3 a f t e rd o i n gm u c hr e s e a r c ho nt h ed a t ae x p r e s s i o no f t h e3 d e n t i t y , t h et h e s i s p r o p o s e d am e t h o dt oe x p r e s st h ee n t i t yb a s eo n3 dt i n ye n t i t ya n di m p l e m e n t e da n a l g o r i t h mt og e tt h ee n t i t yd a t a c o m p a r i n gw i t ho t h e ra l g o r i t h mi nm a n yt e s t t h i s a l g o r i s mp r o v e d t ob em o r e e f f i c i e n t ，a s t r i n g e n c ya n dp e c i s e 4 f o rt h e n e e d i n g o fe n g i n e e r i n g a p p l i c a t i o n ，t h e t h e s i s p r e s e n t e d a n d i m p l e m e n t e d an cgc o d e - b u i l d i n g a l g o r i t h m ，w h i c h u s e dt h em e t h o do f t h r e e d i m e n s i o nt i n ye n t i t y sf i g u r ee x p r e s s i o n t h i sa l g o r i t h mt a k e st h en o r m a t i v e z - m a pt oe x p r e s sa l lk i n d so fc a v ek r r i f e sf i g u r e t h e nt h ea l g o r i t h mc a nb e g e n e r a l u s e dw h e t h e rt h ed i a m e t e ri ss a l n eo rn o t m o r e o v e r , t h ea l g o r i t h mn o to n l yb u i l d r i g h tc a r v i n g t r a i lb u ta l s oo p t i m i z et h et r a i lt os o m ee x t e n t 5 a n a l y s i sa n dd e s i g no f t h es y s t e mc o n s t r u c t i o na n du s e ri n t e r f a c et h e nh a d b e e nd o n e 谢t lt h eu s eo ft h et e c h n o l o g i e sn a m e d “o b j e c t - o r i e n t e da n a l y s i s ( o o a 、” a n d “o b j e c t - o r i e n t e dd e s i g n ( o o d ) ” i i c o m p a r i n gw i t ht h eo t h e rf t t m i t u r er i l i v oc a ds o f t w a r e s ，t h i ss y s t e mc a nb e m o r ee a s i l yt ou s e ，a n dt h ed a t as 0 1 1 l c ec a nb em o r ew i d e l yt og e t m o r e o v e gt h e s y s t e mh a sah i g he f f i c i e n c ya n dal o wp r i c e i ta r r i v e da tt h ei n t e r n a t i o n a la d v a n c e l e v e la n dh a da h u g em a r k e t k e y w o r d s ：c a d ，f u r n i t u r er i l i v o ，3 d i i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：匡叠日期：2 0 。3 # g 月厂日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：重叠导师签名： ! 之兰! 耋 日期：2 叩；年月歹日 皇王型垫查兰堡主笙奎 第一章引言 1 1 国内外c a d c a m 技术应用发展现状 计算机辅助设计与制造( c a d c a m ) 技术是近年来工程技术领域中发展最迅 速、最引人瞩目的高技术之一，它的崛起已经成为工业生产现代化的重要标志， 并对产业结构、产品结构、企业结构、生产方式以及人才的知识结构产生了深 刻的影响。 近年来，c a d c a m 技术开始向着标准化、集成化、智能化、网络化的方向发 展，与此同时，面向对象技术、并行工程思想、分布式环境技术以及人工智能 的研究，也为c a d c a m 技术的高水平发展提供了有利的条件。 国外c a d c a m 技术经历了三十多年的发展，已广泛应用于机械、电子、航 空、航天、汽车、轻工、纺织、建筑等多个行业，其c a d c a m 技术始终保持着 适用性、先进性、前沿惶。迄今为止，出现了多个成功的商品化c a d c a m 软件， 如：美国p t c 公司的p r o e n g i n e e r ，e d s 公司的u n i g r a p h i e s ，v c 公司的c a d d 5 0 ， i b m 公司的c a t i a ，以色列的c i m a t r o n 9 0 ，以及s o l i d w o r k s 和s o l i d e d g e 等。 据统计，在发达国家中，c a d c a m 技术在制造企业中的应用，其覆盖率高达7 0 以上。一些企业的产品设计几乎全部由计算机完成。如美国的通用汽车公司、 日本的大隈公司、m a z a k 公司等，在c a d c a m 技术的应用方面均达到了非常高 的水平。 在我国，c a d c a m 技术在硬件生产、支撑软件和应用软件的开发应用等方面 都取得了较大的发展。开发了一系列的c a d c a m 软件。如：清华和华中理工大 学的g h c a d ，西北工业大学的n p uc a d c a m 系统等。改变了国内c a d 软件由 国外c a d 软件一统天下的局面。据统计，国产c a d 软件在国内拥有了3 0 以上 的用户群，某些领域内的国产c a d 软件市场占有率达6 0 以上。但是，从整体 水平上讲，我国自行开发的c a d c a m 系统目前与国外同类系统相比还有一定差 距，迸一步加强和开展c 丸d c a m 技术的研究和开发，仍然是我国从事c a d 技术 工作的人员的一项艰巨而紧迫的任务。 电子科技大学硕士论文 1 2 数控自动编程技术的发展历史 数控加工是c a d c a m 技术最能明显发挥经济效益的生产环节之一。它可阱 保证产品达到极高的加工精度和稳定的加工质量；可以大幅度缩短产品的生产 准备周期，在生产对象的几何形状复杂、加工精度高、批量小的情况下，具有 极高的竞争力。 控制数据加工的数控软件发展也极为迅速，大致经历了手工编程、数控语 言自动编程以及现在的交互式图形编程这几个阶段： 在手工编程阶段，设计者只能借助于数学公式，根据图纸要求进行数据的 计算，并按规定的指令代码手工编制零件的加工程序，编程效率低、精度差。 为了提高编程效率，降低变成人员的劳动强度，又引入了借助于计算机来编制 零件加工程序并自动制备穿孔纸带的方法，称为自动编程。随着c a d c a m 技术 的发展，数控加工编程系统发展到交互式图形编程阶段。这种编程是在c a d c a m 集成系统的支持下，在图形终端上进行数控加工编程。编程时所需要的几何数 据、刀具数据等可以直接从c a d 系统中读取。 1 3 论文选题技术背景和研究内容 本课题来源于一个横向课题“家具浮雕c a d c a m 系统”。随着经济的发展特 别是人民生活水平的提高，家具产品生产、消费开始追求个性化，产品更新周 期越来越短。为了适应这种变化，迫切要求家具制造业大幅度缩短产品的设计 周期并提高其生产的自动化水平。 雕刻c a d c a m 系统着重于非规则曲线和曲面的低成本、高效率加工，其基 本要求与机械制造业的c a d c a m 系统有很大的区别。在国外已经具有了实用水 平的三维浮雕曲面造型设计方法和加工轨迹生成算法，但在国内相应的研究成 果仍不多见 其次，对复杂浮雕进行高效率设计和加工方面，仍然有很多内容 需要我们研究。 国内c a d 市场上，用于家具浮雕设计加工的各种自主版权c a d 软件和国外 c a d 软件并存，但从整体上说，国内的家具浮雕c a d c a m 软件同国外同类型产 品之间仍然具有相当的差距。具有以下的特点：一方面，由于各个c a d 软件版 本之间数据表示、数据处理不兼容，因而形成了一道信息堡垒，给数据交换、 共享和信息的流动造成了很多的障碍。另一方面：现行的c a d 软件从设计上来 2 电子科技大学硕士论文 看，主要还停留在利用二维绘图与三维线框制图阶段，而数控加工也主要以点、 线为驱动对象，如孔加工，轮廓加工，平面区域加工方式等。这些设计、加工 方式不仅要求浮雕设计人员有熟练的a u t o c a d 制图水平，而且此类软件交互复 杂，极大制约了设计周期的缩短和成本的降低。为了改善这种情况，体现 c a d c a m 技术发展的标准化、智能化趋势，本论文提出了一种基于三维体素的 家具浮雕加工实现方案，并提出了在这种方案下的加工实现方法。由于此方案 具有较高的设计效率，良好的数据通用性，因而具有很好的实用性。据资料表 明，此解决方案在家具浮雕c a d c a m 系统中尚属少见，具有很好的发展前景。 笔者在研究消化国内外相关文献以及商品化浮雕c a d c a m 软件的基础上， 从开发具有自主知识产权的商品化家具浮雕设计软件出发，对数控铣削的加工 技术进行了深入的理论研究和应用软件的开发，开发了家具浮雕c a d c a m 系统 中的子系统“家具浮雕c a d 系统”。 主要研究内容如下： 1 根据当前软件开发的技术和家具浮雕c a d c a m 系统的适用对象，确立了 家具浮雕c a d 系统的开发平台( 第二章) 。 2 在研究比较了三维形体的各种造型方式后，本着软件通用性、易用性的 原则对家具浮雕c a d 系统进行了总体分析和设计。提出了基于三维体素 的家具浮雕c a d c a m 系统的解决方案( 第三章) 。 3 对三维形体的数据表示进行了深入研究。提出并实现了一种基于三维体 素的三维形体的数据表示方法。并研究探讨了在这种数据表示方法下， 三维形体的表面形状数据的获取算法。经测试表明，该算法具有迭代速 度快、收敛性好、精度高的优点。( 第四章) 4 以工程应用为背景，根据基于三维体素的形体表示方法，提出并实现了 - - 7 用于数控加工的g 代码的生成算法。由于该算法对刀具同样应用了 基于三维体素的形体表示方法，因而对各种规格刀具( 圆柱铣刀、圆头 铣刀等) 来说，算法都适用，具备了良好的通用性。研究表明，该算法 除了能够正确的生成刀具的加工轨迹外，还能对加工轨迹做出一定的优 化。具备了良好的实用性能。( 第五章) 5 应用面向对象的概念对浮雕c a d 系统进行了应用软件的开发。软件的模 块结构合理，代码的可重用性高，为软件的后续开发和功能扩充奠定了 一个良好的基础( 第六章) 。 电子科技大学硕士论文 第二章系统开发平台和开发工具 2 1a u t o c a d 开发平台和w i n d o w s a u t o c a d 是美国的a u t o d e s k 公司开发的计算机辅助绘图软件包，a u t o c a d 从1 9 8 2 年问世以来，由于其功能强、使用灵活、硬件接口方便，已经成为微机 c a d 系统中最流行的图形软件。 a u t o d e s k 公司新近推出的a u t o c a d2 0 0 0 是设计与绘图的一大突破。它在 影响生产效率的许多方面作了重大改进，这些方面包括：系统运行速度、文件 共享、图层管理、线型管理、精确绘图、绘图布局、打印输出和高质量演示等。 软件本身易于学习和维护，并且可以按照工作需要进行改造。同a u t o c a d r 1 2 r 1 3 r 1 4 相比，a u t o c a d2 0 0 0 具有以下新特点。 更良好的用户界面； 性能显著改善：包括广泛的鼠标右键快捷操作，更优良的图形渲染算 法应用，快速精确的绘图方式，图形显示质量的提高等； 系统速度更快，运行更稳定； 具有良好的兼容性，更容易学习和使用； 丰富的网络功能； 丰富的开发工具：a d s ，o b j e c t a r x ，v b a 、a u t o l i s d 等。 2 2v i s u a l c + + 与m f c v i s u mc + + 是世界上公认的优秀的w i n d o w s 应用程序开发工具。它是用 于w i n d o w s 开发的m i c r o s o f tv i s u ms t u d i o 工具的一部分。v i s u a lc + + 和 v i s u a ls t u d i o 这两个工具的全面集成使得开发一个w i n d o w s 程序变的非常的 简单。使用v i s u a ls t u d i o 中的工具和向导，结合m f c 类库，我们可以在几分 钟内得到一个基于w i n d o w s 的应用程序。 其次，v i s u a lc + + 是一个可视化的编程工具，可视化是指用户可以直接 利用v i s u a lc + + 提供的工具，使得程序员设计用户界面就好像在白纸上画图 4 电子科技大学硕士论文 一样简单、直观、灵活和高效。 m f c 是m i c r o s o f t 基础类( m i c r o s o f tf o u n d a t i o nc l a s s ) 的简称，用来为 w i n d o w s 开发c + + g u i 应用程序。它的出现实际上体现了从传统的面向过程的 以c 为代表的程序开发到面向对象的c + + 程序开发的转变。用c 语言开发的 w i n d o w sa p i 是基于过程的接口，但是，随着用于c 语言的面相对象的扩展特 性的开发并被广泛用于称为c + + 的新型语言中，因而，也必须建立与w i n d o w s a p i 的面向对象包装的接口，这个产品最终演变为m f c 产品。 m f c 不仅是面向对象的接口，它也是面向对象的。除了封装特性外，该接 口( 包装在一组c + q - 类中) 还具备继承性和多态性等特性。在程序设计中， 我们广泛采用了m f c 提供的基础类库，大大提高了程序的设计效率。下面，我 们就简要介绍在本论文中大量使用的两个m f c 类： 2 2 1 c f i i e 类 多数文件系统都以某种方式使用文件系统，对于开发人员来说，理解文件 系统是如何表示的以及如何使用这个文件系统是非常重要的。m f c 提供了一个 一致的接口来处理这个问题，即c f i l e 类来处理文件系统中的数据。 c f i l e 类提供了处理文件时常用的i o 操作，如：文件建立，读文件，写文 件，文件删除等。同时，c f i l e 类还派生出一些类，专门用于处理与文件相关 的工作。如：从c f i l e 类派生出来的c s t d i o f i l e 类对a s c i i 类数据缓冲进行一 般的i o 处理，体现了流式文件经f o p e n 打开后的处理过程。流式文件可以是 二进制文件，也可以是文本文件，但c s t d i o f i l e 类以流模式处理输入和输出。 再比如：从c f i l e 类派生出来的c m e m f i l e 类可以处理内存数据。 在使用c f i l e 类时，首先必须用一个文件名创建一个c f i l e 类的实例，并 指出文件的打开方法( 即它的访问模式，权限设置等) ，实例声明完毕后，就可 以通过调用类的函数来实现相关的操作。包括：文件的打开，关闭，读，写， 文件指针的定位，查看文件状态等等。 2 2 2c o b l is t 类 c o b l i s t 是m f c 提供的功能强大的对象容器，它的行为类似于一个双向链 电子科技大学硕士论文 表，可以往里面添加不同类型的对象，唯一的条件是它们必须都是从c o b j e c t 类继承下来的。p o s i t i o n 是v i s u a lc + + 提供的一个特殊的数据类型，它与 c o b l i s t 相结合，用来指示当前访问的对象，类似于一个位置指针的作用。其 提供了大量的方法以便用户进行链表的相关操作，如：列表遍历，列表操作， 对象插入，对象查找，对象修改操作等等。 2 3 a u t o c a d 二次开发工具a d s 和o b j e c t a r x 综述 2 3 1a d s 简介 a d s 是a u t o c a dc 语言开发系统的简称，它使外部可执行文件与a u t o c a d 核心紧密的联系在一起，为在a u t o c a d 平台上进行二次开发提供了一个最为有 力的编程手段。 a d s 提供了一组用c 语言编写的a u t o c a d 应用程序的头文件和目标库。a d s 程序使可以在a u t o c a d 环境中运行的可执行文件，它和a u t o c a d 建立通讯联接， 向a u t o c a d 发出命令，并获得命令执行的结果，同时，a d s 应用程序拥有c 语 言运行函数库的全部功能。因而几乎可以完成任何的功能。 2 3 2o b j e o t a r x 简介 o b j e c t a r x 是c a d 提供的一个新的开发工具。a r x 库可以和a u t ol i s p 和a d s 相关联使用，对于用户使用、定制和扩展a u t o c a d 非常有利。一个a r x 应用程 序是一个动态连接库，它分享a u t o c a d 的地址空间并且可以被c a d 直接调用。 出于扩展的目的，a r x 库提供了很多的宏，它们有助于用户定义新的类或给现 有的a u t o c a d 类添加新的功能。 2 3 2 1 o b j e c t a r x 编程环境 a r x 是基于a u t o c a d r l 4 的一种新的编程环境，它提供了以c + + 为基础的 面向对象的开发环境及应用程序接口，能真正快速地访问a u t o c a d 图形数据库。 通过在c a d 应用系统开发中的应用表明，o b j e c t a r x 的许多特性能够实现很多 在原来开发环境中难以实现的功能，提高了开发效率，它是a u t o c a d 新一代的 开发工具。 与以往的a u t o l i s p 、a d s 开发工具相比，o b j e c t a r x 在编程环境上主要有以 6 电子科技大学硕士论文 下几方面的特点： 1 开发环境不同，其主要用于w i n d o w s 平台上的开发。 2 具有o b j e c t a r x 开发平台： 3 开发工具：m i c r o s o f tv i s u a lc + + 4 2 b 以上版本编译、调试集成化 开发环境和m f c 开发工具。 2 3 2 2 面向对象特性 a u t o c a dr 1 4 推出的o b j e c t a r x 编程工具是采用全新的面向对象技术，对象 的数据体系及编程方法是其吸引人的特点。 o b j e c t a r xs d k 主要提供了以下几个类库： 1 a c r x 类库：提供了系统级的类和c + + 的宏指令集，用于d l l 应用程序 的初始化、连接及实时类的注册和致性检查。 2 a c d b 类库：提供可以直接访问a u t o c a d 数据库结构的类。包括实体等 图形对象和层、线型等非图形对象。 3 a c g i 类库：提供了用于显示a u t o c h d 实体的图形接口。 4 a c g e 类库：该库主要被a c d b 库的类使用，包括与通用线性代数和几何 对象相关的类。 5 a d s 类库：c 语言的库函数，用于实体选择集操作、可编程对话框等操 作，这些操作主要为了与h u t o c a dr 1 2 兼容。 此外，o b j e c t a r x 编程环境可利用m f c 类库来编制丰富的w i n d o w s 风格界面。 由于采用了面向对象的编程技术，开发人员可在其提供的基类上派生出自定义 的类，给开发工作带来极大的方便。 a r x 是可编译的c + + 程序，与a d s 不同的是，a r x 以动态链接库( d l l ) 的 形式与a u t o c a d 共享地址空间，它可以直接调用a u t o c a d 的核心函数，还可直 接访问a u t o c a d 数据库。除此之外，用户还可以在原有a r x 系统上增加新的类， 实时扩展原有类的函数。与a d s 及a u t o l i s p 相比，a r x 应用程序运行更稳定。 以上的这些新特性，使得o b j e c t a r x 开发手段成为众多a u t o d e s k - 次开发 商目前的首选开发工具，并利用它开发出了丰富多样的应用软件，如 m a c h i n i c a ld e s k t o p 等。 7 皇王型垫奎兰堡主丝苎一 2 3 2 3 常用函数、结构说明 1 访问c a d 的全局函数 使用相关的全局函数，应用程序就能与a u t o c a d 进行直接通信。全局函 数包括：向a u t o c a d 注册命令、处理用户输入、处理数据转换和设置数字化 仪之类的扩展设备等函数。本节重点介绍其通用访问函数。 在访问a u t o c a d 命令的对象中，最常用的是a c e d c m d ( ) 和 a c e d c o m m a n d 0 。利用这两个函数，用户可以直接给a u t o c a d 图形环境中 的“c o m m a n d ：”命令提示符发送命令和其他输入。其定义如下： i n ta c e d c o m m a n d ( i n tt y p e 1 ； i n ta c e d c m d ( s t r u c tr e s b u f r b p ) ； 与其他函数不同的是，这个函数具有长度可变的参数表，并且参数表中 的参数是成队出现的，我们称为参数对。在每一对参数中，第二个参数才 是真正要传递的参数，而第一个参数表示所传递的第二个参数的类型。参 数表中的最后一个参数为单个参数，其值为0 或r t n o n e 。比如：在a r x 中 调用画圆的命令如下所示： a c e d c o m m a n d ( r t s t r ，“c i r c l e ”，r t 3 d p o i n t ，p l ，r t r e a l ，r a d ， ； 此函数表示画一个圆，其圆心在p l 点，半径为r a d 。请注意在每个参 数前的参数类型说明，输入参数所表示的具体含义是由这个参数类型来表 明的，下表列出了常用的参数类型和它在这个函数中的表示方法： 表格2 1 ：参数在c + + 和a r x 中的表示方法 参数类型c c + + 表示a r x 中表示 字符串 s t rr t s t r 实数 r e a lr t r e a l 整数s h o r tr t s h o r t 点r t 3 d p o i n t ， 实体名 r t e n a m e 选择集|t r e n a m e 8 电子科技大学硕士论文 2 结果缓冲区 在a u t o c a d 中采用d f x 组码来表示图形，组码仅仅是一个整数值，但不同 的值有不同的含义，下表列出了几种典型的组码及其含义： 表格2 - 2 ：典型组码及其含义 组码意义组码意义 i 一4 条件操作符 5 实体句柄 l 一1 实体名称 1 0 1 0一个点 组码在a u t o c a d 数据结构中是以结果缓冲器链表的形式来表示的，结果缓 冲器是a d s 支撑环境的核心概念之一，用来代表a u t o c a d 的实体和各种表的数 据信息，其定义如下： s t r u c t r e s b u f s t r u c tr e s b u f r b n e x t ；，指向另外一个结果缓冲器的指针，该指针 用于实现链表。 s h o r t r e s t y p e ： ，组码 u n i o na d s _ u v a lr e s v a l ； ，组码值 ； u n i o n a d s _ u v a l a d s _ r e a lr r e a l ； a d s _ r e a lr p o i n t 【3 ； s h o r t t i n t ； c h a r r s t i i n g ； l o n ga l o n g ； s t r u c ta d sb i n a r y r b i n a r y ；) ； 通过结果缓冲器可以建立如图2 - - 1 所示的链表： i n e x t h n e x t h n e x t u n e x t l f 一1 ji 5 ii 1 0 ji 一1 f 圃两劂劂 图表2 - 1 ：结果缓冲区列表 9 电子科技大学硕士论文 3 选择集 在a u t o c a d 中，有很多命令( 函数) 的处理对象都是选择集，比如，选 择多个三维实体进行相交、相并、相减运算，在a r x 中，要想成功调用这些 命令( 函数) ，首先就必须要创建选择集，在完成相关命令处理后，再释放 这些选择集。 在a u t o c a d 环境下，获得选择集的方法是提示让用户选择对象，再由这 些对象构成选择集，而在0 b j e c t a r x 的二次开发环境下，获得选择集的方法 是使用一系列的属性和选定条件筛选当前数据库来选择实体对象，进而构成 选择集。 筛选函数原型为： i n ta c e d s s g e t ( c o n s tc h a r + s t r ，c o n s tv o i d p t l ，c o n s tv o i d 。 p t 2 ，c o n s ts t r u c tr e s b u f + e n t m a s k ，a d s _ n a m es s ) ； 参数说明如下表： 表格2 - 3 ：筛选函数参数说明 参数参数说明 说明使用的筛选条件。根据参数的不同，可以在整个数据 s t r 库内筛选，或用户提取等等方式进行筛选工作。 p t l与某此选择方式相关的可选择的点 p t 2与某出选择方式相关的可选择的点 e n t m a s k 若其不为n u l l ，则表示确定的筛选条件，可构成链表 s s 选择集的识别名字，用于存放筛选数据库后所得的结果。 具体用法举例如下： 选择最近使用过的对象： a c e d s s g e t ( “l ”，n u l l ，n u l l ，n u l l ，s s n a m e ) ； ( 其中，“l ，表示“l a s t ”选择方式；s s n a m e 表示选择集名) 选择在层f l 0 0 r 3 上的所有实体 s t r u c tr e s b u f e b ，a d s _ n a m es s ，c h a rs b u f 【3 0 】； ，变量定义 e b r e s t y p e = 8 ； 8 表示筛选对象为层名 1 0 电子科技大学硕士论文 s t r e p y ( s b u f ，“f l o o r 3 “) ； e b r e s v a l r s t r i n g 。s b u f ； e b r b n e x t = n u l l ； a c e d s s g e t ( “x ”，n u l l ，n u l l ，n u l l ，s s n a m e ) ； 其中( “x ”表示在整个数据库里筛选；n u l l 表示筛选条件结 束，否则，可指向另外的s t r u c tr e s b u f 结构形成链表进行进一步筛 选。) 4 深层克隆 深层克隆函数用来复制对象和任何属于被复制对象的对象。在本程序 中，大量涉及了复杂三维实体的复制，拷贝等内容，而这个复杂三维实体是 由一系列的简单三维实体通过实体的相交、并、减运算得到的，在数据结构 上，包含了数个不同对象，因而在进行这样的复杂三维实体的复制、拷贝时， 除了将这个复杂三维实体的对象进行相关操作外，还必须将其包含的其他的 简单三维对象一并处理。这就必须要用到深层克隆技术。 在a u t o c a d 中常用的“c o p y ( 复制) ”、“m i r r o r ( 镜像) ”、“i n s e r t ( 插入) ”、“b l o c k ( 块) ”等命令就用到了深层克隆技术。 具体来讲，深层克隆函数实际上包含了两个步骤：克隆和转换。在克隆 这一个步骤中，首先创建一个用于克隆的对象，接着，将原对象数据编出到 内存中，然后，又将输出到内存的数据输入到新创建的对象中；在转换这一 个步骤中，使用i d 影射关系重新链接所有的新旧对象来建立新的关系。在 具体转换过程中，需要转换四种类型的对象的i d ( 硬所有、软所有、硬指 针、软指针) 。 一个典型的深层克隆一般要经过以下几个步骤： 获得要被克隆的对象的集合。 将对象列表放入列表中( a c d b o b | e c t i d a r r a y 类) 。 创建一个新的i d 影射关系( a c d b i d m a p p i n g 类) ，它将由深层克 隆函数编入。 调用深层克隆函数，传入要被克隆的对象列表、被克隆对象将要加 入对象的i d 和第一步中创建的i d 影射 具体函数框图请参见第六章的内容。 电子科技大学硕士论文 第三章系统总体方案设计 3 1 浮雕c a d c a m 系统简介 整个浮雕c a d c a m 系统大致可以分为两部分，即：计算机辅助设计c a d 系 统和计算机辅助制造c a m 系统。其关系如图3 一l 所示： 图3 - 1 ：系统模块划分 其中，用户数据模块完成3 d 浮雕图案的设计和系统必需参数( 比如对加工 精度的要求等) 的输入；c a d 系统完成对用户输入的3 d 浮雕图案的数据解释： g 代码模块根据c a d 系统的数据输出，最终生成刀具的加工轨迹，形成g 代码： 而c a m 系统完成对g 代码的解释，生成加工驱动程序，完成浮雕图案的最后加 工。 本系统完成前三项功能。即：根据用户输入的数据，通过c a d 系统完成对 3 d 浮雕图案的数据解释，并形成g 代码。 3 2 系统设计目标、设计原则和设计思想 3 2 1 系统设计目标 系统设计目标是：应用先进的计算机辅助设计和制造技术，设计开发出一 套界面友好、功能强大的浮雕c a d c a m 系统，实现浮雕家具从设计到加工的一 体化。系统的应用达到帮助企业提高自动化水平、提高产品质量、缩短企业产 品的研发周期、降低产品的开发和制造成本，提高企业的市场竞争力的目的， 使企业在激烈的竞争中处于有利地位。从系统的使用上说，要特别注意软件的 1 2 电子科技大学硕士论文 易用性，降低浮雕c a d 系统在使用时对设计人员的内在素质要求。 3 2 2 系统设计原则 为了便于本系统的使用，在系统开发中遵循以下几个原则： 1 易用性原则： 对于一个软件，易用是其基本要求，它不仅体现在良好人机交互环境，友 好的用户界面，还包括这个软件对于使用者的内在素质要求，而后者往往是容 易被软件设计人员忽略的问题。在本软件设计中，我们的出发点之一就是让软 件更容易为人所用。 2 通用性原则： 浮雕c a d 系统在市场上已经出现了很多的实现方案，但是，各个方案之间 由于对三维数据实体的表示方法有所不同，造成各个系统之间存在信息壁垒， 通用性不强。 3 实用性强，操作简单的原则： 4 系统自动处理能力高，便于扩展和升级的原则： 3 3 软件系统结构方案一：分层设计方案 3 3 1 方案总述 根据浮雕设计者所设计图案的复杂性和设计精细程度的要求，我们可以将 个三维浮雕图案划分为多层实体近似的表示，如图3 2 ( a ) 所示。 ( a ) 待加工的三维浮雕实体 1 3 电子科技大学硕士论文 第2 层 第l 层 入 第l 层实体 第1 层实体在基准面上 投影的二维框图 的效果图 第2 层实体 ( b ) 分层示意图 图3 2 ：分层设计模型 第2 层实体在基准面上 投影的二维框图 在浮雕实体绘制上，设计人员先依次绘制各层实体的二维框图，再生成各 层实体，最后生成浮雕实体。 在生成加工轨迹时，我们可以通过依次加工各层实体的方式加工出整个浮 雕实体。具体在加工每一层实体时，又可以利用各层实体的二维框图来获得加 工轨迹。 3 3 2 方案评述 采用这种方案虽然最终呈现在用户前的是一个三维浮雕实体，但其根本还 是运用二维线框建模方式来处理诸如实体的生成、刀具走刀轨迹的生成等系 1 4 电子科技大学硕士论文 列问题，因而笔者将其称为二维线框驱动的方案。由于线框模型结构简单、易 于理解、数据存储量少，具有操作灵活、响应速度快等特点，因而根据此方案， 我们可以很方便的得到加工时的走刀轨迹，并进行相应的干涉、碰撞等检查。 但是，这种方案也存在以下不足： 1 分层的数量问题：方案根据浮雕设计者所设计图案的复杂性程度而将 一个三维浮雕图案划分为多层实体近似的表示，对于一个具有复杂曲面形状的 浮雕三维实体来讲，分层数量越多，其最后得到的近似的三维实体与原来的浮 雕三维实体的拟合效果越好。但程序并不提供自动的分层功能，需要浮雕设计 人员自己根据需要进行分层，分层数量越多，需要设计人员绘制的二维框图也 就越多。设计效率大大降低了。 2 交互复杂：采用这种方式构造三维浮雕图案，用户必须从如上所述的 绘制线条开始的直至最后形成三维实体的若干步骤。这种设计方式迫使浮雕设 计人员将大量的时间花在了了浮雕图案的绘制上而不是创作上，这与我们浮雕 c a d 软件设计目的提高设计效率是相违背的。同时，某些复杂形体的二维 框图本身就不直观，更不易绘制，这些问题都影响了方案的实际运用。 3 数据通用性问题：设计人员