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西北丁业大学硕七学位论文 摘要 本文主要研究基于i g e s 标准数据文件的几何图形中的特征参数提取，其机 理是按照i g e s 语义模型从i g e s 数据文件中提取图形模型的数据信息，作为数据 源对数据进行处理，获取图形所需的特征参数数据。实现图形和参数数据的统一 管理。 论文主要完成工作如下： ( 1 ) 概述国内外c a d c a m 技术发展过程，并讲述本文研究的目的和意义。 ( 2 ) 根据i g e s 标准的发展现状以及i g e s 标准的主要内容，深入研究i g e s 标准数据文件的结构，格式，拓扑关系，以及对几何信息的定义。 并在u g 软件中产生的i g e s 文件进行实例分析。 ( 3 ) 对几何造型技术进行透彻的研究，包括二维和三维几何图形的模型 的机理。其研究的目的是如何定义和储存完整的三维几何信息及如 何方便地构造各种几何形状。 ( 4 )以飞机翼型为例，先进行图形的几何造型，再对其相应的i g e s 数据 文件进行处理，由拓扑关系和几何描述提取参数数据。最后通过对 提取的参数进行验证，其结果是合理可行的。 ( 5 ) 总结本文的研究方法，指出将来研究的方向。 通过理论和实例分析，本文的特征参数的研究方法是可靠可行的。 关键词：i g e s ；特征参数；c a d ：几何造型；曲线拟合；翼型 西北工业大学硕士学位论文 a b s t i 溃c t i nt h i sp a p e r , t h ea u t h o rs t u d i e st h ea b s t r a c t i o no fc h a r a c t e r i s t i cp a r a m e t e rb a s e d o ni g e ss t a n d a r dd a t af i l e t h ed a t ai n f o r m a t i o no fg r a p h i c sm o d e li se x t r a c t e df r o m i g e ss t a n d a r dd a t af i l e a c c o r d i n gt ot h es e m a n t i cm o d e lo fi g e sf i l e t h e c h a r a o e r i s t i cp a r a m e t e ri so b t a i n e db yd e a l i n g 、j v i t l lt h ed a t ai n f o r m a t i o n s o t h e g r a p h i c sm o d e li sm a n a g e dw i t ht h eg e o m e t r yp a r a m e t e r t h em a i nc o n t a i ni sa s f o l l o w e d ： ( 1 ) t h eg c n e r a ld e v e l o p m e n tp r o c e s so fc a d c a mi sr e v i e w e d t h ep u r p o s e a n ds i g n i f i c a n c eo f t h i sa r t i c l ea r ed i s c u s s e d ( 2 ) a c c o r d i n gt ot h ed e v e l o p m e n ta n dt h em a i nc o n t e n to f t h ei g e ss t a n d a r d , t h e a u t h o rd e t a i l e d l ys t u d i e st h es t r u c t u r e ，f o r m a t , t o p o l o g i c a lr e l a t i o no ft h eg r a p h i c s ， d e f i n i t i o no fg e o m e t r yi n f o r m a t i o ne l e m e n to ft h ei g e sd a t af i l e a n da ne x a m p l eo f i g e sd a t af i l ei sg i v i n gi nu ge n v i r o n m e n t ( 3 ) t h eg e o m e t r ys c u l p t i n gi n c l u d i n gt w od i m e n s i o na n dt h r e ed i m e n s i o nm o d e l i ss t u d i e d t h em a j o rp u r p o s eo f t h er e s e a r c hi st h a th o wt od e f i n i t ea n dm e m o r i z et h e i n t e g r a t e di n f o r m a t i o na n dh o w c o n v e n i e n tt oc o n s t r u c tt h em o d e l ( 4 ) t a k i n g 锄e x a m p l eo ft h ea e r o f o i l t h eg r a p h i c so ft h ea e r o f o i li ss c u l p t e d ， t h e nt h ec o r r e s p o n d i n gi g e sd a t af i l ei sd e a l e dw i t h a tl a s tt h ep a r a m e t e ri so b t a i n e d b yc o m p a r i n gw i t ht h er e a lp a r a m e t e r , t h er e s u l ti sr a t i o n a la n dv i a b l e ( 5 ) c o n c l u s i o n sa n dr e s e a r c h i n gd i r e c t i o n so f t h ef u t u r ea r es u m m a r i z e d b ya n a l y z i n gt h et h e o r e t i c sa n dt h ee x a m p l e ，t h es t u d yo ft h ep a r a m e t e ri nt h i s p a p e r i sf e a s i b l e k e yw o r d s ：i g e s ；c h a r a c t e r i s t i cp a r a m e t e r ；c a d ；g e o m e t r ys c u l p t i n g ；c u r v ef i t ： a e r o f o i l i l l 西北工业大学业 学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间 论文工作的知识产权单位属于西北工业大学。学校有权保留并向国家有关部门或 机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学 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 等复制手段保存和汇编本学位论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课 题再撰写的文章一律注明作者单位为西北工业大学。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名：毛支刚 词年3 月i 口同 f 7 指导教师签名 q 川7 年；月，0 日 西北工业大学 学位论文原创性声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人郑重声明：所呈交的学位论文， 是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明 引用的内容和致谢的地方外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表或 撰写过的研究成果，不包含本人或其他已申请学位或其他用途使用过的成果。对 本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。 本人学位论文与资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。 学位论文作者签名 谰 东文胁) 年弓月f b 同 西北丁业大学硕t 学位论文 1 1 课题研究背景 第一章绪论 c a d 是c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ( 计算机辅助设计) 的简称。计算机辅助设计 是将人和计算机的最佳特性结合起来，辅助进行产品的设计与分析的一种技术， 是综合了计算机与工程设计方法的最新发展而形成的一门新兴学科。在飞机设计 的整个过程中，包括方案设计，初步设计，详细设计等，到最后飞机的制造，装 配都离不开c a d 技术。 2 0 世纪6 0 年代是c a d 发展的起步时期。1 9 6 2 年美国学者i v a ns u t h e r l a n d 研制出了名为s k e t c h p a d 的系统，这是一个交互式图形系统，能在屏幕上进行图 形设计与修改。从此掀起了大规模研究计算机图形学的热潮，并开始出现c a d 这一术语。其后，在1 9 6 4 年美国通用汽车公司开发了汽车前窗玻璃型线设计的 d a c l 系统。1 9 6 5 年，美国洛克希德飞机制造公司与i b m 公司联合开发了基于大 型飞机的c a d a m 系统。当时，基于c a d 技术的c a d 系统，其功能比较简单，但其 价格昂贵、技术复杂、使用烦琐，只能在汽车、飞机、国防等领域使用。 随着c a d 软件的自身发展和计算机硬件的发展，c a d 技术经历了四次技术革 命。 ( 1 ) 第一次c a d 技术革命一曲面造型系统 2 0 世纪7 0 年代，飞机和汽车工业中遇到了大量的自由曲面问题，随着法国 人提出贝赛尔算法，使人们用计算机处理由线及曲面问题变得可行，同时也使得 法国达索飞机制造公司的开发者们，能在二维绘图系统的基础上，开发出以表面 模型为特点的自由曲面建模方法，推出了三维曲面造型系统c a t i a 。它的出现， 标志着计算机辅助设计技术以单纯模仿工程图纸的三视图模式中解放出来，首次 实现以计算机完整描述产品零件的主要信息，同时也使得c a d 技术的开发有了现 实的基础。曲面造型系统c a t i a 为人类带来了第一次c a d 技术革命，改变了以往 只能借助油泥模型来近似表达曲面的落后的工作方式。 ( 2 ) 第二次c a d 技术革命一实体造型技术 第一章绪论 有了表面模型，c a m 的问题可以基本解决。但由于表面模型技术只能表达形 体的表面信息，难以准确表达零件的其它特性，如质量、重心、惯性矩等，对 c a e 十分不利，最大的问题在于分析的前处理特别困难。基于对于c a d c a e 一体 化技术发展的探索，s d r c 公司于1 9 7 9 年发布了世界上第一个完全基于实体造型 技术的大型c a d c a e 软件i d e a s 。由于实体造型技术能够精确表达零件的全 部属性，在理论上有助于统一c a d 、c a e 、c a m 的模型表达，给设计带来了惊人的 方便性。它代表着未来c a d 技术的发展方向。实体造型技术的普及应用标志着 c a d 发展史上的第二次技术革命。 ( 3 ) 第三次c a d 技术革命一参数化技术 进入8 0 年代中期，c v 公司提出了一种比无约束自由造型更新颖、更好的算 法一参数化实体造型方法，该算法主要具有以下特点：基于特征、全尺寸约束、 全数据相关、尺寸驱动设计修改。当时的参数化技术方案还处于一种发展的初级 阶段，很多技术难点有待于攻克。由于参数化技术核心算法与以往的系统有本质 差别，虽然采用参数化技术，必须将全部软件重新改写，投资及开发工作量必然 很大。但是可以认为，参数化技术的应用主导了c a d 发展史上的第三次技术革命。 ( 4 ) 第四次c a d 技术革命一变量化技术 参数化技术的成功应用，使它在9 0 年代前后几乎成为c a d 业界的标准，但 是技术理论上的认可并非意味着实践上的可行性。由于c a t i a 、c v 、u g 、e u c l i 赡 都在原来的非参数化模型基础上开发或集成了许多其它应用软件， c v 、c a t i a 、 u g 在推出自己的复合建模技术。这种把线框模型、曲面模型及实体模型叠加在 一起的复合建模技术，并非完全基于实体，。只是“主模型”技术的“雏形”，难 以全面应用参数化技术。由于参数化技术和非参数化技术内核本质不同，用参数 化技术造型后进入非参数化系统还要进行内部转换极易导致数据丢失或其它不 利条件。 从1 9 9 0 到1 9 9 3 年，s d r c 公司历经三年时间，投资一亿多美元，将软件全 部重新改写，于1 9 9 3 年推出全新体系结构的i - d e a sm a s t e rs e r i e s 软件。在早 期出现的大型c a d 软件中，这是唯一一家在9 0 年代将软件彻底重写的厂家。众 所周知，已知全参数的方程组去顺序求解比较容易。但在欠约束的情况下，方程 联立求解的数学处理和软件实现的难度是可想而知的。s d r c 攻克了这些难题， 并就此形成了一整套独特的变量化造型理论及软件开发方法。 西北工业大学硕十学位论文 变量化技术既保持了参数化技术的原有优点。同时又克服了它的不足之处。 它的成功应用为c a d 技术的发展提供了更大的空间和机遇。无疑，变量化技术成 就了s d r c ，也驱动了c a d 发展的第四次技术革命。 1 2 课题研究意义 伴随着c a d 几次飞跃性发展和计算机技术的发展，c a d 应用也越来越广泛， 各种c a d c a m 软件也是层出不穷，如侧重二维绘图的a u t o c a d 侧重曲面造型的 c a t i a ，侧重实体造型的u g ，等等。在这些软件中产品的几何模型或产品的完整 信息模型以计算机可以理解的数据类型存贮在计算机内部。几何模型和数据文件 形成一一对应的关系，这样就存在几何图形和数据文件之间的转换。几何图形可 以以特定数据格式进行保留( 如i g e s 格式，s t e p 格式) ，而几何图形在特定的 实体上往往又包含了其特有几何参数( 特征参数) 定义，如飞机机翼就包含了机 翼展长，机翼展弦比，这些特征参数在c a d c a m 软件中无法反映出来，从而导致 这些特征参数在转换过程的偏差，为数据的一体化管理带来很大麻烦。 在飞机设计过程中，飞机翼型的选择占有很重要的地位，翼型相当于飞机的 心脏，翼型影响飞机巡航速度、起飞着陆速度、失速速度、飞行品质( 特别是临 近失速时的飞行品质) 和各个飞机阶段的总的气动效率。所以在图形与数据的转 换过程中。如果飞机的翼型特征参数产生偏差的话，就会对飞机的外形，重量还 有飞行品质等都产生很大的影响。这样对飞机的设计产生很严重的后果，有时这 种后果会是灾难性的。本文就是以翼型这种最根本，最重要也是最复杂的的几何 体为研究对象，解决转换过程中的数据丢失问题。如下图1 - i ： 3 第一章绪论 图卜1 翼型的数据转换过程图 在图中，由翼型特征通过c a d 软件转换成数据文件，这种转换是一一对应的 几何特征的转换，在数据的管理和使用过程中，当再把这种翼型的数据文件转换 成翼型图形时，在翼型图形中就得不出图形的的特征参数了。 本文就是解决翼型数据文件到翼型图形的转换过程中特征参数丢失的问题。 通过对翼型图形的拟合，建立几何模型，得出几何模型的i g e s 数据文件，通过 对i g e s 数据文件的处理，反算出翼型的特征参数。 4 西北工业大学硕十学位论文 第二章数据文件简介 2 1c a d 软件介绍 在c a d 软件市场上，已形成了大型c a d c a e c a m 高端软件、普及型的三维c a d 软件、二维c a d 软件的多品种、多层次的产品。c a d 技术经过几十年的发展，先后 走过大型机、小型机、工作站、微机时代，现在工作站和微机平台c a d 软件已经 占据主导地位，并且出现了一批较优秀和流行的商品化软件。目前市场上较流行 的软件有：基于高端u ni x 工作站和中端微机的p r o e n g i n e e r ，u g ，m a s t e r c a m ， i n v e n t o r ，i d 队s ，s o l i d w o r k s ，c a t i a 等三维设计软件和低端c a d 系统的a u t o c a d 二维设计软件。这些软件从高档到低档，功能差别很大，价格也不一。下面重点 介绍几种常用软件。 ( 1 ) a u t o c a d a u t o c a d 是由美国a u t o d e s k 公司予二十世纪八十年代初为微机上应用c a d 技 术而开发的绘图程序软件包，经过不断的完善，已经在航空航天、造船、建筑、 机械、电子、化工、美工、轻纺等许多领域得到了广泛应用。a u t o c a d 属于c a d 的低端软件，由于其主要针对二维制图，上手容易，认可“用的人多，市场就多”， 默认的依靠盗版抢夺市场份额，现已成为认知度最高的c a d 软件，再加上其名字 比较取巧，在民用领域，几乎成为c a d 的代名词。 ( 2 ) u g u n i g r a p h i c s 起源于美国麦道( 姗) 公司的产品。早年运行在工作站的u n i x 系统上，受p r o e n g i n e e r 打压，1 9 9 1 年1 1 月被并购入美国通用汽车公司e d s 分 部，u n i g r a p h i c s 由其独立予公司u g s 开发，后与同样被并购入的s d r c 公司i d e a s 软件整合，推出u n i g r a p h i c s n x ，是一个高端的c a d 机械工程辅助系统，适用于航 空、航天、汽车、通用机械以及模具等的设计、分析和制造工程。u n i g r a p g i c s n x 以优越的参数化和变量化技术与传统的实体、线框和表面功能结合在一起。现在 的u n i g r a p h i c s n x 地位不是p r o e n g i n e e r 能动的了的，其唯一对手应属高高在上 的c a t i a 。 第二章数据文件简介 ( 3 ) c a t i a c a i ，r i a 是法国达索飞机公司开发的高端c a d 系统，模块众多，早年运行在工作 站的u n i x 系统下。c a t i a 软件以其强大的曲面设计功能而在飞机、汽车、轮船等 设计领域享有很高的声誉。c a t i a 的曲面造型功能体现在它提供了极丰富的造型工 具来支持用户的造型需求。比如其特有的高次b e z i e r 曲线曲面功能，次数能达到 1 5 ，能满足特殊行业对曲面光滑性的苛刻要求。c a t i a 市场稳健，其功能的强大应 该说是任何一个三维c a d 系统软件所不能比的。 ( 4 ) p r o e n g i n e e r p r o e n g i n e e r 是美国参数技术公司( 简称p t c ，主要成员来自c v 公司) 的产 品，于1 9 8 8 年问世。p r o e n g i n e e r 具有先进的参数化设计、集于特征设计的实体 造型和便于移植设计思想的特点，该软件符合工程技术人员的机械设计思想。 p r o e n g i n e e r 有二十多个模块供用户选择，故能将整个设计和生产过程集成在一 起。在最近几年p r o e 已成为三维机械设计领域里最富有魅力的软件，在模具工 厂得到非常广泛的应用。但软件操作烦琐。上手不易。 ( 5 ) s o l i d w o r k s s o l i d w o r k s 起步较晚，可以利用更先进的技术开发软件，因此s o l i d w o r k s 整个系统框架设计严谨、接口全面、界面人性化。1 9 9 3 年p t c 公司的技术副总裁 与c v 公司的副总裁成立s o l i d w o r k s 公司，s o l i d w o r k s 是1 9 9 5 年1 1 月研制开发 而成的，是当时第一个完整基于w i n d o w s 平台的全参数化特征造型的c a d 系统， 由于s o l i d w o r k s 出色的技术和市场表现，终于在1 9 9 7 年由法国达索公司以三亿 一千万的高额市值将s o l i d w o r k s 全值并购，公司由原来的股东以一千三百万美元 的风险投资，获得了高额的回报，创造了c a d 行业的世界纪录。s o l i d w o r k s 是全 世界市场占有率第一的三维c a d 系统，富有技术创新的软件系统，已经成为三维 机械设计软件的标准。 2 2 数据文件简介 以上软件各有特点，为了支持不同c a d 系统间数据交换和与特定应用系统的 连接，以充分发挥不同软件的自身优势，实现取长补短、优势叠加，要求c a d 软 件应支持多种数据转换格式，三维数据格式主要有s t e p 、i g e s 、v r m l 、s t l 、三维 6 西北工业大学硕士学位论文 的d w g 等，二维的数据格式有d w g 、d x f ，图像文件格式有b m p 、j p e g 、g i f 、p n g 等。 其中s t e p 是一个关于产品数据的计算机可理解的表示和国际交换标准，能够 描述产品整个生命周期中的产品数据，这种产品数据的表达和交换，构成了s t e p 标准，s t e p 把产品信息的表达和用于数据交换的实现方法区分开来。 v r m l 是一种支持在浏览器上显示的数据格式。它用来描述三维物体及其行为， 可以集成文本、图像、音响、m p e g 影像等多种媒体类型。还可以内嵌用j a v a 等语 言编写的程序代码。v r m l 的目标是建立因特网上的交互式三维多媒体，基本特征 包括分布式、三维、交互性、多媒体集成、境界逼真性等。 s t l 属三维实体网络数据格式，是一种与快速成型设备相连接的数据格式。 d w g 文件是a u t o c a d 生成的一种图形文件，它是一种二迸制文件，文件格式不 公开，普通用户无法直接读取其内容，但其有着广泛的应用，据统计，世界上存 七成左右的图纸是d w g 格式的。 善d x f 文件为a u t o c a d 系统的图形交换文件，d x f 文件是a u t o d e s k 公司为方便 d w g 文件和其他c a d 软件交换数据而定义的一种文件格式。它虽然不是标准，但由 于瑟u t o c a d 系统的d w g 文件的普遍使用，使得d x f 成为事实上的数据交换标准。 d x e 是具有专门格式的a s c i i 码文本文件，它易于被其他程序处理，主要用于实现 高级语言编写的程序与a u t o c a d 系统的连接，或其他c a d 系统与a u t o c a d 系统交 换图形文件。 i g e s 文件是在美国国家标准局的倡导下，由美国国家标准协会( a n s i ) 组织、 波音公司、通用电气公司等共同商议制定的数据交换标准，用来在不同c a d 系统 之间进行数据交换，i g e s 文件分为a s c i i 格式和二进制格式，其中a s c i i 格式又 分为固定行长( 每行8 0 个字符) 格式和压缩格式两种，常用的c a d c a m 系统，如 上面介绍的i j g 、p r o e 、c a t i a 等都支持固定行长格式的i g e s 文件。 由于i g e s 文件是一种中性文件，主要用于c a j ) 系统之间的数据交换，i g e s 被 许多c d ) c a d v l 系统接受，成为应用最广泛的数据交换标准。制订i g e s 标准的目的 就是建立一种信息结构用来产品定义数据的数字化表示和通信，以及在不同的 c 黼蝴系统间以兼容的方式交换产品定义数据。 本文就是利用i g e s 的这种格式的在c 盎d c 姗系统中应用的广泛性，对飞机翼 7 第一二章数据文件简介 型的数据转换过程中的问题进行研究。下章详细介绍i g e s 数据文件。 8 西北工业大学硕上学位论文 第三章i g e s 文件概述 3 1i g e s 的功能 随着c a d c a m 技术的广泛应用，产品的几何模型或产品的完整信息模型以 计算机可以理解的数据结构存贮在计算机内部。企业间、企业内部不同的职能部 门问经常需要进行产品信息的交换，由于c a d c a m 系统的不同，产品模型在计 算机内部的表达也不相同，直接影响到设计和制造部门和企业间的产品信息的交 换和流动，导致了产品数据交换标准的制订。1 9 8 0 年，由美国国家标准局( n b s ) 主持成立了由波音公司和通用电气公司参加的技术委员会，制订了基本图形交换 规范i g e s ( i n i t i a lg r a p h i c se x c h a n g es p e c i f i c a t i o n ) ，并于1 9 8 1 年正式成为美国 的国家标准。 最初开发i g e s 是为了能在计算机绘图绘图系统的数据库上进行数据交换。 i g e s 开发吸取的思想主要来自波音公司的c a d c a m 集成信息网和通用电气公 司的中性数据库。i g e s 草案( 1 g e s1 0 ) 于1 9 8 0 年1 月发表，最初范围仅限于工 程图纸所需的典型几何、图形和标注元素( e n t i t y ) 。1 9 8 0 年春季，美国国家标准 协会( a n s i ) 经表决，接受i g e s 作为产品数据交换标准的一部分，于1 9 8 1 年1 月发表。与此同时，一个旨在维护i g e s 标准的委员会成立，致力于i g e s 的发展 和应用。 i g e s 作为a n s i 标准发表以后，i g e s 委员会把注意力放在扩展i g e s 到其他 新的领域，为此设立了一些委员会研究新增的应用领域。1 9 8 2 年，i g e s2 0 版本 发表，包括了电子和有限元两个委员会完成的工作。1 9 8 6 年i g e s3 0 发表，包括 了工厂规划和建筑结构工程两个委员会的工作。在几何表示方面，i g e s3 0 支持 曲面和三维线框表示，只是对i g e s1 0 有所改变，这在实际的c a d 系统数据交 换中是不够的，因为c a d 数据很大部分以实体形式出现。i g e s 在c a m - - i 的协 助下开发出实体模型数据的实验规范e s p ( e x p e r i m e n t a ls o l i d sp r o p o s a l ) 。e s p 能处理边界表面模型、c s g 模型和装配体，其中的c s g 部分成功地用于福特汽车 公司的p a d l - 2 系统、通用汽车公司的g m s o l i d 和通用电气公司的t r u c e 系统 9 第三章i g e s 文件概述 之间的数据交换。1 9 8 8 年6 月发表的i g e s4 0 包括了c s g 模型，而实体的边界 模型则包含在i g e s 以后的版本中。 从1 9 8 1 年的i g e s1 0 版本到1 9 9 1 年的i g e s5 1 版本，和最近的i g e s5 3 版本，i g e s 逐渐成熟，日益丰富，覆盖了c a d c a m 数据交换的越来越多的应 用领域。作为较早颁布的标准，i g e s 被许多c a d c a m 系统接受，成为应用最 广泛的数据交换标准。制订i g e s 标准的目的就是建立一种信息结构用来产品定 义数据的数字化表示和通信，以及在不同的c a d c a m 系统间以兼容的方式交 换产品定义数据。 3 2 i g e s 文件结构 i g e s 文件的基本单元是实体，实体又分为几何实体和非几何实体。几何实 体表达物理形状的定义，包括点、线、圆弧、曲面等，非几何实体用特性或特 征进一步充实几何实体，如标注、尺寸标准等。 i g e s 文件有三种文件：a s c i i 码、压缩a s c i i 码和二进制格式，其中以a s c i i 码格式为核心，它以每行8 0 个字符定宽方式存储信息，文件为顺序文件。 i g e s 文件由五或六段组成： ( 1 ) 标志( f l a g ) 段； ( 2 ) 开始( s t a r t ) 段； ( 3 ) 全局( g l o b a l ) 段； ( 4 ) 元素索引( d i r e c t o r ye n t r y ) 段； ( 5 ) 参数数据( p a r a m t e rd a t a ) 段； ( 6 ) 结束( t e 跚i n a t e ) 段。 其中，标志段仅出现在二进制或压缩的a s c i i 文件格式中。 一个i g e s 文件可以包含任意类型、任意数量的元素，每个元素在元素索 引段和参数数据段各有一项，索引项提供了一个索引以及包含一些数据的描述 性属性；参数数据项提供了特定元素的定义。元素索引段中的每一项格式是固 定的，参数数据段的每一项是与元素有关的，不同的元素其参数数据项的格式 和长度也不同。每个元素的索引项和参数数据项通过双向指针联系在一起。 1 0 西北工业大学硕士学位论文 文件每行8 0 个字符。每段若干行，每行的第l 7 2 个字符为该段的内容； 第7 3 个字符为该段的段码；第7 4 8 0 个字符为该段每行的序号。段码是这样 规定的：字符“b ”或“c ”表示标志段；“s ”表示开始段；“g ”表示全局段； “d ”表示元素索引段；“p ”表示参数数据段；“t ”表示结束段。 1 开始段( s t a r ts e c t i o n ) 文件开始段是可供人阅读的有关该文件的一些前言性质的说明。在第1 7 2 列上可以写入任何的内容的a s c i i 码字符。一个开始段例子如下： 表3 - 1a s c i i 码的i g e s 开始段的格式 内容1 7 2 列i序号7 3 - 8 0 这罩是一些可被人读懂得数据的序言信息，它 s 0 0 0 0 0 0 1 可以为任意多行，但这些信息必须写在l - 7 2 列位 s 0 0 0 0 0 0 2 置上s 0 0 0 0 0 0 3 s 0 0 0 0 0 0 n 2 全局段( g l o b a ls e c t i o n ) 文件的全局段包含由前置处理器写入、后置处理器处理的该文件所需的信 息。它描述了i g e s 文件在使用的参数分隔符、记录分隔符、文件名、i g e s 版 本、直线颜色、单位、建立该文件的时间、作者等信息。详细说明见下表： 表3 - 2i g e s 全局段内容 索引类型描述 l 字符串 参数分隔符。( 缺省为逗号) 2 字符串参数分隔符( 缺省为分号) 3 字符串发送系统产品i d 4 字符串文件名 5 字符串系统i d 6 字符串前置处理器版本 7 整数整数的二进制表示位数 8 整数发送系统单精度浮点数十进制最大幂次 9 整数发送系统单精度浮点数有效位数 1 0 整数发送系统双精度浮点数十进制最大幂次 第三章i g e s 文件概述 1 1整数发送系统双精度浮点数有效位数 1 2 字符串接受系统产品i d 1 3 实数模型空间比例 1 4 整数单位标志 1 5 字符串单位 1 6 整数直线线宽的最大等级 1 7 实数最大直线线宽 1 8 字符串交换文件生成的日期和时间，格式 1 3 h 1 f y 姗d d h h n n s s ，其中 1 3 表示字符串长度，“h ”表示字符串， 1 y 年数的未两位 删小时( 0 0 - 2 3 ) m m 月( 0 1 - 1 2 ) n n 分钟( 0 0 - 5 9 ) d d 日( o l 一3 1 ) s s 秒( 0 0 - 5 9 ) 1 9 实数用户设定的模型等级的最小值 2 0 实数模型的近似最大坐标值 2 1 字符串作者名 2 2 字符串作者单位 2 3整数对应于创建本文件的i g e s 标准版本号的整数 2 4 整数绘图标准 2 5 字符串 创建或最近修改模型的日期和时间 3 元素索引段( d i r e c t i o ne n t r ys e c t i o n ) 该段代码为d ，文中的每个实体在目录条目段都有一个目录条目。每个实 体的目录条目都有固定大小，即8 个字符组成一个域，共2 0 个域，每个条目 占用两个连续的8 0 个字符的行。在每个域中数据都是右对齐的，目录条目段 的目的是为文件提供一个索引，并含每个实体的属性信息。目录条目段包括2 0 个域，各域的作用见下表3 - 3 。 西北工业大学硕十学位论文 表3 - 3a s c i i 码的i g e s 元素索引段格式 域编号域类型 。 说明 1#实体类型( 如1 1 0 ，1 0 0 ，1 2 6 等) 2p 参数指针( 指向实体对应得参数行首行) 3# p结构( 或版本号) 4# 。p 线形模式，卜实线，2 一虚线，3 一双点线，4 一中心 线 5 # p 层序数( 按各层出现的先后次序计之) 6# p视图指针 7p变换矩阵指针 8p 标号显示相关性 9# 状态数：格式为“a a b b c c d d ” 1 0 d ( 序数)目录条目段的行序数，指明该实体在目录条目段 中的位置 l l#实体类型 1 2#线宽数：线宽= ( g l o b a l 参数1 7 g l o b a l 参数 1 6 ) * g l o b a l 参数1 2 1 3# 。p笔号或颜色代号( 0 一缺省，卜b l a c k ，2 - r e d ， 3 - g r e e n ) 1 4 # 参数行计数器( 表明该实体在参数段中占有的行 数) 1 5#实体格式号( 同一实体内不同类别的分类号) 1 6x 未用( 保留) 1 7x 未用( 保留) 1 8t e x t实体标记符( a u t o c a d 部分支持) 1 9# 与标记符相对应的下标 2 0 d ( 序数)目录条目段的序数 注：# 一整数| 一指针# ，p 一整数或指针0 ，p 一零或指针 对域编号说明如下： ( 1 ) 元素类型号； ( 2 ) 参数指针，说明该元素的参数在参数数据段的开始行号； ( 3 ) 版本，说明采用的i g e s 版本号； ( 4 ) 线型，i g e s 文件中的线型用整数表示，所提供的线型如下： 第三章i g e s 空件概述 1 ：s o l i d ( 实线) 2 ：d a s h e d ( 虚线) 3 ：p h a n t o m ( 剖面线) 4 ：c e n t e r ( 中心线) 其它线型，需在文件中自行定义； ( 5 ) 图层，存放图层名或它的指针； ( 6 ) 视图，存放视图指针； ( 7 ) 变换矩阵，此项为块插入时相应的变换矩阵的索引在索引段的开始行号： ( 8 ) 标号显示； ( 9 ) 状态号，从左到右，每两个字符含义如下： 第1 ，2 个字符：存在的状态； 第3 ，4 个字符：相关性； 第5 ，6 个字符：形成特征； 第7 ，8 个字符：体系特征。 ( 1 0 ) 段码和序号； ( 1 1 ) 元素类型号，同第一项： ( 1 2 ) 直线的权号； ( 1 3 ) 颜色号，i g e s 文件中颜色号定义如下： 1 ：b l a c k 黑 2 ：r e d 红 3 - g r e e n 绿 4 ：b l u e 蓝 5 ：y e l l o w 黄 6 ：m a g e n t a 深红 7 ：c y a n 青 8 ：w h i t e 白 ( 1 4 ) 参数记录数，元素的参数在参数数据段中的行数； ( 1 5 ) 形式号，细分元素为不同的形式。不同元素其形式号的含义也不同； ( 1 6 ) 留作将来使用； 1 4 西北工业大学碗士学位论文 ( 1 7 ) 留作将来使用； ( 1 8 ) 元素标号； ( 1 9 ) 元素下标号： ( 2 0 ) 段码和序号，序号等于第1 0 项的序号加l ： 4 参数数据段( p a r a m e t e rd a t as e c t i o n ) 该段记录了每个元素的几何数据，其格式是不固定的。根据每个元素参数 数据的多少，决定它在参数数据段中有几行。格式如下图所示，其中d e 为该 元素在元素索引段中的元素索引的开始行号。 表3 - 4a s c i i 码的i g e s 参数数据段格式 1 - 6 46 56 6 7 27 3 8 0 元素类型号和由参数分隔符分空白d e 指针 p 0 0 0 0 0 0 1 隔的参数列 参数列的结束有记录分隔符表 空白d e 指针p 0 0 0 0 0 0 2 示 5 结束段( t e r m i n a t es e c t i o n ) 结束段只有一行，在前3 2 个字符里，分别用8 个字符记录了开始段、全 局段、元素索引段和参数数据段的段码和每段的总行数。第3 3 7 2 个字符没有 用到。最后8 个字符为结束段的段码和行数。 3 3i g e s 元素说明 允许在c a d c a m 系统之间进行产品数据交换的文件结构至少要支持产品 的几何数据、标注和数据组织方式的通信。i g e s 标准定义的文件格式将产品数 据看作元素( e n t i t y ) 的文件。每个元素是以一种独立于应用的，特定的c a d c a m 系统内部产品数据格式可以映射的格式来表示。i g e s 作为一种逐渐成熟的标准， 在i g e s 中包含的元素类型始终同步于c a d c a m 技术的发展。 在i g e s 数据交换文件中表示信息的基本单位就是元素，每种元素都有唯一 的元素类型号与之对应。元素类型号0 0 0 0 到0 5 9 9 和0 7 0 0 到5 0 0 0 由i g e s 标准 本身使用；元素类型号0 6 0 0 到0 6 9 9 和1 0 0 0 0 到9 9 9 9 9 作为宏元素。需要注意 第三章i g e s 文件概述 的是，元素类型号目前并没有被全部使用，有些号码是空的，不对应任何元素。 一些元素包含有形式( f o r m ) 号作为一个属性，用来在固定的一个类型中进一 步定义或细分一个元素。元素集中还包含一些用来表示元素之间相关性和元素 性质的特殊元素。相关性元素提供了在元素间建立联系，以及这种联系所代表 的含义的一种机制；特性元素允许指定一个元素或一些元素特殊的性质，如线 宽。 在i g e s 标准中定义了五类元素：曲线和曲面几何元素、构造实体几何c s g 元素、边界b r e p 实体元素、标注元素和结构元素。元素类型号1 0 0 到1 9 9 一 般保留为几何元素的类型号。 1 曲线和曲面几何元素 在i g e s 标准中定义了如下的曲线和曲面几何元素： 1 0 0 圆弧( c i r c u l a ra r c ) 1 0 2 组合曲线( c o m p o s i t ec u r v e ) 1 0 4 二次曲线( c o m ea r c ) 1 0 6 数据集( c o p m u sd a m ) 1 0 8 平面( p l a n e ) 1 1 0 直线( l m e ) 1 1 2 参数样条曲线( p a r a m e t r i cs p l i n ec u r v e ) 1 1 4 参数样条曲面( p a r a m e t r i cs p l i n es u r f a c e ) 1 1 6 点( p o i n t ) 11 8 直纹面( r u i e ds u r f a c e ) 1 2 0 旋转面( s u r f a c eo f r e v o l u t i o n ) 1 2 2 列表柱面( t a b u l a t e dc y l i n d e r ) 1 2 4 变换矩阵( t r a n s f o r m a t i o nm a t r i x ) 1 2 5 几何元素显示标记( f l 嬲h ) 1 2 6 有理b 样条曲线( r a t i o n a lb s p l i n ec u r v e ) 1 2 8 有理b 样条曲面( r a t i o n a lb s p l i n es u r f a c e ) 1 3 0 等距曲线( o f f s e tc u r v e ) 1 4 0 等距曲面( o f f s e ts u r f a c e ) 1 6 西北工业大学硕士学位论文 1 4 1 边界( b o u n d a r y ) 1 4 2 参数曲面上的曲线( c u r v e o l l a p a r a m e t d c s u r f a c e ) 1 4 3 有界曲面( b o u n d e ds u r f a c e ) 1 4 4 剪裁曲面( t r i m m e dp a r a m e t r i cs u r f a c e ) 2 构造实体几何元素 i g e s 标准中c s g 体素元素如下： 1 5 0 块( b l o c k ) 1 5 2 直角楔体( p u g h ta n g u l a rw e d g e ) 1 5 4 正圆柱( r i g h tc i r c u l a rc y l i n d e r ) 1 5 6 正圆锥( r i g h tc i r c u l a rc o n ef r u s r u n ) 1 5 8 球体( s p h e r e ) 1 6 0 圆环( t o r u s ) 1 6 2 旋转体( s o l i do f r e v o l u t i o n ) 1 6 4 线性拉伸体( s o l i do f l i n e a re x t r u s i o n ) 1 6 8 椭圆体( e l l i p s o i d ) 通过使用如下的元素，c s g 体素合并为更复杂的c s g 实体； 1 8 0 布尔树( b o o l e a nt r e e ) 1 8 2 选择部件( s e l e c t e dc