（材料加工工程专业论文）基于模板匹配的模具二维工程图自动生成技术的研究.pdf

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 i 摘 要 目前，虽然计算机已经相当普及了，几乎所有的模具公司都应用了计算机绘图， 而且三维设计已成为 cad 的重要发展趋势。 但是， 二维工程图纸由于其应用历史长、 三维设计尚不普及等原因，当前仍然是广泛应用的表达技术信息的手段。许多模具 公司都采用二维工程图纸来保存设计资料，二维工程图纸尚未失去其应用价值。 对模具零件的图纸进行尺寸标注所花费的时间 通常要占到整个模具设计时间 的 50%左右，标注零件速度的快慢，直接决定了模具的设计制造效率。经过对模具 零件的分析，作者发现，在众多的模具零件中，有很大一部分具有总体相似性，仅 局部结构不同。对于这样的零件来说，如果对每一个零件都进行手工标注，势必会 造成大量的人力物力浪费。因此，针对上述问题，作者开发了针对类似零件的自动 标注功能模块。 在本文的研究中，作者根据企业的应用需求在 ug nx4.0 以及 microsoft visual studio 2005 平台上，利用 ug open api 二次开发软件包，采用基于模板文件的方法 生成零件二维工程图。在实现方法上，将欲标注的新零件的三维模型转换为“属性 图”的表达形式，采用“面的广度优先搜索”方法和“边的广度优先所搜方法”将 新零件对应的“属性图”与模板零件对应的“属性图”进行相似性匹配，得到“相 似度系数最高”的模板零件。根据这个“最相似”的模板零件的图纸布局以及标注 信息，对新零件进行二维工程图纸各个视图的添加，完成尺寸的自动标注和辅助信 息的添加，实现二维模具工程图的自动生成。 该功能模块较好地实现了具有相似性的模具零件图纸的自动标注功能，可实现 二维工程图的自动输出、尺寸标注、公差添加、倒角及键槽的标注等，具有良好的 工程应用前景。 关键词：二维工程图；属性图；模板文件；相似度匹配；自动标注 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 ii abstract currently, computer application is very popular in the mould attribution graph; template files; similarity matching; automatic drawing struct test_face_data_s tag_t tface; / / 记录面的标识 int ifacetype; / / 记录面的类型 int is_virtual; / / 标记是实面还是虚面 int face_is_exactly_cylin_face; / / 该边所指向的邻面是否为严格圆柱面 / / 或严格圆锥面，即，有类型为的轮廓边 / / （既非外轮廓，也非内轮廓） int cylin_face_serial_num; / / 用于圆柱面或圆锥面等的排序序列号 int iedgenum; / / 该面含有的总边数 int solid_edge_num; / / 该面含有的实体边的数量 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 22 int virtual_edge_num; / / 该面含有的虚边的数量 int loop_num; / / 该面含有的环的数量 int outer_edge_num; / / 该面含有的外轮廓边的数量 int other_edge_num; / / 用于记录圆柱面或圆锥面的边数量 int inner_edge_num; / / 该面含有的内轮廓边的数量 double ifacenormal3; / / 该面的方向 ; typedef struct test_face_data_s test_face_data_t; （2） 弧的“属性”信息定义如下： typedef struct test_edge_data_s * test_edge_data_p_t; struct test_edge_data_s tag_t tedge; /用于实体边存储，表示该边的tag标识 int iedgetype; /该边的类型 int is_virtual; /是实边还是虚边 tag_t start_edge_tag; /用于虚边存储，表示合并成该虚边的众多 /实体边中的一端的边 tag_t end_edge_tag; /用于虚边存储，表示合并成该虚边的众多 /实体边中的另一端的边 int is_outer_edge; /该边是否为外轮廓边 int loop_num; /该边所在的轮廓序号 double iangleflag; /两个相邻面之间的夹角 double base_face_dir3; /该边所在的邻接列表基面的方向 double adj_face_dir3; /该边所指向的邻接面的方向 int adj_face_type; /该边所指向的邻面的类型 int adj_face_is_exactly_cylin_face; /该边所指向的邻面是否为严 /格圆柱面或严格圆锥面，即， 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 23 /有类型为的轮廓边（既非外轮 /廓，也非内轮廓） int adj_cylindrical_face_series_num; / 该边所指向邻接面为圆柱面 /或圆锥面时，该圆柱面或圆锥 /面面的编号，圆柱面圆锥面所 /特有的编号 int vertex_num; /该边包含的顶点个数 double lowwer_vertex 3 ; /该边包含的较低顶点坐标 double upper_vertex 3 ; /该边包含的较高顶点坐标 double edge_dir3; /该边的方向指向 int imatchflag; /该边是否已经进行过比较 ; typedef struct test_edge_data_s test_edge_data_t; 在本文中， “属性图”的存储采用邻接表的结构表示44，邻接表（adjacencylist） 是图的一种链式存储结构。在邻接表中44，对图中每一个顶点建立一个单链表，第 i 个单链表的结点表示依附于顶点 i的边。每个结点由三个域组成，其中邻接域指示域 顶点 vi邻接的点在图中的位置，链域指示下一条边或弧的结点；数据域存储和边或 弧相关的信息。每个链表上附设一个表头结点。在表头结点中，除了设有领域指向 链表中第一个结点之外，还设有存储顶点 vi 的名或其它有关信息的数据域。具体如 下图所示。 图 3.3 邻接表中的表节点和头结点示意图 在本课题中，作者采用如下的方式来定义“属性图” 、 “属性图”中的头结点以 及“属性图”中的表结点： 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 24 （1 ） “属性图”定义如下： typedef struct test_all_graph_s * test_all_graph_p_t; struct test_all_graph_s tag_t tpart; / / 当前的文件标识 tag_t body_tag; / / 当前的实体标识 int ivexnum; / / 含有的所有面节点数量，包含实体面和虚面 int solid_vex_num; / / 含有的实体面节点的数量 int virtual_vex_num; / / 含有的虚面节点的数量 int iarcnum; / / 含有的所有边的数量，包含实体边和虚边 int solid_arc_num; / / 含有的实体边的数量 int virtual_arc_num; / / 含有的虚边的数量 int is_assem; / / 是否为装配环境 test_vex_node_t * xlist; / / 邻接列表 ; typedef struct test_all_graph_s test_all_graph_t; （2 ） “属性图”中的头结点定义如下： typedef struct test_vex_node_s *test_vex_node_p_t; struct test_vex_node_s test_face_data_t facedata; / / 面的“属性信息” test_arc_box_t *firstarc; / / 第一条依附该顶点的弧的指针 int imatchflag; / / 是否已经匹配过的标记 int iarcnum; / / 含有的所有边的数量，包含实体边和虚边 int solid_arc_num; / / 含有的实体边的数量 int virtual_arc_num; / / 含有的虚边的数量 ; typedef struct test_vex_node_s test_vex_node_t; 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 25 （2 ） “属性图”中的表结点定义如下： typedef struct test_arc_box_s *test_arc_box_p_t; struct test_arc_box_s tag_t tface; / / 该边所指向的面 int imatchflag; / / 该边是否已经匹配过 struct test_arc_box_s * nextlink; / / 指向下一条弧的指针 test_edge_data_t edgedata; / / 边的“属性信息” ; typedef struct test_arc_box_s test_arc_box_t; 在经过了定义“属性图” 、 “属性图”中的头结点以及“属性图”中的表结点的 定义之后，我们开始使用“属性图”来描述三维零件：第二章中的图2. 3 所示的动 模镶针三维图，其对应的拓扑图如图2. 4 所示，使用我们采用的邻接列表来表示， 如下图3. 9所示。 图 3.9 动模镶针拓扑图的邻接表表示 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 26 3.2 “属性图”中的“虚面”和“虚边” 本文提到的“虚面”以及“虚边”概念，都属于“属性图”中的“虚链接” ，关 于“虚链接” ，最早由 trika.s.n.and kashyap,r.l提出42，他们对于“虚边”的定义 如下： “延伸两个面，使其相交，这样得到的边就是虚边” ，trika.s.n.and kashyap,r.l 认为产生“虚链接”的充要条件如下42： （1） 两个面并不直接相交，但可以延伸使其相交； （2） 两个面中的任意一个面均在另一个面的上半部， 或者至少是一个面的一部 分在另一个面的上半部； 采用这样的条件来判断一个三维物体是否存在虚边，是一项非常耗费时间的事 情，因此，s gao、j j shah在前面两个条件的基础上，增加了两个条件43： （3） 两 个面必须是 “非原始面” （原始面就是没有被后续操作破坏过的面） ； （4）两个面中 至少有一个面含有和其它面共有的凸公共边； 在本文中， “虚面”和“虚边”并不按照上面提到的定义方法，在本文中， “虚 面”和“虚边”仅仅是指，在三维建模过程中，因被后续操作分割成若干部分，而 不复存在的原来的面和边，这样的面和边才是我们定义的“虚面”和“虚边” 。 因此，在本文中，寻找“虚面”和“虚边”的具体方法如下，首先，遍历零件 所含有的所有实体面： 一、对于每一个面，判断在此面中是否存在“虚边” 首先，遍历此面含有的所有实体边，对每一条实体边，执行如下过程： （1） 寻找是否有其它的实体边可以和它合并成一条边，如果有，则用一个标识 代表这个合并后的“虚边” （注意，这个合并后的“虚边”并不真实存在） ，对于所 有这些可以和它合并的边，不再执行此过程； （2）如果找到“虚边” ，在此面的邻接列表里面，增加一个“弧结点” ，来表示 此“虚边” ； 其流程图 3.10 所示。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 27 图 3.10 寻找“虚边”流程图 图 3.11 可以合并的边示意图 “可合并边”需要满足以下条件： （1） 边的类型均相同 不同类型的边不可能是可合并边； （2） 这些边均在同一条直线或者曲线上 对于直边的可合并边应该在同一条直 线上、对于曲线边的可合并边来说，它们应该在同一条曲线上； 二、判断该零件内是否存在“虚面” 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 28 对于每一个实体面，执行如下过程： （1）寻找是否有其它的面可以和它合并成一个面，用一个标识代表这个合并后 的“虚面” （注意，这个合并后的“虚面”并不是真实存在的） ，对于所有可以和它 合并的面，不再执行此过程； （2）若找到“虚面” ，则在“属性图”中增加一个邻接链表，用来表示此“虚 面” ； （3）若找到“虚面” ，在第（1）步中找到的所有这些面所含有的边中，继续判 断是否存在“虚边” ，按照第一步骤中的（1） 、 （2）执行； 其流程图如图 3.12 所示。 图 3.12 判断“虚面”流程图 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 29 图 3.13 可以合并的面示意图 图 3.1 4 “虚面” 、 “虚边”示意图（1 ） 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 30 图 3.1 5 “虚面” 、 “虚边”示意图（2 ） 如图所示，图 3 . 1 5 中虚线所表示的结点和弧即表示虚链接“虚面”和“虚 边” ，面 2 和面 4 由于被后续的圆弧面 3 所分割，因此，将面 2 和面 4 合并成为一个 “虚面”面 9 ，合并之后，随之而来的，是增加“虚边” ，合并后的面 9 与原来 的面 1 、面 5 、面 7 、面 8 这四个面，有公共边，因此，在“属性图”中相应的增加 四条“虚边” 。 3.3 “凸边” 、 “凹边”判断 有关“凸边” 、 “凹边”的定义如下1： （1） “凹边”是指该边所在的两个相交面，在该边所在处的法向的夹角小于 180 ； （2） “凸边”是指该边所在的两个相交面，在该边所在处的法向的夹角小于 180 ； 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 31 图 3. 14 “凸边” 、 “凹边”判断 基于上述对“凸边” 、 “凹边”的定义，我们对于“凸边” 、 “凹边”的判断算法 如下17：假设两个相交面分别为 a、b 面，公共交线为 e。该算法流程图如图 3.15 所示。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 32 在a、b面的公共 交线e上取一点d 计算面a在点d处 的法向矢量v法a 计算交线e在d点 的切向矢量ve 计算面b在点d处的 法向矢量v法b 计算v法a与ve的叉 乘，得一矢量v 计算v法b与ve的 叉乘，得一矢量v 将点d沿v法a多 次平移一小段 距离，向面a 投影，判断是 否能投影成功 将点d沿v法b多 次平移一小段 距离，向面b 投影，判断是 否能投影成功 v切a为vv切a为- vv切b为vv切b为- v 是 否 是 否 得到v切得到切 求切与切的和矢量和 根据切与和计算时针判断矢量时 根据时计算切与切的角度 边为“凸”边边为“凹”边 角度大于180 角度小于 180 图 3.1 5 判断边的“凹”、“凸”性流程图1 详细步骤如下1： 在两个面的公共交线 e 上任取一点 d，那么根据初等几何知识可知点 d 也位 于 a、b 这两个面上； 分别计算公共交线 e 在点 d 处的切向矢量 ve，以及面 a、b 在点 d 处的法向 矢量 v法a、v法b； 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 33 对线的切向矢量 ve与面 a 的法向矢量 va进行叉乘，得到面的一个切向矢量 v； 将点 d 沿着切向矢量 v 移动一个不断递增的微小距离 d，并依次沿着法向 v 法a向面 a 投影，如果投影成功，则切向矢量 v 为 a 的切向矢量 v切a；否则以 v 的 反向为 a 的切向矢量 v切a；此步骤对于该算法的准确性起决定性作用； 对面 b 重复步骤和步骤，从而得到面 b 的切向矢量 v切b； 对得到的切向矢量 v切a和 v切b进行矢量相加，从而得到和矢量 v和； 对矢量 v切a和 v和进行矢量叉乘，从而得到可以判定角度时针方向的矢量 v 时； 以矢量 v时为顺、 逆时针的判别方向， 计算矢量 v切a与矢量 v切b之间的角度： 若角度值大于 180 ，面与面之间的关系判定为“ 凸” ；否则，为“ 凹” 。 3.4 “严格圆柱面或圆锥面”编号 在本文里，对于严格的圆柱面或圆锥面，按照其相对位置关系进行编号，编号 示意图如下： 图 3.1 6 严格圆柱面或圆锥面编号 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 34 3.5 面中的边所在的轮廓的编号 图 3.17 面中的边所在的轮廓的编号 通常，一个面中含有多个轮廓，在此，我们按照每一个轮廓的最低点坐标值的 大小来对各个轮廓进行编号，编号情况如图 3. 17 所示。 3.6 “图”的广度优先搜索 “图”的遍历搜索有两种方法44： 1) 深度优先搜索 在“图”中，如果以顶点 v 出发，访问此顶点，然后依次从 v 的未被访问的邻接点出发，深度优先遍历图，直至图中所有和 v 有路径相通的 顶点都被访问到；若此时图中尚有顶点未被访问，则另选图中一个未曾被访问的 顶点作起始点，重复上述过程，直至图中所有顶点都被访问到为止。 2) 广度优先搜索 假设从图中某顶点 v 出发，在访问了 v 之后，依次访问 v 的 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 35 各个未曾访问过的邻接点，然后分别从这些邻接点出发依次访问它们的邻接点， 并使“先被访问的顶点的邻接点”优先于“后被访问的顶点的邻接点”被访问， 直至图中所有已被访问的顶点的邻接点都被访问到；若此时尚有顶点未被访问， 则另选图中一个未曽被访问的顶点做起始点，重复上述过程，直至图中所有顶点 都被访问到为止。 在本文中，由于考虑到面面的邻接关系以及边边的邻接关系，所以采用广度优 先的搜索方法，现举例如下： 图 3.1 8 零件三维图 图 3.1 9 零件对应的拓扑图 若以顶点 1 为起始点，则该图的广度优先搜索顺序为： 图 3.20 图中结点的广度优先搜索顺序 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 36 注意：由于在一个顶点的多个不同邻接点之间选择究竟哪个邻接点是下一个访问点 时是完全随机的，所以“图”的广度优先搜索方案不唯一！ 3.7 三维零件的相似性匹配 因为三维零件是由面、边基本元素等组成的，所以面和边的相似性决定着三维 零件是否相似。所以，下面从面和边的相似性判断来进行分别论述： 3.7.1 面的相似性匹配 从两个物体所包含的所有面中,找出 z 坐标值最小的平面，然后以这个面作为起 始点，开始进行匹配，第一个平面匹配结束后，无论是否找到与其相似的面，按照 广度优先的顺序，搜索前一个面的邻接面进行匹配， （匹配时，如果零件中存在“虚 面” ， “虚面”的匹配优先级要高于实体面，即，要优先遍历“虚面”来进行匹配过 程） ，这个面匹配结束后，再按照广度优先的顺序搜索下一个面进行匹配，如此重复， 直到零件中所有的面都匹配过。 面的相似性判断条件有： （1） 该面是否虚面 如果零件中存在“虚面” ，要优先遍历虚面进行匹；要 等到零件中的所有“虚面”全部遍历过了，再来遍历实体面进行匹配。 （2） 是否已经匹配过 如果该面已经匹配过了，则不再进行匹配过程； （3） 面的类型 两个面的类型是否相同，只有类型相同的两个面才进行后 续的匹配过程，两个不同类型的面不可能是“相似面” 。 （4） 面的方向 两个面的方向是否相同，即使是相同类型的两个面，如果方 向不同，也不可能是“相似面” ； （5） 面的类型是否为严格圆柱面或圆锥面 因为严格圆柱面或圆锥面的匹配 要求与平面不一样，所以，在这里，区分出来，单独考虑。 （6） 严格圆柱面或圆锥面的编号 此编号用以区分方向相同，但相对位置不 同的圆柱面或圆锥面。 （7） 外轮廓边是否都相似 判断两个面是否相似，除了以上的条件，还有一 个最重要的就是它们的外轮廓边是否都相似；例如，两个面除了满足以上提到的各 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 37 项条件，还满足外轮廓边都相似，那么，可以认定，这两个面“相似” ，如图 3. 10 所 示。 图 3.21 外轮廓边都相似即可判断两个面相似 在图 3. 10 中，左右两个零件的上表面含有不同的内轮廓边数量，尽管其内轮廓 边并不是全部相似，但是，其外轮廓边却全部相似，因此，可以认定，这两个面相 似，而且，这样的判断准则也合乎情理。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 38 图 3.22 面的相似性匹配流程图 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 39 图 3.2 3 找到 z 坐标值最小的平面 对于每一个面中的所有边来说，从所有这些边中，找到具有最小坐标值且最小 斜率的边，作为起始边，开始进行匹配，第一条边匹配结束后，无论是否找到与其 相似的边，按照广度优先的顺序，搜索前一条边的邻接边，进行匹配， （匹配时，如 果面中存在“虚边” ， “虚边”的匹配优先级要高于实体边，即，要优先遍历“虚边” 来进行匹配过程） ，这条边匹配结束后，再按照广度优先的顺序搜索下一条边进行匹 配，如此重复，直到面中所有的边都匹配过。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 40 图 3.24 面中边的匹配顺序示意图 因此图中边的匹配顺序为：边 1、边 2、边 3、边 4、边 5、边 6、边 7、边 8 图 3.25 面中边的匹配顺序 3.7.2 边的相似性匹配 边的相似性判定条件有以下几个： （1） 该边是否“虚边” “虚边”的优先级要高于实体边，如果存在“虚边” ， 则优先遍历“虚边”进行匹配，等到所有的“虚边”匹配过后，再遍历实体边进行 匹配； （2） 该边是否匹配过 如果该边已经匹配过，则不再对该边进行匹配； （3） 边的类型是否相同 如果两条边的类型不相同，那么这两条边是不可能相 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 41 似的； （4） 边的方向是否相同 两条不同方向的边，即使它们拥有相同的类型，这两 条边是不可能“相似的” ； （5） 两条边的邻接面类型是否相同 如果两条边的邻接面是不相同的类型，则 这两条边也是不“相似”的； （6） 两条边的邻接面是否为严格圆柱面或圆锥面 如果边的邻接面是否为严格 圆柱面或圆锥面，则需要比较严格圆柱面或圆锥面的编号； （7） 两条边的邻接面是否为严格圆柱面或圆锥面的编号是否相同 用以区分仅 仅是相对位置不同，而其它参数均相同的边； （8） 两条边所在的轮廓编号是否相同 用以区分其它参数都相同，而仅仅是处 于不同轮廓中的边；边匹配过程的流程图如图 3. 26 所示。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 42 图 3.26 边的相似性匹配流程图 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 43 3.8 相似度系数 在对零件中面和边的匹配之后，记录匹配相似的面的数量和相似三维边的数量， 就可以计算相似度系数，相似度系数是衡量两个三维模型时间的相似程度的计量单 位，用百分数表示。 在本文中，把相似度系数定义如下：两个三维零件匹配后，匹配到的面的数量 和边的数量占这两个三维零件总共具有的面和边的数量的比重，用百分比表示。 按照上述定义，相似度系数的计算公式如下： 2 * sf2 * se similarity = * fv1+fs1+fv2+fs2ev1+es1+ev2+es2 式中各个参数解释如下： 1) fs1 为欲标注零件中共有实体面个数； 2) fv1 为欲标注零件中共有“虚面”个数； 3) es1 为欲标注零件中共有实体边条数； 4) ev1 为欲标注零件中共有“虚边”条数； 5) fs2 为模板零件中中共有实体面个数； 6) fv2 为模板零件中中共有“虚面”个数； 7) es2 为模板零件中中共有实体边条数； 8) ev2 为模板零件中中共有“虚边”条数； 9) sf为匹配过后，匹配到的“相似”的面（包括实体面和“虚面” ）的对数； 10) se 为匹配过后，匹配到的“相似”的边（包括实体边和“虚边” ）的对数； 3.9 本章小结 本章详细介绍了在零件二维工程图纸自动标注过程中涉及到的关键算法以及实 现，这些关键算法主要有：三维零件的“属性图”表示、 “虚面”以及“虚边”判断、 “凸边”以及“凹边”判断、严格圆柱面或圆锥面编号、图中的边所在轮廓的编号、 “图”的广度优先搜索、相似度系数计算等等。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 44 4 应用实例 4.1 完全相同的零件 图 4.1 功能界面 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 45 图 4.1 模板零件 图 4.2 欲标注零件 经过本功能模块的计算，上述两个零件的相似度为: 1 0 0 . 0 0 % 图 4.3 模板图纸 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 46 图 4.4 标题栏与图框模板 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 47 图 4.5 自动输出的图纸 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 48 4.2 部分相同的零件 图 4.6 功能界面 图 4.7 欲标注零件 图 4.8 模板零件 经过本功能模块的计算，上述两个零件的相似度为: 8 2 . 2 5 % 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 49 图 4.9 模板图纸 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 50 图 4.9 标题栏与图框模板 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 51 图 4.8 自动输出的图纸 4.3 本章小结 本章分别从完全相同的零件和仅仅部分相同的零件为例，阐明本功能模块的应用。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 52 5 总结与展望 5.1 本文总结 本文在分析了二维工程图自动生成以及三维模型检索技术的发展现状后，提出 了基于模板匹配实现模具零件二维工程图的自动生成的方法。在此基础上，作者开 发了相应的软件功能模块。在模具零件二维工程图自动生成方法研究和软件开发中， 作者完成的工作包括： 1) 作者通过深入实际调查发现，虽然计算机的应用在模具行业已经相当普及，众多 的模具企业都应用了计算机绘图，而且三维设计已成为模具 cad 的重要发展趋 势。但是，二维工程图纸由于其应用历史长、三维设计尚不普及等原因，当前仍 然是广泛应用的表达技术信息的手段。 许多模具公司都采用二维工程图纸来保存 设计资料，二维工程图纸尚未失去其应用价值。对模具零件二维工程图的尺寸标 注所花费的时间，往往要占到模具设计时间的 50%左右，因此研究模具零件的二 维工程图的自动生成对于实际应用仍然具有重要的意义。 2) 本文采用基于模板的方法生成零件二维工程图， 在实现方法上的关键就是将欲标 注零件的三维模型转换为“属性图”的表达形式。 “属性图”的存储采用了邻接 表的结构表示， “属性图”中的头结点与表节点包含了特定的“属性”信息，构 成了判断面相似和边相似的必要条件。 3) 在应用模板时，采用了面的广度优先搜索方法和边的广度优先所搜方法，将欲标 注零件的“属性图”与数据库中模板零件的“属性图”进行相似性匹配，从而可 得到“相似度系数最高”的模板零件。 4) 根据“最相似”的模板零件的图纸布局以及标注信息，可对新零件进行二维工程 图纸各个视图的添加，完成尺寸的自动标注和辅助信息的添加，实现二维模具工 程图的自动生成。首先，按照模板零件中的图纸尺寸，并根据新零件与模板零件 的尺寸比例关系，自动确定新零件的图纸尺寸。然后，按照模板零件各个视图的 信息，将对应的视图添加于新零件。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 53 5) 对二维模具图添加中心线时，用 u g n x 4 . 0软件手工添加视图时各类中心线是可 以自动产生的，而在使用 u g o p e n a p i 进行二次开发的程序添加视图时，中心线 则不能自动添加，为此开发了相应的函数来实现。在开发此程序时考虑到有些尺 寸是标注在中心线上的，因此具有中心线的匹配功能，即记录与尺寸标注相对应 的中心线，以便于其后的尺寸标注。 6) 作者在上述研究的基础上，开发了模具零件二维工程图的自动生成软件，并对该 软件进行了大量的测试工作。测试结果表明，此二维工程图的自动生成软件运行 稳定可靠，对绝大部分零件都是适用的，经过进一步的改进后将有望实际应用。 5.2 展望 测试和使用的结果表明，本文开发的模具零件二维工程图自动生成软件，对于 绝大部分主要由平面组成的零件具有良好的效果。但是，为了完全解决模具零件二 维工程图自动生成的问题，还需要在以下两方面进一步开展研究： 1) 对于主要由曲面构成的零件，应用效果不太好的根本原因在于曲面的“相似性” 不易判断，即两个曲面怎样才可认定为“相似” ，为此需要进一步研究曲面特征 的相似性问题。 2) 目前，在添加尺寸信息时，有时会出现位置不合适的情况，还需要人工做一些部 分调整，在这方面也需进一步改进。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 54 致 谢 在本人攻读硕士学位期间，导师李志刚教授给予我很多无微不至的指导与关心， 从李老师的言谈举止中，我深刻体会到了什么是严谨的研究作风，无论是科研中还 是生活中再或者是为人处世中，李老师都给我树立了典范，在此，我向李老师表达 我忠心的谢意；同时，也非常感谢王华昌老师、王义林老师和王耕耘老师，感谢三 位王老师给我的关心与指导；还要感谢已经毕业的师兄王春风以及章书函，谢谢他 们给予的帮助；最后，感谢和我同一课题组的马丽娟、李杰、邹锦辉、王小梅、袁 旭、潘隽永、李鹏飞、甘瞾等同学，虽然我只在这里学习生活了两年的时间，但是， 这两年使我学到了很多很多东西，这些都使我受益匪浅；谢谢大家在学习与生活中 给予的关心和照顾，谢谢大家！ 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 55 参考文献 1 王春峰. 基于图匹配的模具工程图纸自动生成技术的研究d. 武汉：华中科技大 学，2008. 2 李亮. autocad 在机械 cad 系统中尺寸公差的自动标注 j . 广西机械， 1994(4)：40- 42. 3 hillyard r.c., braid i.c. analysis of dimension and tolerance in computer- aided mechanical design j. computer- aided design，1978，10(3)：95- 112. 4 yuen m.f，tan s.t， yu k m. scheme for automatic dimensioning of csg defined parts j. computer aided design，1988，20(3)：151- 159. 5 dove dori， amir pnueli. the grammar of dimension in machine drawings j. computer vision, graphics and image processing，1998，42(1)：1- 18. 6 suznki h，ando h, kimura f. geometric constrains and reasoning for geometrical cad system j. computer & graphic，1990，14(2)：211- 214. 7 n. p. juster. modeling and representation of dimension and tolerance: a survey j. computer aided design，1992，24(1)：1019- 1035. 8 路全胜，冯辛安，郭东明. 基于 b- rep 表示的机械零件工作图尺寸标注的智能化 j. 机械科学与技术，1996，2(2)：299- 303. 9 陆国栋，吴中奇，黄长林. 基于知识表达的参数化尺寸标注机理研究与实现j . 计算机学报，1996，19(4)：270- 276. 10 申闰春，刘方鑫，刘泉厚等. 基于模式匹配的参数化尺寸标注机理研究j . 计算 机辅助设计与图形学报，2000，12(1)：23- 27. 11 纪杨建，张树有，谭健容. 基于空间坐标转换模型的多视图尺寸完备性检查j . 计算机辅助设计与图形学报，2001，13(6)：561- 565. 12 刘灿涛，汪叔淳. 尺寸封闭性检验的新算法j . 计算机辅助设计与图形学学报， 1997，9(5)：467- 472. 13 张树有，卓勇. 基于逻辑坐标的多视图尺寸冗余性判别j . 工程图形学学报， 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 56 1997，(4)：66- 70. 14 m.attene，s.biasotti，m.mortara. computational methods for understanding 3d shapes j . computers & graphics，2006(30)：323- 333. 15 helen l. lockett，marin d.，et al. graph- based feature recognition for injection moulding based on a mid- surface approach j . computer- aided design，2005，37： 251- 262. 16 黄学良，陈钢，陈立平，王启富. 标注自动布局的网格化方法j . 计算机辅助设 计与图形学学报，2008，20(8)：1070- 1075. 17 张树有，谭建荣，彭群生，李月. 尺寸标注的动态编辑与自适应处理算法j，软 件学报，1998，9(5)：339- 342. 18 崔晨旸. 三维模型检索中关键技术的研究d. 杭州：浙江大学，2005. 19 paquet e，rioux m，nefertiti. a query by content software for three dimensional databases managementc. in:pro.of int i conf. on recent adances in 3- d digital imageing and modeling，ottawa，canada，1997：345- 352. 20 郑伯川. 基于内容的 3d 模型检索技术研究d. 杭州：浙江大学，2004. 21 paquet e,rioux m ，a content- based search engine for vrml databsec，in： proceedings of ieee computer socirty conference on computer vision and pattern recgnition. santa barbara，california，usa，1998：541- 546. 22 paquet e，murching a， naveen t，et al. description of shape information for 2- d and 3- d objects j . signal processing: imagecommunication，2000，16：103- 122. 23 翁剑广，庄越挺，潘云鹤. 基于实例的形状不规则部件检索研究j . 计算机辅助 设计与图形学学报，2002，14(2)：120- 124. 24 潘翔，张三元，张引，叶修梓. 一种基于拓扑连接图的三维模型检索方法j . 计算机学报， ，2004，27(9)：1250- 1255. 25 liu xg，s.r.kang.sb，shumhy. direction historgram model for three dimensional shapec. in: proceedings of the 2003 ieee computer society conference on computer vision and pattern recognition (cvpr 03)，2003：1063- 1969. 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 57 26 liu y， pu. jt. etal. a robust method for shape- based 3d model retrieval. in: proceeding of 12th pacific conference on computer graphics and pplications (pg 04) ，seoul，korea，2004：3- 9. 27 t. funkhouser ， p. min， m. kazhdan. a search engine for 3d models. acm transactions on graphics，2003，(1) ：83- 105. 28 杨育彬， 林珲， 朱庆. 基于内容的三维模型检索综述j. 计算机学报， 2004， 27(10)， 1297- 1310. 29 vranic d v，saupe d. 3d shape descriptor based on 3d fourier transform. in: proceedings of the euraasip conference on digital signal processing for multimedia commuicatoins and services (ecmcs 2001)，budapest，hungary， 2001：271- 274. 30 ankerst m，kastenmuller g,，kriegel h .p.，etal. 3d shape histogram for similarity search and classification in spatial databases. in: proc.6th international symposium on spatial databases (ssd 99). hongkong. china， springer- verlag， 1999： 207- 228. 31 siddiqi k， shokoufandeh a， dickinson s， etal. shock graphs and shape matching j. international journal of computervision，1999，35(1)：13- 31. 32 shinagawa y，tosiya. constructing a reeb graph automatically from cross section j. ieee computer graphics & applications