（机械制造及其自动化专业论文）螺纹联接件参数化图库的研究及实现.pdf

李琳琳：螺纹联接件参数化图库的研究及实现 中文摘要 在机械设计作业中，有6 0 的工作量涉及到标准件，标准件库是图形库的一部 分a 作为通用的图形处理软件，a u t o c a d 的潜力巨大，除了作为简单的电子绘图系 统之外，还可以对其进行二次开发。如果将a u t o c a d 的相关图形对象与外部数据库 进行连接，就可以利用数据库存储的数据来快捷、灵活、准确地绘制工程图形，实 现程序驱动式参数化绘图。 将a u t o c a d 与数据库连接具有重要的理论意义和实际意义，也是c a d c a m 技术 的一个研究热点。针对机械工程绘图中标准件使用频率很高的特点，本文以 a u t o c a d 2 0 0 4 为平台，运用其内嵌的开发工具v b a ，结合a c c e s s2 0 0 0 数据库，采 用了程序驱动参数化绘图方法，建立了螺纹联接件参数化图库系统。把标准件的相 关参数存入数据库，当进行机械装配图绘制时，能够方便地调用本系统进行螺纹联 接件的自动绘制。并且，在图形绘制过程中，可任意选用螺纹联接件主视图、俯视 图或左视图，可多次重复使用，所生成的装配图能够随着参数的变化丽缩放，并能 随机放置，从而大大减轻了图形绘制工作量，避免重复劳动，提高了图形绘制效率 和质量。 本文在对计算机辅助图形绘制与数据库集成结构的理论和方法的基础上，讨论 了图形和数据库链接的接口技术，并开发出螺纹联接件图库原型系统。论文第一章 阐述了a u t o c a d 与数据库链接在图形处理方面的应用，说明了论文的研究背景、研 究目的、主要研究内容和意义。第二章论述了图形数据库的技术基础，重点讨论了 a u t o c a d 图形数据库结构，提出采用a c t i v e xa u t o m a t i o n 程序接口来访问a u t o c a d 图形数据库。第三章论述了螺纹联接件图库的参数化设计的技术基础。在分析了各 种参数化设计方法的原理及优缺点的基础上，提出了用函数形参法来建立系统图库 的方法。第四章论述了图形和数据库链接的接口技术，在分析图形和数据库集成环 境下三种重要对象模型( c a d 、c a 0 、a d o ) 及其相互闻关系的基础上，设计了本系 统的用户接口、外部接口和内部接口。第五章在上述理论分析基础上介绍了所开发 的螺纹联接件参数化图库原型系统的总体结构和关键技术，包括出错处理、程序与 数据库链接、软件打包、文件菜单设计等。第六章总结了论文的研究工作，并提出 了未来工作的展望。 关键词：a u t o c a d ，二次开发、图形数据库、螺纹联接件、v b a 旦 扬州大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nm e c h a n i c a ld e s i g nw o r k , 6 0 o f t h ew o r k l o a dr e l a t e dt ot h es t a n d a r dp a r t s a n d s t a n d a r dp a r t sl i b r a r yi sap a r to f t h eg r a p h i c sl i b r a r y a sac o i t i i t i o ng r a p h i c sp r o c e s s i n g s o f t w a r e ，a u t o c a dh a st r e m e n d o u sp o t e n t i a l ，i na d d i t i o nt ob e i n gas i m p l ee l e c t r o n i c d r a w i n gs y s t e m a l s oi tc a l lb es e c o n d l yd e v e l o p e d i f a u t o c a dg r a p h i co b j e c ti sl i n k e d t ot h er e l e v a n te x t e r n a ld a t a b a s e i tc a nb eu s e dt ot h eb r i d g eb e t w e e na u t o o 姬a n d d a t a b a s e s ( m o d u l eo rp r o c e d u r e ) ，i t 啪d r a wf l e x i b l ya n da c c u r a t e l y , i ti sc a l l e d p a r a m e t r i c - d r i v e nd e s i g n a u t o c a dc o n n e c t st ot h ed a t a b a s eh a sa ni m p o r t a n tt h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a l s i g n i f i c a n c e 1 n b er e s e a r c ho f g r a p h i co b j e e tl i n k st od a t a b a s eh a sb e e nah o tt o p i c a i m e d a tt h ec h a r a c t e r i s t i c st h a ts t a n d a r dp a r t su s e di nt h ep r o j e c td r a w i n ga r cf t e q u e n t , i nt h i s p a p e r , a u t o c a di su s e da sap l a t f o r m , v b a i su s e da si t sd e v e l o p m e n tt 0 0 1 a c c e s s 2 0 0 0i su s e da sd a t a b a s e p a r a m e t e r - d r i v e nd e s i g np r o c e s si su s e dt oe s t a b l i s h t h e p a r a m e t e r so f t h r e a d c dc o n n e c t o rl i b r a r ys y s t e m s t a t ep a r a m e t e r so f t h es t a n d a r dp i e c e s o ft h ed a t a b a s e ，w h e na s s e m b l i n gv i e wi sd r a w i n g ，r u n i n gt h es y s t e mc a l le a s i l yd r a w t h r e a d e dc o n n e c t o ra u t o m a t i c a l l y w h e nd r a w i n g , y o uc a nc h o o s ef r o n tv i e w , t h el e f t v i e wo rv e r t i c a lv i e w , a n dt h ep r o c e s sc a nb er e p e a t e d a st ot h ea s s e m b l yd r a w i n g s g e n e r a t e db yc h a n g e si ns e a l i n gp a r a m e t e r s , a n dc a nb er a n d o m l yp l a c e d , t h e r e b yi t g r e a t l yr e d u c e st h ed u p l i c a t i o no fw o r k i m p r o v e st h ee f f i c i e n c ya n dq u a l i t yo ft h e d r a w i n g s 1 1 1 ea r t i c l ef o c u s e so nt h es t r u c t u r eo f t h ei n t e g r a t e dg r a p h i c sa n dd a t a b a s et h e o r y , m e t h o d s ，t e c h n i q u e sa n db a s i cr e s e f l r c l ：l ，t h e nt h ei n t e r f a c et e c h n o l o g yo fh y p e r l i n k e d b e t w e e ng r a p h i c sa n dd a t a b a s e ，i nt h ee n d , b u i l d st h ea p p l i c a t i o no f t h i ss o f t w a r e i nt h e f i r s tc h a p t e ro f t h et h e s i s t h ea p p l i c a t i o no f a u t o c a dg r a p h i c sl i n k i n gt od a t a b a s ei nt h e f ；c l do fp r o j e c td r a w i n gi se x p o u n d e d 。啊l cp a p e r se x p l a i nt h eb a c k g r o u n d , p u r p o s e , c o n t e n ta n ds i g n i f i c a n c e t h es e c o n dc h a p t e rd e a l sw i t ht h et e c h n i c a lb a s i so f t h eg r a p h i c d a t a b a s e f o c u s i n g0 nt h ed a t as t r u c t u r eo fa u t o c a da n du s i n ga c t i v e xa u t o m a t i o n g r a p h i c a li n t e r f a c et ot h ed a t a b a s e c h a p t e r3d e s c r i b e st h et e c h n i c a lf o u n d a t i o nf o rt h e p a r a m e t a ld e s i g no f w o r mj o i np i e c e m e t h o d so f v a r i o u sp a r a m e t a ld e s i g n sa r ea n y s i e d o nt h eb a s i so ft h e s ep r i n c i p l e sa n dd i s a d v a n t a g a s 。t h em e t h o dc a l l e df u n c t i o nf o r m a l p a r a m e t e ri se s t a b l i s h e d m e a n w h i l e a u t o c a dv b ai se h o o s e da st h ed e v e l o p m e n tt 0 0 1 曩1 ef o u r t hc h a p t e rd i s c u s s e si m e r f a c et e c h n o l o g yo f t h eh y p e r l i r t k i n gb e t w e e ng r a p h i c s t od a t a b a s e b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h eg r a p h i c sa n dd a t a b a s ei n t e g r a t i o n , t h et h r e e m a j o ro b j e c tm o d e lo b j e c t s ：c a d ，c a o ，a d 0i sd i s c u s s e da n do nt h eb a s i so ft h e t e l a t i o n s h i pa m o n gt h e m ，d e s i g n si t h ea s e ri n t e r f a c e ，t h ee x t e r n a li n t e r f a c e 。a n di n t e r f a c e s o f t h i ss y s t e m i nc h a p t e r 、o nt h eb a s i so f t h et h e o r e t i c a lr e s e a r c ha b o v e ，t h ep a r a m e t e r s p r o t o t y p es y s t e mo ft h et h r e a d e dc o n n e c t o rp a r a m e t e r i z e dd e s i g ng r a p h i cd a t a b a s ei s e s t a b l i s h e d e m p h a s i so nt h es y s t e md e v e l o p m e n tp r o c e s s ，t h ek e yt e c h n o l o g i e ss u c ha s e l t o rh a n d l i n g , p r o c e d u r e sa n dd a t a b a s e s , s o f t w a r ep a c k a g i n g ，m e n ud e s i g n i n g c h a p t e r 李琳琳：螺纹联接件参数化图库的研究及实现 6s u m m a l i 7 _ st h er e s e a r c hp a p e r s ，a n dt h ep r o s p e c t sf o rf u t u r ew o r k k e y w o r d s ：a u t o c a d ，a d v a n c e dd e v e l o p m e n t , d a t a b a s e ，t h r e a d e dc o n n e c t o r , v b a 李琳琳： 螺纹联接件参数化图库的研究及实现 第一章绪论弟一早珀f 匕 1 1 g a d 技术简介及应用概况 1 1 1 计算机辅助设计( c d ) 概述 c a d ( c o m p u t e ra d i d e dd e s i g n ) 的概念是1 9 6 2 年由美国麻省理工学院( m i t ) s u t h e d a n d 先生在其博士学位论文中提出来的“1 。c a d 作为信息技术的一个重要组成 部分，对加速工程设计和产品的开发、缩短产品制造周期、提高产品质量、降低成 本、增强企业市场竞争能力和创新能力发挥着重要的作用。 随着计算机硬件和计算机技术的不断发展，c a d 技术已经应用到各个工程领 域。所谓c a d 技术，即在机械设计过程中，利用计算机作为辅助工具，帮助工程技 术人员进行设计、计算、工程分析、工程图绘制以及与文档制作等涉及所有设计过 程的总称“，。 计算机辅助设计涉及许多领域的技术，包括优化设计、人工智能、工程数据库、 计算机分析和仿真、信息集成与接口技术等。一个完善的c a d 系统，应包括交互式 图形程序库、工程数据库和应用程序库等三个主要方面的内容。 早期的c a d 系统只能从事一些简单的分析、计算和文件编写工作，后来发展到 计算机辅助绘图和设计结果模拟，广泛服务于机械、电子、宇航、建筑、纺织等行 业的产品的总体设计、造型设计、结构设计、工艺过程设计等环节。目前的c a d 技 术进入了集成化时期，主要涉及三个领域：第一，在工程设计领域，与c m ( 计算 机辅助制造) 、c a e ( 计算机辅助工程) 、c a p p ( 计算机辅助工艺设计) 等技术集成， 服务于产品的整个设计制造周期；第二，在工程数据库管理领域，与e r p ( 企业资 源计划) 集成，建立企业信息集成系统，提高企业生产管理效率；第三，在协同设 计领域，与异地、异构的c a d 系统间集成，通过有效的数据接1 3 技术，实现全球化 设计、虚拟设计、虚拟制造等。未来，c a d 技术的发展趋势与计算机模拟和工业设 计技术的结合，体现集成化、智能化的特点。所谓集成化是与v r ( 虚拟现实) 技术 集成，利用计算机生成一种模拟现实环境，快速显示设计内容、显示设计对象性能 特征以及设计对象与周围环境的关系，并可以进行自然的交互，灵活方便地修改设 计。所谓智能化，是通过专家系统、人工智能等技术，使c a d 作业过程呈现某种程 度的智能化的特点。 1 1 2c a d 技术在绘图领域的发展和应用 c a d 技术在绘图方面的应用开始于2 0 世纪5 0 年代，形成于5 0 和6 0 年代，发 三扬州大学硕士学位论文 展于7 0 年代，兴旺于8 0 年代，到现在已经在二维绘图、三维几何造型等方面取得 了很大的成就，实现了普及应用。c a d 的支撑软件发展的历程大致归纳如下“1 ： 第一代c a d 系统主要用于二维绘图，其技术特征是利用解析几何的方法，定义 有关点、线、圆等图素。 第二代c a d 系统主要为二维交互绘图及三维几何造型系统，其技术直到目前还 在不断地发展和应用。 第三代c a d 系统在建模方法上分别出现了特征建模和基于约束的参数化及变 量化建模。这种系统往往在二维、三维模型之间以及与c a m 系统之问有与自身统 一的数据结构和数据库，能够做到二维和三维模型修改时的相互关联性，能够方便 实现c a d c a m 的信息集成。 目前，c a d 技术已经发展到第四代，是一种支持新产品设计的综合性环境支持 系统，能够全面支持异地的、数字化的、采用不同设计哲理与方法的产品设计工作。 但由于相关技术还有待于进一步完善，其商品化的第四代c a d 系统还有待时日。 我国c a d 技术的研究起步于7 0 年代，当时仅有少数大型企业、科研单位还有 部分茼校参加，发展速度不快。近年来，由于计算机硬件价格的不断下降，加之改 革开放和国内外激烈竞争的市场形势的驱动，我国科技人员采用新技术的积极性不 断高涨，c a d 技术发展飞速，已广为人们所接受。 1 1 3 计算机辅助绘图软件的应用与开发 1 计算机辅助绘图的方法简介 计算机辅助绘图是c a d 技术应用最成熟的部分。利用计算机辅助绘制二维图形 常用的有如下四种方法嘲； 1 ) 直接绘图 直接利用图形支撑软件所提供的交互功能，将所需要绘制的图形一笔一笔地画 出来，早期的c a d 系统都为这种方式，其缺点是速度慢、绘图工作量大。 2 ) 尺寸驱动参数化绘图 目前，比较先进的图形支撑软件都提供尺寸驱动功能。尺寸驱动技术是基于变 量几何原理，设计者可以采用随手勾画( h a n df r e e ) 方式绘制零件的拓扑结构，然 后对该拓扑结构添加必要的几何和尺寸约束，这样系统将自动按给定的约束将拓扑 结构转换成零件具体的几何形状和尺寸大小。这种绘图方式大大提高了绘图的效 率，同时它也支持快速的概念设计。 3 ) 程序参数化绘图 李琳琳： 螺纹联接件参数化图库的研究及实现 3 利用图形软件提供的二次开发工具，将一些常用的图素进行参数化，并用计算 机程序语言将这些图素进行编程后存在图形库中。进行图形绘制时，根据需要从图 形库中按菜单调用有关图素，并将之拼装成所需的零件图形。这种编程参数化绘图 方法，可方便地修改尺寸，拼装成各种不同的图形，但需要编制一个个参数化程序。 4 ) 利用三维模型生成二维工程图 这种方法先是采用三维造型系统完成零件的三维立体模型，然后采用投影和剖 切方式，将由零件三维模型转换生成二维图形，然后再对所生成的二维图形进行必 要的修改，如调整尺寸、标注公差和技术要求等。这是目前最为实用、快捷的绘图 方法。 2 二维图形软件的开发途径 目前，二维图形软件的开发有两个途径：一是利用自主平台的c a d c a m 软件； 二是基于a u t o c a d 平台的二次开发。随着a u t o c a d 应用的深入，越来越多的用户发 现，仅用a u t o c a d 提供的交互功能已不能满足设计要求。虽然a u t o c a d 有较强的图 形处理能力，但在解决一些比较专业的问题，尤其在需要将设计计算、数据处理、图 形绘制等问题进行综合处理时，直接使用a u t o c a d 的交互功能就会感到力不从心。 而a u t o c a d 的开放性和丰富的开发工具为我们解决这一问题提供了有效的手段。目 前，国内基于a u t o c a d 平台的应用软件很多，已经有很多成熟的应用。这类软件主 要的特点是功能丰富、标准化程度高、兼容性好。 3 a u t o c a d 二次开发 a u t o c a d 作为通用的图形处理软件，除可以通过系统变量定制参数外，其二次 开发的内容主要有； 1 ) 文件开发根据用户的具体要求，按照a u t o c a d 提供的方法和格式，编辑 a u t o c a d 所支持的a s c i i 码标准功能文件( 如a c a d m n u 和a c a d l i n 等) 或建立 同种类型( 扩展名) 新a s c i i 码功能文件，以满足用户特定需要，文件开发涉及到以下 技术； ( 1 ) 编写各种用户自定义函数，并形成若干l i s p 、a r x 、v l x 或a d s 文件，以 及一些d c l 文件。 ( 2 ) 建立符合自己要求的菜单文件，一般可在a u m c a d 原菜单文件内添加自 己的内容。对于a u t o c a d2 0 0 0 及以后的版本，还可增加局部菜单文件，经交互方式 加入到系统中去。 ( 3 ) 在系统a c a d l s p 文件或类似文件中加入某些内容，以便进行各种初始化 操作，如在系统启动时立即装入自行开发的扩充文件。 扬州大学硕士学位论文 ( 4 ) 通过系统对话框设置某些路径。 2 ) 程序开发利用a u t o c a d 提供的编辑环境和开发工具( 应用程序接口a p i ) ， 通过编写程序来实现对a u t o c a d 的开发。程序开发主要涉及到面向对象设计技术、 参数化设计技术、数据库技术等，这将在本文后续章节进行具体讨论。 1 2a u t o c a d 与数据库连接技术研究 在目前计算机辅助设计作业中，a u t o c a d 软件系统占据有重要地位，其优点在 于可以方便地绘制复杂图形。然而，如何使用计算机创建更真实的智能模型，代表 周围物质世界，现在业界已经开始注意到这个问题的重要性。 一个使计算机绘图智能化的方法是使用图形数据库。即通过链接图形对象到外 部数据库表中的记录，用数据库中的数据作为参数来扩展绘图功能“”。例如，要设 计一台减速器，就需要根据减速器的输入输出功率、传动比等参数确定减速器各轴 的基本直径以及齿轮等的大小，然后再调用a u t o c a d 绘图命令，一笔一笔地绘出减 速器的图形。这样，一旦在设计完成后，要更改减速器的功率或传动比等，则需要 重复全部内容。如果使用a u t o c a d 系统开发相关的图形数据库，将绘图过程编制成 相应的程序，由计算选定的某零件，只需一个命令便可自动完成绘图过程。 应用图形数据库连接技术，可以实现对图形要素的管理。例如，它可用于酒店、 宾馆房间的管理：首先绘制一张关于房屋分布的图形，将每间房屋信息建立一个数 据库，将图形中的图形对象( 房屋) 与数据库( 租赁信息) 相关联，并保持动态一 致，那么管理人员就可以轻松地查阅房间的租赁信息，使管理工作达到事半功倍的 效果。此外，在工程设计过程中经常要绘制一些相同的图块，如常用螺纹联接件、 标准件的绘制等，常用的方法是预先绘制并定义图块，然后采用插入的方法将图块 插入所需要地方，如此重复块操作和线条的修改，效率较低。若采用数据库连接技 术，利用数据库中的记录来控制相关参数，做到图随表变，可方便快捷地进行参数 化作图。 根据应用范围不同，目前a u t o c a d 与数据库连接方法包括如下三个层次渊： 1 、由人工将a u t o c a d 图形中的单个图素与数据库表格中某一记录参数联系起 来，从而实现a u t o c a d 图形与数据库的连接。这可通过a u t o c a d 所提供的d b c o n n c c t 连接功能函数来实现。d b c o n n e c t 的界面设计具有一般性，提供了基本的数据浏览和 连接能力。 2 、通过扩充程序文件，将a u t o c a d 图形中的单个图素与数据库表格中每个记 李琳琳： 螺纹联接件参数化图库的研究及实现 录参数一一进行连接。d b c o n n e c t 函数自身无法完成这一层次的功能，这就需要采用 定制的办法，开发应用环境，根据实际需要编制相应的程序文件。这一层次的应用 主要用于参数化绘图。在机械设计作业中，有6 0 的工作量涉及到标准件嘲，标准 件库是图形库的一部分。在计算机辅助设计过程中，用户所涉及的图形往往是比较 复杂的，复杂的图形涉及的数据量大，要完全放在内存中是不可能的。而且这些数 据不是孤立的，而是彼此密切联系的，需要高速处理以实现人机交互作用。复杂系 统的设计往往需要多个单位若干人共同作业，要经常应用先前设计的图形、数据和 相关模型，若将这些数据模型存储起来供用户随时调用，那么就可避免不同设计者 的重复劳动，提高设计效率；还可以提高设计的标准化程度，减少错误发生率 3 、开发软件系统，将a u t o c a d 的图形对象与数据库数表相互关联，使表随图 变或图随表变，实现图形与数据库的智能连接。例如，若对某图形删除一个对象时， 则相互连接的数据库中数表的相应行也将被删除。这一层次的应用主要集中在辅助 管理方面。例如在进行机械系统设计时，需预算所设计设备的总价，通过使用外部 数据库，在绘制零件图形时，这种零件图形符号就可以与外部数据库中的某个数据 记录相连接，图形数据库连接表可以对所绘制的零件自动进行分类统计；概预算人 员通过使用同一数据库，来统计系统设备的总价。若设计图纸有变动，只要执行相 应的刷新操作就可以了再如，可以将关联技术用于房屋的租赁或者酒店的管理， 将每一房间的相关信息关联到房屋的分布图上，随着客人的住进和搬出，图中的信 息也随之刷新，两者在任何时刻保持动态一致，这将大大方便管理。 1 3 本课题的研究内容及意义 1 3 1 课题的研究背景 本课题由淮海工学院机械制图教研室提出，得到了淮海工学院科研基金 ( z 2 0 0 3 0 0 1 ) 、淮海工学院学科建设基金( 2 0 0 3 0 2 ) 、以及教育部“2 1 世纪中国 高等学校应用型人才培养体系的创新与实践”研究基金的资助。该项目原来仅做了 一些简单的开发工作，拟经过不断的扩充与完善，建立一个完整的标准件参数化绘 图系统，并投入实际的应用。本论文将从螺纹联接件( 螺栓、螺钉和螺柱) 入手， 通过螺纹联接件装配图的参数化设计，着重探讨图形与数据库在连接过程中的一些 理论基础和关键技术。 !扬州大学硕士学位论文 i 3 2 课题研究的内容 本课题的主要研究内容包括： 1 图形数据库建立的基础技术研究。探索如何利用a u t o c a d 构建图形数据库， 研究a u t o c a d 图形数据库的体系结构、实体层次以及图形数据库的开发方式。 2 研究并比较国内外参数化设计的方法，提出函数形参法进行螺纹联接件参 数化图库的设计，选用v b a 作为开发工具进行相关软件的编制。 3 探讨a u t o c a d 图形与数据库的接口技术。利用a u t o c a d 与数据库的连接特 性，在图形数据库的连接机制下，进行用户接口、外部接口、内部接口的设计。 4 进行螺纹联接件参数化绘图系统的开发，实现当使用a u t o c a d 进行螺纹装 配图绘制时，能够直接调用本系统所开发的螺纹联接件图库，并能使图形随着参数 的变化自动进行缩放。 李琳琳： 螺纹联接件参数化图库的研究及实现 7 第二章图形数据库的技术基础 2 1 图形数据库概述 2 1 1 图形库 图形库系统由图形库和图形库管理系统组成的。图形库是存储图形信息的实体 的集合“4 。图形库管理系统是开发图形库、修改搜索图形库和图形输出的操作程序。 图形不同于数据，数据可以直接存储而图形是不可以直接存储的。图形实体只 有经过转换也就是数值化，成为数值信息才可能存储。”。因此，图形库首先面临的 是图形的描述，在一种确定的描述方法下，采用一定的数据结构来存储，从而实现 图形的存储问题。 图形库存储的是图形信息，这种图形信息是经过结构化描述的数值信息，具体 地说就是图形块“”。图形虽然很复杂，但任何复杂的图形都有一定的结构，并且都 可以分解成一些简单图形的组合，因此图形库就是图块的集合。图块是组成复杂图 形的基本图例。图形库也有库文件，库文件的表现形式为图形块。 2 1 2 数据库 数据库是指在计算机存储设备上合理存放的相互关联的数据的集合“o 。这些数 据集合具有如下特点嘧订：尽可能不重复，具有最小冗余度，以节约存储空间；以最 优的方式服务于一个或多个应用程序，以实现应用程序对数据资源的共享；数据的 存放尽可能独立于使用它的应用程序，保持数据的独立性，以使设备具有良好的可 维护性；有良好的数据操作语言和面向终端用户的查询语言，通过软件对数据进行 统一管理，方便进行数据的输入、修改、增删、检索等操作。 2 1 3 图形数据库 任何计算机都有数据组织的问题。在早先的图形系统中，图形数据都作为“文 件”形式存放在计算机中，被称之为“数据文件”。嘲在大型复杂的图形系统中， 人们发现这种文件形式的缺点，如存在数据的冗余性、不完整性以及处理各个文件 的复杂性等。因此，大型图形系统必须考虑使用统一的图形数据结构，并用有效方 !扬州大学硕士学位论文 法来管理使用这些数据。图形数据库就是有效管理图形数据的工具。 在计算机辅助设计中，用户所涉及的图形往往是比较复杂的，复杂的图形涉及 的数据量大，要完全放在内存中是不可能的。而且这些数据不是孤立的，它们彼此 间紧密联系，并需要高速的处理，以实现人机交互作业。另外，图形设计往往涉及 较多部门或多人共同作业，经常需要共享先前的设计结果，应用以前设计的图形与 数据，以及一些标准的零件、部件和组合件等模型，这些都必须存储起来供用户随 时调用。把这些相关联的数据以便于存储的形式组织起来，存放在磁盘中，这就形 成了图形数据库n 目 2 2 图形数据库的类型及其特点 2 2 1 图形数据库的类型 图形数据库的数据模型一般有层次模型、网状模型和关系模型三种形式，分别 对应层次型数据库、网状数据库和关系型数据库脚。其中网状模型提供了更为自然 的图形结构的描述信息，有较高的工作效率和性能。关系型数据库的操作语言使用 更为方便，用户更乐于接受，但较难体现总图一子图的层次结构，其连接、投影 这两类关系运算很浪费时间。无论网状模型、层次模型还是关系模型，对于图形数 据的存储和处理都不是最理想的，不能完全适应图形数据存储和处理要求。目前纷 纷研究新的图形数据库模型，如关系网状混合模型、面向对象的数据库模型、工程 数据库模型等，以适应工程图形数据库的需要。 2 2 2 图形数据库的特点 图形数据库不同于通用数据库，它更侧重于图形的生成、图形的组合、图形的 变换等方面的操作。图形数据库的主要数据是几何图形数据，它需要管理如下类型 的信息“”：其一是与设计环境有关的信息，包括设计规则、方法、标准元素等静态 信息；其二是有关设计对象的信息，该信息用于建立设计的图形对象，在设计过程 中是动态的。在实际图形处理作业中，这两类数据信息常常混合出现。 图形数据库向用户提供的是图形数据，其特点为：数据类型多，数据结构复 杂；图形数据量大：图形操作实时性强；图元具有自身的属性。“”图形数据 库在处理大量数据时，最重要的是使数据库的逻辑结构能够反映出相应图形实体的 李琳琳：螺纹联接件参数化图库的研究及实现 结构，数据库软件能将图形数据的逻辑结构映射到实际存储的物理数据结构中去。 9 2 3 图形数据库的数据结构 c a d 系统开发时，最基本也是最重要的工作是确定图形数据结构和存储管理方 式。一个合理的数据结构，可以使图形系统响应速度快、用户特性好、编辑能力强、 操作使用方便。尤其对于人机交互式图形系统，要求系统既要支持一般数据库和图 形系统的工作，又要保证大量数据的高速处理，合理数据结构的选择是十分重要的。 2 3 1 图形数据库的逻辑结构 通常，图形数据库采用如图2 - 1 所示的逻辑结构。 图2 - 1 图形数据库逻辑结构 在图形系统中，一般将组成图形的点、线、圆、椭圆、圆弧等作为基本图元， 这些基本图元数据都有各自图元名。不同的基本图元可构成个基本图形，就如同 几个特征结构构成一个零件一样；而不同的基本图形又可组成一个图段，如同由零 件组成部件一样；若干图段又可形成一个完整图形，如同由部件组成机器。 在图形数据库中，图形记录可分为四层，各节点可描述为“”： 图形：图形名、指向第一个图段指针 图段：图段名、指向前一图段指针、指向下一图段指针、指向第一个基本图形 指针 基本图：序号、基本图名、类型、位置、层号、可见性、填充类型、填充色、 塑 扬州大学硕士学位论文 指向前一基本图指针、指向下一基本图指针、指向第一个图元指针 图元：序号、图元名、形状、始点、 线宽、亮度、字高、指向前一图元指针、 圆心、半径、角度、内容、颜色、线型、 指向下一图元指针 2 ，3 2 图形数据库的物理结构 如上所述，图形记录被分为：图形、图段、基本图形和图元四个层次。在具体 文件组织上，可以将各个图形分解为图段来存储，即每个图段作为一个文件，当用 户调用某个图形时，可分别调出此图的各个图段逐个处理。“”这时，用户只需给出 图形名，相关的各个图段、基本图、图元可由系统自动进行调用，用户可以按名称 对图形进行操作。 系统将存储器分为若干物理存储块，这些物理存储块存放的是各个图元记录的 各数据项，可以通过索引方法来实现图形的逻辑结构与物理存储结构之问的转化。 例如，对属于同一个基本图形的图元可以建立一张如图2 2 所示的索引表。 l记录号标识物理块号 i i l 图2 2图元索引爱 图2 - 2 中的“记录号”为各个图元的序号，可依次为0 ，i ，2 n - i ( 假设有n 个图元) 取值。“标识”位是反映某个图元记录是否存入，若为l ，则可通过后面的 “物理块号”找到相应的物理地址；若为0 ，则表示它还未存入或存入后已被删去。 可将这张索引表看成是一个数据文件，若得知索引表初始地址后，经过简单计算便 可以查取任何一个图元记录。 上述索引表仅反映了基本图形与图元之间的物理存储关系，而图形与图段、图 段与基本图形之间也可以仿此方法建立相应的索引表，从而构成多级索引。 2 ，3 3a u t o c a d 数据结构 在各个c a d 软件系统的图形数据库中，数据结构所定义的图形对象可能是相同 或相似的，但具体数据结构本身却是各有区别的。a u t o c a d 是将图形看作是任意抽 象模型或物体的容器集合，每个容器包含存储于数据库的一组a c d b ( a u t o c a d d a t a b a s c ) ) f f 象的集合，这就形成了a u t o c a d 图形数据库。一个图形中的直线、圆、 李琳琳：螺纹联接件参数化图库的研究及实现 圆弧、区域、样条曲线等都是一个个实体，每一个实体对象在图形数据库中都有唯 一的句柄标识。 a u t o c a d 图形数据库中存储着a c d b 对象的集合，包含了构成a u t o c a d 图形文件 的图形对象及非图形对象，利用a c d b 类库提供的浏览器( a c d b d i c f i o n a r y l t e r a t o r 、 a c d b o b j t l t e r a t o r ) 可以对a u t o c a d 图形数据库的结构进行访问，也可以对已经存在 的a u t o c a d 实体及对象进行查询等，并可创建新的数据库对象。啪1 在a u t o c a d 中，每当用户创建一个新的图形文件时，系统即自动创建一个图形 库( a c d b d a t a b s s e 类的对象) 。新的图形数据库在创建时进行初始化，初始化完成后 的图形数据库结构如图2 3 所示嘲： l4 拿善芋l 层表ll 块表ll 其他符号表l l i i 层表记剥 块表记翔其他符号表记录 田2 - 3a u t o c a d 图形数据库 由图2 3 可见，a u t o c a d 图形数据库结构包含有“”： 1 ) 符号表 包含有层表、块表等一套符号表，各符号具有唯一命名的对象，这些对象代表 各种通常使用的a c d b d a t a b a s e 对象和数据成员。 ( 1 ) 块表( a c d b b i o c k t a b l e 类)用于存储与块有关的a c d b b i o c k t a b l e 类的对 象及其类操作。数据库中的实体通常隶属予一个块表记录，当图形数据库初始化后， 块表中创建了m o d e ls p a c e 和p a p e rs p a c e 两个记录。 ( 2 ) 尺寸标注样式表( a c d b d i m s 毋r l e t a b l e ) 用于存储a c d b d i m s t 3 ，l e t a b l e r e c o r d 类的对象，记录了图形数据库尺寸标注定义，以及与其相应的a c d b d i m s t y l e t a b l e 对 象及类操作。 ( 3 ) 层表( a c d b l a b y e r t a b l e ) 用于存储与层有关的a c d b l a b y e r t a b l e r e c o r d 类的 对象，记录了图形数据库中层的定义，及其相应的a c d b l a b y c r t a b l e 对象及类操作。 图形数据库初始化后，层表中自动创建了一个系统默认的0 层记录。 ( 4 ) 线型表( a c d b l i n e t y p e t a b l e ) 用于存储与线型有关的a c d b l i n e t y p e t a b l e r e c o r d 里 扬州大学硕士学位论文 类的对象，记录了图形数据库中线型的定义，及其相应的a c d b l i n e t y p e t a b l e 对象及 类操作。图形数据库初始化后，线型表中创建了c o n t i n u o u s 、b yl a y e r 和 b y _ b l o c k 三个线型记录。 ( 5 ) 应用程序名注册表( a c d b r e g a p p t a b l e ) 用于存储与应用程序名的注册和 扩展数据管理有关的a c d b r e g a p p t a b l e r e c o r d 类的对象，管理图形数据库中己注册了 的应用程序名，所注册的应用程序名主要用于扩展数据的管理及其相应的 a c d b r e g a p p t a b l e 对象及类的操作 ( 6 ) 字体风格表( a c d b t e x t s t y l e t a b l e ) 用于存储a c d b t e x t s t y l e t a b l e 酬类的 对象，用来管理当前图形数据库中所用到的字体风格。图形数据库初始化后，字型 表中创建了s t a n d a r d 字体记录。 ( 7 ) 用户坐标表( a c d b u c s t a b l e )用于存储与用户坐标系有关的 a c d b u c s t a b l e r e c o r d 类的对象，用来管理当前图形数据库中所用的用户坐标自定义 坐标。 ( 8 ) 视口表( a c d b v i e w p o r t t a b l e ) 在a u t o c a d 中，当系统变量t i l e m o d e 设置 为l 时，该表用来管理用户所定义的视口，在d x f 文件中相当于符号表中的“v p o r t ” 表。 ( 9 ) 视图表( a c d b v i e w t a b l e ) 该表用来管理与视图操作有关的当前图形数据 库中所定义的视图，在d x f 文件中该表为“v i e w ”段。 2 ) 命名字典它为a c d b d i c t i o n a r y 类的命名字典，提供了一个a u t o c a d 图的“目 录”。图形数据库初始化后，系统自动创建两个条目：g r o u p 字典和m l i n e 字典。 在m l i n e 字典中，s t a n d a r d 为当前默认的线型，应用程序可以自由地在这个字典 中添加其它对象。 3 ) 固定的a u t o c a d 定义的头变量该段主要存放不具备对象特性的系统变量， 这些变量记录了a u t o c a d 系统的当前工作环境，包括a u t o c a d 的版本号、插入基点、 绘图界限的左上角和右下角坐标、栅格间距、尺寸标注式样、当前图层名、当前线 型、当前颜色等。 2 4 图形数据库的访问 a u t o c a d 提供了四种访问a u t o c a d 图形数据库的方法“”：采用d x f 文件格式 访问；从a u t o l i s p 读取图形数据库；采用o b j e c t a r x 访问；采用a c t i v e ) ( 李琳琳： 螺纹联接件参数化图库的研究及实现