（计算机应用技术专业论文）语义特征造型系统中相交特征识辨机制的研究.pdf

f l f 尔渍理工人举t 举硕l ：学位论且： 语义特征造型系统孛相交特征识辨机制的矫究 摘要 特征遥受技零是蚕鸯镁遣全遘程静，楚c a d 袋装翡令羹黉鼙程礴， 它使c a d ，c a p p c a m 的舆限集成化成为可能为解决产品从设计到制造的 系列问题奠定了理论和技术基础。谢义特征造型是一种可以声明的造型 方法，它不毽糍提供定义照好豹持征诲义躲详缀撼述，弱对齄有效逮维护 逡嫠过程的夔令语义。搴蜜上，语义耱征造型系统个基本愚慧藏是在一 个特i 正模型r j 把形状信息与功能信息有枫地联系檬“起，共同构成特征的 语义。 b i d a r r a ，r 等人瑗襄了羚蔹语义弹特缝类麴谨缡描述势攒爨语义特薤造 黧系统於最终醚酶是维护特征模型的露效往。祷诬语义豹详缀擒述是由三 部分组成的：( 1 ) 特征的参数化形状：出特征形状的元素、参数和属性构 成；( 2 ) 特征的商效性条件：出各种约柬，即代数约束、尺寸约浆、语义约 袋、鞫互终溺约束缓或l ( 3 ) 建产输入数撵戆接口：囊霓嚣约裘、猿黪约寨 缀成，它祀瘸来确定该祷镊鲍方商捐缱鬣。在姆镬裳中嵌入有散佳标准往 得特征具有可调整性，提供形状继承和形状组合机制，使复合特征及自定 义特征能j ：| 三确缴成，从丽提离了系统设计效率，增强了特征造型熊力。 穗经模鼙鸯效洼缝妒怒受了摄_ | 歪模燮孛嚣套瓣姆廷必矮努会特链类中 捅述的特征语义丽进行的辩每个造型擞俸的监测过程。有效性维护的两个 熬本原则是：( 1 ) 一个被认为是有效的谶型操作应该产生一个满足所有约束 的特征模型，这样才能保诞模型中的簿个特征都体现了那一目寸刻设计者的 竣诗意嚣；2 ) 警令无效瓣造垄臻 睾嚣，臻户巍该j 叟戮震孳三麓决约素净突 的帮助。维护特征模型的荫效性卵特饺谮义的有效性是借助予使用有效性 约束来进行的，这些约束魑特征定义的部分，在创建特征和随后的造型 输段，通过捻燕这些约束怒蒋满足即约束之阊是否发生冲突来说明该特征 憝蠢有效，蔼诲多毒效馁捧突驿鳕索冷突酃是 圭l 特链稼夏幸筝霜萼l 怒熬。因 此在语义特征造型系统中，特征相互摔用起着非常熬要的作用，无论是特 征类的描述还蹙特征模型的有效性维护郡离不开特征相互作用。 针对以上分辑，本谍题通过对新搜豹语义特征模型豹分辑，参考 b i d a r r a 等鹣磷究藏栗，运羯寿敬经栎獠，礁立语义缛锰造墼审稻交特锰谈 盼尔滨理丁太学一举硕士学位论义 辨的方法，储聩于约柬解决方案，建立搪交特征谈辨钒割靛避论，维护特 筑模壅鹣鸯散性，获嚣褥舞产箍模黧瓣霹鬃餐瞧秘赫编辑往。夔予上述磅 究成果，对自主开发的计算机辅助工北造型系统( h u s t - c a i d s ) 做进一步的 改进和完善，使c a i d 的产品设计更符合工程设计人员的需要。c a i d 系统 憝强向极械产品工业造戮设诗较 牛系绞，它缡短了产品开发设计周埂，撬 离了产菇豹辫季加篷。逶邋举谋题在这方蠢酶深入研究，秀匿义特征造鍪的 必键技术和阁产c a d 软件开发提供一鬓新理论和方法，并且使c a i d 软件 系统更能面向用户的需癸，以产生巨大的经济效益和社会效益。 笑键词语义特征造鳖；特征语义：褥缝耀互作用：褶交特征浚辨 1 i - 竺垒鎏墨二查竺二兰鎏：兰兰鎏兰 t h er e s e a r c ho nin t e r a c t io nf e a t u r e r e c o g n itio nins e m a n tigf e a t u r em o d eiin g s y s t e m s a b s t r a c t f e a t u r em o d e l i n gi sp r o d u c t - o r i e n t e da n di ti sa ni m p o r t a n tm i l e s t o n eo f c a dd c v c l o p m e m ，w h i c hr e a l l yr d a i z c si n t e g r a t e dc d ，c ：a p p c a mp o s s i b i ti t i sa l s ot h et h e o r ya n dt e c h n o l o g i c a lf o u n d a t i o no fs o l v i n gp r o d u c t sp r o b l e m s s e m a n t i cf e a t u r em o d e l i n gi sad e c l a r a t i v ef e a t u r em o d e l i n ga p p r o a c ht h a tn o t o n l yp r o v i d e s aw e l l d e f i n e ds p e c i f i c a t i o no ff e a t u r e s e m a n t i c s ，b u t a l s o e f f e c t i v e l ym a i n t a i n st h i ss e m a n t i c sd u r i n gt h em o d e l i n gp r o c e s s i nf a c t ，o n eo f t h eb a s i ci d e a so ff e a t u r e - b a s e dm o d e l i n gi st h ea b i l i t yt oa s s o c i a t ef u n c t i o n a l i n f o r m a t i o nt os h a p ei n f o r m a t i o ni naf e a t u r em o d e l ，w h i c hf o r mt h es e m a n t i co f t h ef e a t u r et o g e t h e r b i d a r r a ，r r e s e a r c h e s f e a t u r es e m a n t i c s ，e g t h ed e t a i l e dd e s c r i p t i o no f f e a t u r ec l a s s ，a n dd e s c r i b e st h a tv a l i d i t ym a i n t e n a n c eo fs e m a n t i cf e a t u r em o d e l s i si t sf i n a la i m f e a t u r ec l a s ss p e c i f i c a t i o ni sc l a s s i f i e di n t ot h r e ec a t e g o r i e s ：( 1 ) s p e c i f i c a t i o n o ff e a t u r e p a r a m e t e r i z e ds h a p e t h a t e n c a p s u l a t e se l e m e n t s ， p a r a m e t e r sa n dn a t u r e so ff e a t u r es h a p e ；( 2 ) s p e c i f i c a t i o no ff e a t u r ev a l i d i t y c o n d i t i o n st h a ti n v o l v e sav a r i e t yo fc o n s t r a i n t ss u c h ，a sa l g e b r a i cc o n s t r a i n t ， d i m e n s i o nc o n s t r a i n t ，s e m a n t i cc o n s t r a i n ta n di n t e r a c t i o nc o n s t r a i n t ；f 3 ) i n t e r f a c e o fu s e r - s u p p l i e dd a t at ot h ef e a t u r em o d e lt h a td e t e r m i n e st h ea p p r o p r i a t en o r m a l p o s i t i o n sa n do r i e n t a t i o n ss u c ha sa t t a c hc o n s t r a i n ta n dg e o m e t r i cc o n s t r a i n t e m b e d d i n gv a l i d i t y c r i t e r i ai ne a c hf e a t u r ec l a s sm a k e sf e a t u r e a d j u s t a b l e ， p r o v i d et h em e c h a n i s mo fs h a p ei n h e r i t a n c ea n ds h a p ec o m p o s i t i o ni no r d e rt o a c h i e v et h eu s e r d e f i n e da n dc o m p o u n df e a t u r e s oi te n h a n c e st h ee f f i c i e n c yo f d e s i g n i n gp r o c e s sa n di m p r o v e st h ea b i l i t yo fm o d e l i n g f e a t u r em o d e lv a l i d i t ym a i n t e n a n c ei st h ep r o c e s so fm o n i t o r i n ge a c h m o d e l i n go p e r a t i o ni no r d e rt oe n s u r et h a ta l lf e a t u r e si nf e a t u r em o d e lc o n f o r m i 墼麓鋈耋二查耋三裳篓三：兰竺鎏塞 t ot h es e m a n t i c ss p e c i f i e di nt h e i rr e s p e c t i v ec l a s s e s ，t h eb a s i cp r i n c i p l e so f v a l i d i t ym a i n t e n a n c ec a nb es u m m a r i z e da sf o f l o w s ：( 1 ) am o d e l i n go p e r a t i o n ，t o b ec o n s i d e r e da sv a l i d ，s h o u l dy i e l daf e a t u r em o d e lt h a tc o n f o r m st oa l l c o n s t r a i n t s t h i se n s u r e st h a te v e r yf e a t u r ei nt h em o d e lc o n f o r m st ot h ed e s i g n e r i n t e n te x p l i c i t l ys p e c i f i e du pt ot h a tm o m e n t ( 2 ) a f t e ra ni n v a l i dm o d e l i n g o p e r a t i o n ，t h eu s e rs h o u l db ea s s i s t e di no v e r c o m i n gt h ec o n s t r a i n tv i o l a t i o n si n o r d e rt or e c o v e rm o d e lv a l i d i t ya g a i n m a i n t a i n i n gf e a t u r em o d e lv a l i d i t y , e g f e a t u r es e m a n t i cv a l i d i t yi sb ym e a n so fv a l i d i t yc o n s t r a i n t st h a ti 3t h em e m b e ri n t h ed e f i n i t i o no ff e a t u r e a tt h ec r e a t i o no faf e a t u r ea n di a t e rm o d e l i n gs t e p v a l i d i t yc h e c k i n g ，w h e t h e rt h o s ec o n s t r a i n t sa r ev a l i d ，i n d i c a t e sf e a t u r ev a l i d i t y ； m a t _ ! y 、a t j d a t i o nv i o l a t i o n s 、cg c o n t r a i n tv i o l a t i o n st t r cc a u s e db yf e a t 。i r e i n t e r a c t i o n s of e a t u r ei n t e r a c t i o n s p l a y am a j o rr o l ei ns e m a n t i cf e a t u r e m o d e l i n gs y s t e m ，e i t h e rt h es p e c i f i c a t i o no ff e a t u r ec l a s so rv a l i d i t ym a i n t e n a n c e o ff e a t u r e m o d e l t ot h ea b o v ea n a l y s i s ，t h i sp a p e ra n a l y s i st h es e m a n t i cf e a t u r em o d e l i n go f n e wg e n e r a t i o n ，c o n s u l tr e s e a r c hr e s u l t so fb i d a r r a ，e t ca n du s ev a l i d i t yc r i t e r i o n ， e s t a b l i s h r e c o g n i t i o nm e t h o d so fi n t e r s e c t i n g f e a t u r et os e m a n t i cf e a t u r e m o d e l i n g 下l l sp a p e rb a s e so nt h es o l u t i o no fr e s t r i c t i o n s e tu pt h et h e o r yo f i n t e r s e c t i n gf e a t u r er e c o g n i t i o nm e c h a n i s m ，m a i n t a i nv a l i d i t yo ff e a t u r em o d e l ， t h u st om a k ep r o d u c tm o d e le d i t i n ge a s i e r , b a s e do nr e s e a r c hr e s u l t s ，w ed o f u r t h e ri m p r o v e m e n ta n dp e r f e c t i o nt ot h eo w n e r c o p y r i g h ti n d u s t r y m o d e l i n g s y s t e m ( h u s t - c a i d s ) t h a ti sd e v e l o p e di n d e p e n d e n t l y , m a k et h ep r o d u c td e s i g n o fc a i dm e e tp r o i e c td e s i g n e r sn e e d se v e nm o r e c a i ds y s t e mf a c e st h e i n d u s t r i a ls h a p e d e s i g n i n gs o f t w a r es y s t e mo ft h ee n g i n e e r i n gp r o d u c t s ，i th a s s h o r t e n e dt h ed e s i g nc y c l eo fp r o d u c td e v e l o p m e n t ，h a v ei m p r o v e dt h ea d d e d v a l u eo f t h ep r o d u c t s t h r o u g hf u r t h e ri n v e s t i g a t i o ni nt h ea s p e c t so fs u b j e c t ，t h i s p a p e ro f f e r san e wt h e o r ya n dm e t h o df o rk e yt e c h n o l o g yo ft h es e m a n t i cf e a t u r e m o d e l i n ga n dd o m e s t i cc a ds o f t w a r ed e v e l o p m e n t i tc a nm a k ec a t ds o f t w a r e s y s t e mu s e r o r i e n t e dn e e df o re n o r m o u se c o n o m i ck n e f i t sa n ds o e i a lb e n e f i t k e y w o r d s s e m a n t i cf e a t u r em o d e l i n g ；f e a t u r es e m a n t i c ；f e a t u r ei n t e r a c t i o n ； r e c o g n i t i o no fi n t e r s e c t i n gf e a t u r e i v - 第l 章绪论 1 1 本研究课题的学术背景及其理论与实际慧义 随着诗算橇集成翻造系统( c i m s ) 釉并行工程( c e ) 的发震，要求其核心 的造型技术在实体造型基础上有一个质的突破，即定义个统的产品数据模 型( 产品数字化定义) ，顺利实现c a d c a p p c a m ，p d m 等系统闯的信息提取、 交换、共事纛处理集戏。特缝造型技术缀好豹适应了这要求。特，曛造型按零 楚黼离制造全过程的，是e a d 发震魏一个重要摹程碑，为麓凌产晶献设计羚制 造中的一糸则问题奠定7 理论和技术摹础。 特征造型怒当今产品设计系统中的主簧造型方法。传统的造型技术往往与 参数纯、交羹纯菠本畜撬绥合，茭嚣麴威参数纯趱i 羹纯将餐建鏊系缓。这类系 统由于与特征辩创建历程鞠关，通常在模型修改、系统重建对导致无效特征、 特征冲突、特，谯语义发生变化以及重建效率低下等问题”“1 ”“。 基于细胞死的语义特援造型系统是b i d a f f a 等提出的新一代特德造型系统， 获死霹蒺鍪元黎这一缕凌主磷突基予缨熬嚣戆特征穰麓表示方法，逶遗特薤莰 赖豳使其特摄修改不依赖予历程树。语义特征造型系娩不仅能详细擒述定义良 好的特征的语义，而且在遗测过程中能谢效地维护特镊的语义( 特征模型有效性 绫护) 。即当执行一个造型掇作后，只有模型中所有的约束教满足，特征模型才 蠢效”“”5 。露赣是覆，蒋筑禳鍪无效愚囊子壤墼孛绞采之淹袭玺蹿突遥戏熬， 其中特征闯相溉作用是造成特征模型无效的主要原因之“”“。另外，特征 模型的有效性维护是通过约束管理器、特征几何管理嚣、相互作用管理器之洲 反复操作进行的，因此从摆驻作用管理嚣遮一夤度研究特征模型熬寿效性是非 鬻必要静。鏊予踅，选择藏谍蔻箕嚣戆燕透过对语义特征攘鍪懿分砉蓐，运焉骞 散性标准，确巍语义特征遗跫中相交特，谯的识辨方法，借助于约策解决方案， 建立相交特征的识辨机制理论，维护特授模型的有效憔，从而提高产品模型的 露壤骥佳和荔编辑健，为解决产晶默设计到肇造豹一系列阕题打下颦实豹理论 蒸鼹和技术基秣。本谦戆褒予诗算税圈形举稚c a d 领域静应用萋礴磺究豹前漆 课题，具有重鼷的理论意义和实用价值。 喻尔滨埋工丈学工学硕士学位论文 1 2 国内外文献综述 1 2 1 概述 c a d 技术从二维绘图起步，经历了三维线框、曲面和实体造型发展阶段。 实体造型技术发展到现在已经相当成熟，但是利用实体造型软件构造产品几何 模型后要对它进行设计修改却很不方便。原因是它们都是着眼于完善产品的 几何描述能力，而不是着跟于更好表达产品的完整的技术和生产管理信息，为 建立产品的集成信息模型服务。事实上，实体拼合的效率、可靠性和造型的复 杂性等方面的不足限制了c a d 技术的发展和应用 特征造型就是在这种背景。卜诞生的，它是c a d 建模方法的一个新单程碑， 它为设计人员提供了特定领域内高层次的概念设计与功能设计的能力，允许利 用与一定的设计功能或制造特性相关的较高层次的物件去表示一个工件的结 构，并体现出设计者的设计意图“”“。“。本课题通过对传统的特征造型系统进行 研究，在b i d a r r a 等人研究基于细胞元表示的语义特征模型的基础上，侧重于研 究新代语义特征模型系统的约束求解算法新理论，从而实现语义特征的有效 性、一致性。实现特征修改与历程顺序无关并应用到自主_ 丌发的计算机辅助 工业造型系统( h u s t c a i d s ) 中，使它的产品设计更符合工程设计人员的需要。 1 2 2 特征造型系统的研究现状与分析 特征技术研究萌芽于八十年代初，并于八十年代后期逢勃发展。它源于传 统的实体造型系统中产品定义的信息不完备，缺乏反映设计意图的工艺要求信 息，并且数据抽象层次较低，所涉及的高层思想交流的概念较少。由于不方便 模型修改，故不支持创造性设计。特征技术目的是要表达产品的完整技术和管 理信息，建立计算机可以理解和处理的统一模型，让特征直接体现设计者的意 图，以便产品的理解与生产组织，并且设计人员将集中于创造性构思上。它加 强了企业产品相关部门的联系，提供7c a d ，c a p p c a m 集成方法和途径。这 些将有利于推动行业产品设计、设计工艺方法的规范化、标准化和系统化。特 征造型技术可以将产品的功能和工程等反映设计人员意图非形状信息与几何信 息进行集成，从而将产品的功能需求、原理方案以及设计领域下游的制造信息 等整个产品生命周期各阶段所需的信息集成到设计阶段来。而特征是一组具有 特定几何形状的功能体素，是满足某些约束关系的特征元素集。特征的本质是 它具有定的语义，并且这些语义是和产品生命周期的某一活动相关的 当今大多数特征造型系统并没有很好遵守上述的定义。有些系统，仅仅在 用户界面上体现了这些特征的定义，而在产品模型中仅存储了作为结果的几何 系统。从本质上讲这样的系统只能是个几何造型器。还有的系统尽管能在产 品模型中存储特征的语义，但在造型中却不能很好地维护。这些传统的造型系 统是建立在边界表示之上、参数化的、基于历程的特征造型系统，设计者的每 一步造型操作包括特征类型、特征参数等一一被记录下来，形成构造历程树， 对特征的修改和删除等操作只是对构造过程历程的重演，因此这种特征造型方 法具有一定的时序性。但是设计者的设计过程是一种发散的、非时序的设计过 程，设计丹只笑，特 j 】= 问的约束关系，而与某恃n 【的创建次序无芡，幽此堪 于历程的特征造型必然存在其固有的缺陷”。尤其在产品模型的可编辑性和 易编辑性方面存在以下六点问题”“”“”“! ： ( 1 ) 在产品设计历期修改中，系统根据模型历程树步一步重构新模型，随着模型的 复杂 q 度提高，重构新模l ! 所花时间， 线性增长i ( 2 ) 不能保证模型边界修改后，相交的特征存在与其指定的参数不匹配，即与不同操 作类型的布自；运算顺序有关； ( 3 ) 模型边界修改过程中，特征语义与模型的历程有关： ( 4 ) 特征间约束关系的引用与模裁的历程有关既在历程树中后创建的特征不能引用 较前创建的特征的拓扑元素； ( 5 ) 模型边界修改过程中，不能保证拓扑元素唯一性； ( 6 ) 模型边界修改过程中，不能保证特征语义唯一性。 另外对产品生命过程中各个环节产品信息的关联性差，产品数据所提供 的支持设计后续过程的信息不完整，还没有提供方便于用户定义特征的方法，也 是造型系统所存在的缺陷。 上述缺陷涉及到特征造型的三项核心技术：( 1 ) 变量、约束的表示及提高约 束变量求解的精确性和效率；( 2 ) 在重构过程中，需保持拓扑元素( 点、边、丽) 的标号一致性，以维护约束集的一致性：( 3 ) 提高模型重构的速度。另外，软件 方法在特征造型系统中的应用也是不容忽视的。因此国内外不少学者都对此方 面进行了深入的研究f 2 6 】f 2 7 1 1 2 5 1 2 9 】。在变量化设计方面，a n d e r ir l 总结三维模型 约束关系的求解可分为三种方法，即数值法、符号代数法和基于规则推理法。 在对拓扑元素编码方面，k r i p a cj 1 、c a p o y l e a sv ”“和w uj m 1 提出拓扑命名 法对面、边和顶点用拓扑方法命名。在模型实现的途径与效率上，s u h ”“、p e m g ”“ 作了部分的研究。为此b i d a r r a 等从管理几何模型元素滚一层次上研究特征摸型， 爨窭基于缀麓元豹特薤模黧裘示方法，遴过特薤莜赖强往荬特延骖馥不依赖于 历程树。语义特征造型系统不仅能详细描述定义良好的特征的语义，而且在造 型过程中能有散地维护特饺的语义( 特 正模型有效性维护) ，即当执行个造型操 悖后，只有模懋中所有的约束被满足，特惩模型才有效。也就是说，特征模型 无效是出于穰激中约泰之越发，主薜突逢溅豁，其串特瑟阖糨互佟爱蹩遥残特征 模型无效的主袋问题之一。种无效特征模型的有效性调整方法魑取消此次模 型操作，原路返回至执行横型操作前的状忿。为了实现原路返回撼作，我们设 鼹瓶个找，一个栈瘸来存放摸型操份记捧o p e r a t i o ns t a c k ( o s ) ，弱个棱塌柬 存放襁应的参数徨京俸v a l u es t a c k ( v s ) 。鞋o s 筏梭磺，对该模黧搽律遥行煮 效川佥盎，若 操f 1 1 有效，则o s 栈退栈，v s 栈退找。否则取出v s 栈z m 0 值 作为参数值利用特征操作将参数恢复至先前的状态。除此之外，避可以通过用 户糖动约方法遽季亍有效蛙调憋。在丈多数情况下，妇聚弼户褥到无效匏模型绦 络的反馈信患( 陶用户报告约慕冲突，汜滚特征糖交静范围，提供舍壤的改逶建 议等) 时，用户可能会选择慰有效的方式对其进行调懿如通过提供对话框提示 用户输入正确的参数值等。但是这种方法具有一定的缺陷：方磷当出现一 个笼效戆特缎横型熬弱霹，系统提供绘瘸户爨、荨致燹效攘塑豹貉患之 台疆的改避建议是事先已缀预觅到静，一盟采纳该建议，鄢些没有鞭见到的信 息有可能导致翳外的某个约束不满足，樽次导致模型光敏。另方两，对于复 杂的模型来说，这种调整方法需要用户乎工做大量的、冗长乏昧的调整工作， 绘强户速残一定熬压力。哭掺，特薤模黧翡奏效毪壤妒是逶这绞窳管理器、转 铽几何管理器、糖互作用管理器之阉反楚搽律进行的。因此，献褶拦作用管理 嚣这一角度研究特征模型的有效性是非常必要的”“”。 针对以上分析，本课鼷通过对薪一代的语义特诬模型豹分析，参考b i d a r r a 笛瓣疆究残暴，运雳毒蒙瞧檬礁，臻立谗义费薤造登参鞠交特筵毒哭辨静方法， 借助于约柬解决方案，建囊张交特征识辩机制的理论，维护特征模粼的有效性， 从而提高产品模型的可编辑性和易编辑性。基于上述错究成果，对自主开发的 计算机辅助工她造型系统( h u s t c a i d s ) 徽避一步豹改进帮完善，使c a i d 的产 菇浚嚣雯褥合z 程设诗又爨黪篱要。c a i d 系统蔗霹囱税城产品王渣逑塑设计较 件系统，它缩短了产品开教设计周期，提高了产品的附加值。通过本课题在这 方面的深入研究，为语义特锻造型的关键技术和国产c a d 软件开发提供一套新 爨论秘方法，势且使c a i d 被俘系统更熊甏囱月户豹骺要，敬产生蹩大豹经谤 效益耱毒主会效焱。 氅笾篁型三查耋：篓堡! ：耋篓篁苎 3h u s t - - c a l 0 系统麓贫 计算机辅助工业造型设计系统h u s t - c a i d ( c o m p u t e ra i d e di n d u s t r y d e s i g n ) 是面向机械产品的外观造型设计系统，主要幼能有基于特授的实体造 黧、二缝绘强、色彩设计、文字装掺、鼗弱震开、饶诧髅辩爱文件管理等。在 系统结构的设计上，没寄寨缚在特定的艨精领域上，褥是主要考虑实体逢墅酶 一般需要而进行设计的，但矮发展方向题朝着特定应用领域的产晶辅助设计方 向发展。为了炽h u s t c a i d 开发成具有自主版权、灏向市场的软件，系统还 露诲多霉要改滋戆建方。 h u s t - c a i d 系统是以商穑微梳为硬件辇碲，在w i n d o w sn t 下，角v i s u a l c 十+ 5 0 发的。以前的系统中，交互技术与用户接l t 羊口应用程序相互渗透、 嵌、溶为一体，因而严重的依赖于应用稷序。现在，系统总体设计上采用软件 王程愚怒，遴行模块绪擒，谈整令系统獒霄鼗舞筠蜀：救枣差、霹理辫饯、可维护 悭：使樽c a i d 易学荔丽。方便用户，擒离工作效率。减少系统的出错率，并 鼠使其向特定废用领域的发腱变得容易。c a i d 系统的横块化结构也便于为其配 髯数据交换接翻，接日程序郏分以单独模块存在，这样便于接口程序的修改， 魏不影晌整个系统懿霹缝势戆。 h u s t c a i d 系统将法矢基投影弓l 入实体造型，实规了多面体的拼合运算方 法，使系统具荫以下的特点： ( 1 ) 在理论上概念清晰，逻辑简明； f 2 ) 在翼俸实现霉雩避受辱| 入过多静入为约定和餐鞭； ( 3 ) 完全溅含于多面体谶似有机结合，雨且具有扩充功能： ( 4 ) 几何娥理与拓扑处理有机结合，摄商重合面、缀合边处理的可靠性；执 行效率麓，运算可纛性离。 1 。4 本研究课题的来源及主要研究内容 。4 。 课题塞源 本课题全名为“语义特秘造型系统中相交特征识辨机制的研究”，来源予 国家自然科学旗金“基于细胞元表示的语义特征造型”的研究需要。并在此基 磷上对自主嚣发豹诗算枫辕助工业造型系统( h u s t c a i d s ) 进行进步豹改进 与宪善。本谭麟豹研究其蠢纛要静理论纛义和实蘑价俊，瘸于计葵褫踅形学帮 c a d 领域的应用基础研究的前沿课题。 4 ，2 主要磁究内容 本课题将从理论和系统设计开发两个方面对语义特征造型中的关键技术进 行深入豹研究。把凡褥模型、语义特征逡漤结合起来统一进行磺究，建立逶义 将薤造型在产黯模型设计避鞭中稿交特缝表示方法鹃新理论及有效往维护方 法。因此本课题研究的内容主要包括： ( 1 ) 语义特征造型系统中相交特征表示方法的研究。 ( 2 ) 壤銎边器掺藩酵维轳糖交薅，疰鸯效涎浆毫舅究。 ( 3 ) 在实酥系统中实现强卜- 方案。 在理解h u s t - c a i d 系统的现有数掇结构和算法的基础上，引入细胞元表 示和管理机制，注重相交特铤的语义信息，克服系统中相交特征操作按时脚先 爱次淳及不黢维护特蔹有效瞧等缺点，後系绞凌裁雯麴灵活，搽终避鸯曩方镬， 为今后系统的滋步开发研炎打下孥实的基础。 哈尔演理t 人学丁学硕 。学位论空 第2 章基于历史的特征造型系统中拓扑元素的命名 与识辨机制 2 1 概述 在蘩予掰史鹁参数纯特，爱造燮系统中，交韵设计逶过缡疆已有赘鬟模塑劳 给予设计历史重新计簿生成结果物体来实现。然而，在现育c a d 系统中，给予 设计历史重新，七成的结果物体可能与设计意图不一致，有时甚至会导致设计结 果戈法庭动生成。以剿2 - 1 为例，特征模型有极特征划专圭f l 、通槽特征f 2 和对 透2 弼瓣角簿短f 3 缀藏，图( a 楚霹速e 2 喇爨建之静静中闰维系甥俸。当 槽特征f 2 从闰( b ) 位置向右移动别图( c ) 侥鼹时，由于边e 2 在新物体中已 不存在，使得对边e 2 的倒角无法按原来的设计意图重新生成。图2 1 ( c ) 品示 了s o l i d w o r k s 2 0 0 1 对北模型的编辑缝鬃。显然把澍迭e 2 的劁角操作自动敬变到 透e 上楚不符合设计意嚣韵。 葛藤固邑 脚(b) f 3 。 图2 * 5 分瞢9 面的辨珏 f i g2 5r e c o g n i t i o no fd i v i d e ds u r f a c e s , ( 5 ) 其它特殊情况的辨识 以图2 - 6 为例，在圆环特征f l 上加上负圆环特征f 2 后产生四条交线e 1 、 e 2 、e 3 和e ( 图( a ) ) 。当特征f 2 向右移动到图( b ) 所示位鬻时，f l 与f 2 相交于两条交线e 5 和e 6 。在图( b ) 中无法辨识出与边e l 、e 2 、e 3 和e 4 对应 的边。 啦尔滨理丁大学下学硬，1 学位论义 削2 - 6 两恻环相交 f i g2 - 6t w oc r o s s i n gc i r q u e s 拓扑元素的辨识必须满足用户的设计意图，但是设计活动是个高度灵活 不断重复的过程，且对同个产品可有多种不同的设计方案，要把体现在具体 拓扑元素中的设计意图加以严格确定的数学描述是困难的，因有时设计意图是 隐式地体现在设计过程中的。不过在基于特征的设计过程中，设计意图总是显 式地或隐式地体现在特，征及其相关操作中，因此拓扑元素的辨识应该考虑到特 征模裂的设计历史、导致一拓扑元素产生和发生改变的相关特征和相关拓扑元 素。 根据以上分析，针对特征模型修改后拓扑元素的不同变化情况，我们认为 拓扑元素的辨识机制应该满足如下要求： ( 1 ) 当新、旧实体模型的拓扑结构相同时，要能在新模型中辨识出与旧模型 中元素对应的唯一拓扑元素。 ( 2 ) 对消失元素，要能明确判别出新实体模型中没有与j 日实体模型中被引用 元素对应的拓扑元素。 ( 3 ) 对分离元素，要能在新实体模型中辨识出与i 酲实体模型中被引用元素对 应的所有元素。 ( 4 ) 对合并元索要能在新实体模型中辨识出与 e l 实体模型中被引用元素与 其它元素合并而来的元素。 ( 5 ) 对旧实体模型中被切割或发，主变化的被引用元素，要能在新实体模型中 辨识出与被引用元素有最接近的影响特征、影响面和非影响面的拓扑元素。 本章的目的是在特征造型系统中建立一个满足上述要求的拓扑元素的命名 和辨识机制。其核心是通过比较拓扑元素之间的影响特征集、影响面集和非影 响面集是否存在子集关系来辨识新模型中与旧模型的被引用元素是否有最接近 的影响特征、影响面和非影响面的拓扑元素。 2 2 相关工作分析 参数化特铤造型系统中拓扑元素的命名和辨识是一个非常重要摄育相当难 凄黪润莛，它楚建立参数纯憋薤造型系统豹萋磁。b i d a r r a 挺它疆爨为瑟嚣基予 掰史的参数纯特征造型系统需要解决的六大问题之一。r o s s i g n a c 在特征设计授 术研究早期就敏锐地观祭到特征编辑过程中拓扑元素的记录问题。粮显然，用 攒针来记录特饺模型的拓扑元豢是不可取的，因为物体的拓卦元素指针在模型 缡瓣蓠磊无蘩傍关联。疑徉，麓擎夔邃历终栗携蒋豹季纛羚元素羧箕颞痔弩寒记 最电不熊解决问题，困模型剪新生成时结柴物体静拓扑结掏可能弦生变化。： 于建立特征模型对面是主要的被引用元絷，r e q u i c h a 和t u r n e r 分别提出了面的 禽名和辨识方法，但他们的方法不能区分边和点。 v a m d y 等人舞出了一今耀以确定祷蔹稿耱薤边秀元豢戆据羚表示法剿，楚 们用莳、后、斑、右、上、下等方向悔信息来确定拓扑元素。这样的方法依赖 予个全局坐标系，因此其方法不完全邋合予基于约荣的变动设计，同时也不 熊完全区分所露拓扑元素。 蔫疆鞠、万牮裰等在个基予豹索懿逡鳖藤鍪系缓孛怒被辱| 怒元索芎| 拜l 在 纂本体素的边界元素上，丽不是引用在中间结果物体上，记录基本体素边界元 豢的指针”“”“”。当一被引用的拓扑元素发生改变时，仅改变其几何信息丽不 改变其她址。这方法能部分她实现系统瓣变动设诗功熊，但它强制了被引用 元素必须有原始元素，藤不能是生成元素。翔圈2 一l 虽然掰以对仅被弓l 用刭的元素逮立其局舔拓羚信息，僵面掰进出关系的 确定仍需要相当的计算量。 ( 3 ) 有一糖特殊的情况，如两个捆环楣交产生的四条交线不熊诞确辨识，虽 然这转潺琵在实联王程设诗孛缀少窭臻。 哈尔滨理工大学：r 学硕士学位论文 第3 章h u s t c a i d 语义特征造型系统 3 1h u s t - c aio 参数化造型系统概述 计算机辅助工业造型设计系统c a d ( c o m p u t e ra i d e di n d u s t r yd e s i g n ) 是 面向机械产品的外观造型设计系统，主要功能有基于特征的实体造型、二维绘 图、色彩设计、文字装饰、曲面展开、优化排料及文件管理等。h u s t c a i d 是 哈尔滨理 _ 大学计算机麻用投术研究所舟行丌发的一个摹于特征的参数化造犁 系统。因为产品设计过程在模型缴上司分为以下两个过程：即特征设计过程( 增 加特征) 和特征编辑过程( 零部件参数及尺寸约束的修改和拓扑结构的重构) ， 所以在该系统中实体模型