（机械设计及理论专业论文）通信车电磁兼容分析模型的网格预剖分技术研究.pdf

摘要 摘要 随着科技的发展和电子设备的广泛应用，电磁兼容问题日益成为国防、科研 中必须考虑的问题。而随着计算机的发展与普及和三维c a d 技术的广泛应用，通 过计算机建模来对产品进行电磁兼容性分析也成为发展趋势。 本文对车载通信系统电磁兼容分析软件中的模型格式转换技术和网格预剖分 技术进行了研究。主要包含以下内容： 1 在原软件模块仅支持a u t o c a d 单一软件模型数据转换功能的前提下，加入 了对p r o e n g i n e e r 模型数据的支持；在原软件模块仅支持两个a u t o c a d 版本的基 础上，增加了对五个a u t o c a d 其他版本的支持，实现了对a u t o c a d2 0 0 2 到a u t o c a d 2 0 0 9 所有版本模型数据转换功能的支持。这一功能增加了电磁兼容分析软件几何 模型的来源。 2 引入判定网格质量的质量因子，对原算法中产生的的三角形进行质量判断 并对狭长三角形进行合并优化处理，减少了狭长三角形的数量，提高了网格划分 的质量。算例表明，考虑质量因子的网格预剖分方法可行、有效。 关键词：网格预剖分质量因子a c i s 格式转换 a b s t r a c t i i i a b s t r a c t w i t hd e v e l o p m e n to ft e c h n o l o g ya n de x t e n s i v ea p p l i c a t i o no fe l e c t r o n i ce q u i p m e n t ， e l e c t r o m a g n e t i cc o m p a t i b i l i t yi si n c r e a s i n g l yb e c o m i n ga l li s s u em u s tb et a k e ni n t o a c c o u n to nn a t i o n a ld e f e n s ea n ds c i e n t i f i cr e s e a r c h w i t ht h ep o p u l a r i z a t i o no f c o m p u t e r sa n dt h ed e v e l o p m e n to ft h r e e - d i m e n s i o n a lc a dt e c h n o l o g y , t oa n a l y z et h e e l e c t r o m a g n e t i cc o m p a t i b i l i t yo ft h ep r o d u c tt h r o u g hc o m p u t e rm o d e l i n gi sb e c o m i n ga g r o w i n gt r e n d t h et e c h n o l o g yo fm o d e lf o r m a tc o n v e r s i o na n dm e s hs u r f a c ep a r t i t i o nw h i c hi s u s e df o rt h ee l e c t r o m a g n e t i cc o m p a t i b i l i t ya n a l y s i ss o f t w a r et ot h ec o m m u n i c a t i o n v e h i c l ea r es t u d i e di nt h i sp a p e r t h em a i nt oi n c l u d et h ef o l l o w i n g ： 1 a so n l ya u t o c a di ss u p p o r t e di nt h eo r i g i n a ls o f t w a r e ，h e r et h ep r o e n g i n e e r c a nb es u p p o r t e di nt h en e ws o f b v a r e i nt h eo r i g i n a ls o f e t w a r e ，o n l yt w ov e r s i o n so f a u t o c a dw e r es u r p o r t e d f i v em o r ev i s i o n so fa u t o c a dv e r s i o n sa r es u r p o r t e di nt h e n e ws o f t w a r ew h i c ha c h i e v e st h es u p p o r to fa u t o c a df r o mt h ev e r s i o no fa u t o c a d 2 0 0 2t oa u t o c a d2 0 0 9 t h ef u n c t i o no ft r a n s f o r mc a ni n c r e a s et h em o d e ln e e d e df o r t h ea n a l y s i ss o f t w a r eo fe l e c t r o m a g n e t i cc o m p a t i b i l i t y 2 q u a l i t yf a c t o ru s e dt od e t e r m i n et h eq u a l i t yo fm e s hr e s u l ti si n t r o d u c e di nt h e p a p e r t h eq u a l i t yo ft r i a n g l e sp r o d u c e db yt h eo r i g i n a la l g o r i t h mi s d e t e r m i n e db y q u a l i t yf a c t o r t r i a n g l e sw i t hl o wq u a l i t yf a c t o ra r ec o n b i n e dw h i c hi n c r e a s e dt h em e s h q u a l i t y e x a m p l e si n d i c a t et h a tt h en e wm e s hp a r t i t i o na l g o r i t h mb a s e do nq u a l i t yf a c t o r i sf e a s i b l ea n de f f i c a c i o u s m e s hp a r t i t i o n a c i s q u a l i t yf a c t o r f o r m a tt r a n s f o l r m 西安电子科技大学 学位论文独创性( 或创新性) 声明 秉承学校严谨的学分和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标 注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果；也不包含为获得西安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做了明确的说 明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。 本人签名：弱硷日期边! 。厶坦 西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保 留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内 容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后 结合学位论文研究课题再攥写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。 ( 保密的论文在解密后遵守此规定) 本学位论文属于保密，在一年解密后适用本授权书。 本人签名：翘超 导师签名：迎塞：! 丝 日期塑竺：! ：! 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题背景 随着科技的发展，电子设备的广泛应用，导致电磁环境的日益复杂，电磁干 扰及电磁辐射问题日益引起人们的广泛关注。到本世纪2 0 年代后，各工业国家都 开始重视电磁干扰的研究，成立了许多相关的国际组织，为了减少电子设备的电 磁辐射对环境的污染和无线电频谱资源的影响，各国制订了相关的电磁兼容标准、 法律法规来限制产品的电磁辐射问题，我国开展e m c 工作较晚，陆续颁布了一些 e m c 设计要求、测试方法等国家标准和国家军用标准，但具体的设计规范仍然很缺 乏。复杂设备、系统的研制时使用软件建模、分析并计算的方式对电子设备整体 进行电磁兼容分析测试能优化产品设计、提高抗干扰能力，达到各种电磁兼容标 准的要求。在产品的建模方面如何利用主流格式的模型软件和对模型的数值分析 ( 如有限元分析、矩量法分析、时域有限差分法分析等) 是其中的热点和难点问 题。 1 2 网格划分国内外发展现状与趋势 网格划分在工程数值分析方法中占有非常重要的地位，广泛应用于工程计 算、计算机图形学、科学计算及可视化、地理信息系统、生物医学工程、物理学 等领域。网格划分的目的是为了对几何域进行离散，获得简单形状，以便于几何 域在工程中的应用。网格划分的合理与否，影响到分析结果的准确性和精度以及 分析计算的效率。因此，在网格划分时需要考虑综合网格数量、网格疏密度、单 元阶次、网格质量、网格分界面和分界点、单元的位移协调性、网格的布局等问 题。 有限元分析网格划分目前比较成熟，其中一些原理和方法对矩量法等其他数值 分析网格划分有借鉴作用。 网格划分有限元网格从复杂性来说，可分为二维网格、曲面网格、三维网格。 从单元形状来分有：三角形、四边形二维网格，四面体、六面体三维网格等。从拓 扑结构来分，有限元网格具有两大类：结构化网格、非结构化网格。按自动化程度 来分有半自动化算法和全自动化算法。 典型的网格划分方法分别有映射法、四叉树法、波前法、劈分法、d e l a u n a y 2 通信车电磁兼容模型的网格预剖分技术研究 三角剖分法、铺路法等。 1 映射法 映射法【2 】是一种传统的有限元网格划分方法。其基本思想是在简单区域内采用 某种映射函数构造简单区域的边界点和内点，并按某种规则连接结点构成网格单 元。但是这种方法有一个很大的缺点：首先必须将待划分区域划分为所要求的简 单区域，这是一个十分复杂且很难实现自动化的过程，并且各映射模块之间的网 格密度相互影响程度很大。 2 四叉树法 四叉树法是由y e e r y 和s h e p h a r d 等提出来的。后来k e l a 、y e e r y 等人对其进行 了完善和发展，使之成为目前最经典的网格生成算法之一。 在四叉树法网格分解中，预先采用一个尽量可能小的正方形将域包围，然后将 正方形分为四个子域，测试各个子域是否满足要求，若满足就停止划分。否则采 用此种思想继续划分到满足要求为止。在相邻的网格中，只能细分一次。 该方法适合于任意的复杂二维问题，网格的生成易于实现密度控制，易于进行 自适应划分。但是，四叉树法在单元密集的地方质量欠佳，对边界的模拟精确性 不够。而且，程序实现复杂，所需内存较大，不利于实现并进行处理。 3 波前法 波前法是一种全自动网格生成方法，这一思想最初是由l o h n e r 和l o 提出的， 此后很多人都对该方法进行了改进。其特点是：首先从物体的边界开始，定义一 个“前沿”，在“前沿，上满足一定条件的地方生成一个单元同时更新“前沿 ， 如此不断地重复。直到前沿变为主空，网格生成结束。在生成过程中，物体边界 上节点的密度和分布对最终网格的质量和尺寸分布影响很大。特别是在生成四边 形网格时，边界上节点的个数必须为偶数。这是由四边形网格的拓扑关系决定的。 4 劈分法 劈分法是将一个三角形单元分裂为三个四边形单元，三角形单元每条边上增加 一个点，通常选其为中点，三角形内增加的点通常为三角形的重心，这样生成的 网格就可以保证为四边形。这是一种四边形网格生成的可行方法，但是由于三角 形生成的非稳定性和不均匀性，该方法生成的网格质量较差。 5 d e l a u n a y 三角剖分方法 d e l a u n a y 三角剖分p 】法是目前最流行的通用的全自动网格生成方法之一。它有 两个重要特性：最大最小角特性和空外接圆特性，此特性使它在二维情况下自动 地避免了生成小内角的长薄单元，因此特别适用于有限元网格生成。 6 铺路法 铺路法采用由外向内逐步铺砌的方法对域进行剖分，铺砌层由外向内层层铺 砌，直至填满整个剖分域。 第一章绪论 铺路算法始于定义区域边界的有序封闭点环。这些点环构成区域的原始边界， 称为永久边界。永久边界上的点与点之间的连接关系及其位置在整个生成过程中是 不变的，以确保区域之间的兼容。永久边界分为外部边界和内部边界。对于一个区 域来说，必然存在一个按顺时针方向排列且互不相交的一列点环构成的外部边界。 一个区域可以存在多个内部边界。永久边界不存在相交。在网格生成过程中，总是 在铺路边界上生成新单元。铺路边界总位于待划分区域与已划分区域之间。随着网 格的生成，铺路边界总是在变化，一直到网格生成完毕。在外部边界，网格按照逆 时针沿其铺砌生成。内部边界，网格按照顺时针，沿边界铺砌生成。 在网格生成过程中，结点被分为定点、浮点、铺砌节点。每个铺砌节点都有一 个内角。每个铺砌边界上各节点数都必须保持偶数。节点之间的距离决定着网格大 小。整个网格生成过程中，网格单元间距基本保持不变。要改变网格单元的大小， 必须由边界网格上的结点数来控制。 铺路法生成的单元接近于矩形，单元质量比较好，且生成的自动化程度比较 高。但是在铺路法生成过程中，具有大量的交叉判断计算，因此单元生成的效率 比较低。而且对于复杂边界处，容易产生单元畸变。 有限元网格全自动生成系统的研制是近年来的一个研究热点，在众多的研究者 的辛勤劳作之下，已经有大量的各具特色的网格划分算法问世，而且其中的一些 算法已经成为多种流行的商用软件所采用，并且通过实践证明了其实用性和有效 性。但是，网格划分算法也是各具不足，这些不足决定着有限元网格划分技术未 来的发展趋势： 1 综合几何及力学特性的自适应网格划分技术的进一步完善。随着对有限元 高精度计算的要求，有限元网格划分技术必将是尽量减少经验和人为地判断，而 采用综合物体在工程应用过程中的几何及力学特性，通过几何及力学特征知识库， 进行自适应性网格划分。 2 多种网格划分方法综合的通用性强的综合算法的研究是未来应用中的热 点。每一个网格划分算法都具有自己的缺陷，而多个划分算法的综合应用可以相 互补充。 3 智能化网格生成以及专家系统的有限元模型的自动生成是一个同时体现知 识化和智能化的综合应用。它既实现了工程人员的划分理想的网格意向，同时采 用知识和智能技术引导产生理想的网格。 1 3 本文的主要工作 “通信车系统电磁兼容分析软件e m c a n a ”是用于机动式指挥自动化系统 电磁兼容分析h 3 的专业软件，使用基于o p e n g l 独立自主研发的模型显示编辑软件 4 通信车电磁兼容模型的网格预剖分技术研究 来进行建模和模型的显示和编辑，该软件的输入文件是采用顶点序列来表示文件 的，为了增加该软件的兼容性，使其能识别市场上主流c a d 软件产生的模型文件， 本文提出了基于a c i s 模型平台的模型格式转换方法。 目前本软件实现了将市场上所有a u t o c a d 腼1 以a c is o u t 命令输出的s a t 文件转 化为本软件可以识别的g e o 文件。本软件同时也支持p r o ew i l d f i r e4 0 所生成 s a t 文件的转化。 在转化过程中，本软件实现了复杂模型表面的网格预剖分，能将复杂的模型 表面划分为三角形面片，实现了与通信车e m c 分析软件的连接，在原软件的基础 上对狭长三角形进行优化处理操作。 第二章a c i s 平台及s a t 模型几何数据提取 第二章a c i s 平台及s a t 模型几何数据提取 2 1a c i s 平台介绍 a c i s t 6 1 是美国s p m i a lt e c h n o l o g y 公司推出的面向对象的三维几何造型平台， 它集线框、曲面和实体造型于一体，并允许这三种表示共存于统一的数据结构中。 a c i s 是面向对象的有3 5 个d l l 组成的c + + 库，为各种3 d 造型应用开发者提供 了丰富的复杂模型构造与操作功能，如过渡、扫掠、蒙皮、放样、覆盖、等距、 分割、缝合等等。 a c i s 是一个基于面向对象技术的通用几何开发平台，又可称为三维几何造型 引擎( t h r e e d i m e n s i o n a lg e o m e t r i cm o d e l i n ge n g i n e ) 。a c i s 是用c + + 技术构造的， 它包含一整套c + + 类( 包括数据成员和方法) 和函数，开发人员可以使用这些类和函 数构造一个面向终端用户的2 3 维软件系统。a c i s 可以向应用程序提供一个包括 曲线、曲面和实体造型的统一开发环境，提供了通用的基本造型功能，用户也可 以根据自己的特殊需要采集其中的一部分，也可以在这个基础上扩展它的功能。 其特点【7 】包括： 1 是采用面向对象的数据结构，全部内容均由c + + 语言编写，由一系列c + + 类和函数组成，程序员在开发自己的应用系统时可以通过调用这些类和函数来获 得强大的几何造型功能。 2 提供统一的数据结构，同时支持线框、曲面、实体三种模型并允许它们共 存，a c i s 实体b o d y 可以是这三种模型的一种或几种的组合，对线性和二次几何 采用解析方法表示，而自由几何体则采用非均匀有理b 样条来表示。 3 a c i s 是采用边界的几何建模器，边界有封闭曲面集所构成，该边界将a c i s 实体与外界空间划分开来。 4 除了流型几何体以外，a c i s 也支持非流型几何体的表示，这对于存在悬边、 悬面等特殊的几何拓扑体的表示是极端重要的。 a c i s 也可以表示非流形体( n o n m a i n f o l d ) ，在a c i s 中可以存在闭合实体、不 闭合实体或者半闭合实体，也就是可以存在没有面的实体和没有边的面，实体也 可以含有内部面，称为客体。 几何体( g e o m e t r y ) 是指组成模型的纯粹的几何元素，如点、曲线和曲面等。这 些元素之间不存在空间和拓扑体系。a c i s 中几何体的实现方式有两种，即构造几 何体和模型几何体。 随着a c i s 应用的不断扩展，它的模型文件的重要性也越来越突出。自从商业 6 通信车电磁兼容模型的网格预剖分技术研究 化几何造型系统出现后，一个通用的、可以在不同系统之间进行数据交换的文件 格式就成为不同系统用户的需求。由于用户的需求多种多样，而一个单一的几何 造型i s l 系统不可能提供所有用户需要的功能，这时就会出现用户在一个造型系统中 生成零件的模型，而在另一个系统进行模型分析的情况，当在这两个系统之间交 换模型数据时，就需要一个可以被两个系统都接受的文件格式。为了满足这个需 求，一些标准化组织( 如i s o ) 和a n s i ) 开始制定这方面的标准文件格式。 基本几何数据交换标准t g j ( 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 ，i g e s ) 是第一 个使用的数据交换标准，尽管它结构复杂，但是通过i g e s 确实可以实现不同造型 系统之间的数据交换。该标准的最大缺陷是不能传递拓扑数据，而要描述的一个 零件，除了几何信息外还必须有标示组成零件的基本几何元素之间的相互关系的 拓扑信息。 为了在不同的造型系统之间传递完全的模型数据，产品模型数据交换标准 ( g r a p h i c ss t a n d a r df o rt h ee x c h a n g eo f p r o d u c tm o d e ld a t a ，s t e p ) 标准出现了， 利用该标准，不但可以交换二维的或三维的几何数据，还可以交换拓扑数据。但 是一个标准的定义需要很长时间，而一个标准的推广则需要更长的时间，s t e p 标 准还在不断地发展和完善过程中。就在s t e p 标准正在酝酿和成熟的时候，s p a t i a l t e c h n o l o g y 的a c i s 文件格式逐渐成为三维产品数据交换事实上的标准。 2 1 1a c i s 的层次结构 构造几何体【1 0 j ( c o n s t m c t i o ng e o m e t r y ) 指含有几何体的数学定义的c + + 类。构 造几何体是一些小型的类，首先它们不能被直接作为用户模型的一部分保存在模 型中，其次主要用于数学计算，也可以被包含在模型几何体中形成永久的实体对 象。构造几何体类不含几何处理部分的定义，可以被直接送入求交器进行快速求 交运算。 在a c i s 中，构造几何体类的名称用小写字母表示，包括c o m p c u r v ( 复合曲线) 、 c o n e ( 圆锥体) 、e l l i p s e ( 椭圆面) 、i n t c u r v e ( 插值曲线) 、m e s h s u r f ( 网格曲面) 、p l a n e ( 平 面) 、s p h e r e ( 球面) 、s p l i n e ( 样条曲线) 、s t r a i g h t ( 直线) 、t o m s ( 圆环面) 。例如s p h e r e 类是提供球面在x y z 模型空间和u v 参数空间中的数学定义的几何体类。它提供了 s p h e r e 对象的构造、修改、访问以及求解的方法，该类不可以直接保存在a c i s 的 s a t 文件中。 模型几何体( m o d e lg e o m e t r y ) 指为构造几何体增加模型操作功能的c + + 类。模 型几何体类在几何体定义的基础上提供了模型操作功能。它把构造几何体类作为 其数据的一部分。模型操作功能包括：模型数据的保存和恢复、模型操作历史记 录的回溯、变换以及为模型附加系统定义属性和用户定义属性。 第二章a c i s 平台及s a t 模型几何数据提取 7 模型几何体类派生于e n t i t y 类，其名称用大写字母表示，这些类包括： a p o i n t ，c o m p c u r v ，c o n e 、e l l i p s e ，i n t c u r v e ，m e s h s u r f ，p l a n e ， s p h e r e 、s p l i n e 、s t r a i g h t 、t o r u s 。表示坐标变换的数学类t r a n s f o r m 常常和模型几何体类一起作为模型的一部分被保存到s a t 文件中。例如s p h e r e 类是定义球面模型的模型几何体类，它提供了如下功能：实体对象标识、模型的 保存和恢复、模型操作历史树的建立和回溯、多用户使用计数以及其他一些公共 的模型处理功能。同时，该类也提供了球面的中心与半径的设置以及球面的位置 变换的方法。该类的对象可以被保存到a c i s 的s a t 文件里，其中包括来自s p h e r e 类的构造几何体信息。 构造几何体和模型几何体在理论上可以分为抽象几何体和具体几何体，抽象 几何体可以被再次分解为具体几何体，具体几何体类派生于抽象几何体类，因此 它将继承所有该类型几何体的公共特性。 图2 1 用模型集合体类说明了抽象几何体和具体几何体之间的关系。图左边是 抽象模型几何体类，右边是抽象几何体类派生的具体模型几何体类。 c u r v e 和s u r f a c e 是两个抽象模型几何体类，它们分别定义了其派生类( 具 体模型几何体类) 的公共数据和通用模型操作方法，这些派生子类包括e l l i p s e 、 s t r a i g h t 、i n t c u r v e 、c o m p c u r v 、c o n e 、s p h e r e 、p l a n e 、t o r u s 、 s p l i n e 和m e s h s u r f 。抽象模型几何体类a p o i n t 和p c u r v e 没有具体几何体 子类，它们的几何体定义不能进一步增强。 拓手 ( t o p o l o g y ) 是指一个模型中的不同实体之间的关系，它描述了几何实体之 间的连接方式。拓扑定义了一个空间位置不固定的浮动模型。只有一个模型的拓 扑实体和几何实体关联在一起时，该模型的空间位置才能确定。 a c i s 模型的边界标识( b r e p ) 是将模型的拓扑结构按层次分解为下列对象： 1 体 体( b o d y ) 是a c i s 模型中最高层次的实体，是块( l u m p ) 的集合。体可以是线、 面或实心体。 2 块 块( l u m p ) 标识空间一个有界的、相互连通的区域。块是完全连接的点的集合， 该集合可以是一维、二维、三维或者是不同纬度区域的组合。这样，具有悬面的 实体和中空的实体都可以成为块，两个不相连的薄片被表示为两个块。实体可以 含有零个或多个块，每一个块都表示与实体中其他的点集不相连的点集。 3 壳 壳( s h e l l ) 是完全相连的面或线的集合，包括通过非流型体定点连接在一起的面 与线的集合。面可以通过公共边或公共定点连接在一起，线可以在端点处与面相 连。 8 通信车电磁兼容模型的网格预剖分技术研究 含有一个悬面的物体可以看成一个壳，但是含有中空的部分的物体则含有两 个壳。实体内部的面，不管数量多少，如果都连接在一起并通过一个路径与实体 的外表面相连接，那么该实体刚好有一个壳，如果一个实体内部含有不连接的“漂 浮”面，那么该实体至少有两个壳，但仍是一个块。 图2 1 抽象体与几何体 最常见的壳由完全的、有限的单向面组成，这些面两两之间有公共边，并且 面的方向一致，即面的立面和外面一致。这样的壳体将空间分割成两部分：有限 的和无限的。如果有限的部分在封闭面的内部，那么就称为外壳，反之它表示的 实体内部的有限空域，称为空壳。如果一个或多个边仅仅有一端连接到一个面上， 这些边就被称为自由边，这样的壳是开放的。如果所有的面都是双向的并且都是 外币的面或内部的面，这样的壳就是双向薄片。如果壳中的任何面或所有的面市 单向的，或存在两种类型的双向面( 内部和外部) ，那么空间的点相对于该壳不能错 误的以壳内和壳外分类，这样的壳是不完全的( 不完全封闭) 。 4 子壳 在a c i s 中，为了内部处理的需要将壳用子壳( s u b s h e l l ) 拘层次组合来表示。子 壳主要用于求交算法中的盒子测试，a c i s 通过对包含子壳的盒子进行计算和测试， 可以避免对子壳及其派生子壳和面的具体数据的访问，这样系统的性能就大大提 第二章a c i s 平台及s a t 模型几何数据提取 9 高了。 5 面 面( f a c e ) 是空间几何表面( 二维) 的一部分。面可以含有零个或多个由边组成的 环。每个环决定了曲面的内部和外部的划分，它将整个曲面分割成位于面内的部 分和位于面外的部分。如果面没有环，那么面所在的整个曲面被认为是位于面内 部。 6 环 环( l o o p ) 是面的边界中相互连接的公共边的几何，该集合中的公共边可以是首 尾连接而成的一个封闭的环，也可以在某个端点不连接而形成一个开环。如果开 环的任何一个端点是一个有限点，则含有该环的面是不完全的，如果任何一个端 点是无限的，该面是无限面。 7 线 线( w i r e ) 也是边的互联集合，这些边没有附着在面上，不包围某个区间。线可 以表示抽象的物理模型或者一些理想化的对象。线通常也用于组成线框再表面化 而形成壳的操作中。 8 有向边 有向边( c o e d g e ) 记录的是边在环中出现的情况。引入这个概念就允许一个边可 以在一个、两个和更多面中出现，这样就使流型和非流型模型可以同时存在于a c i s 中，环的数据结构中含有指向组成它的某个有向边的指针，通过该指针所表示的 数据中又含有指向环中其他的有向边的指针。 环中的有向边是有方向的，有向边的方向和面的方向遵循右手螺旋法则，如 果面的法线指向实体外部，则沿着有向边的方向看过去，面在有向边的左面。环 中的有向边之间的连接通常是有序连接，并且是双向连接。对于开环来说其中的 有向边不是循环连接在一起的，环的数据结构中含有指向第一条有向边的指针， 而有向边也含有其他指针指向与该面相关的其他有向边。 在流型体的实体中，每个边被严格地连接到两个面中，这样的边具有两个有 向边，每个有向边与其中一个面的环相关联。在这种情况下，这两个有向边的方 向总是相反的。在平面实体中存在仅有一个有向边的边，就是所谓的自由边，它 表示平面实体的边界。 9 边 边( e d g e ) 是与曲线相关的拓扑。边由一个或多个定点界定，边的数据结构中含 有端点处定点的引用，如果边的端点处的引用为b u l l ，则该边在那个方向上无界。 如果所在的曲线无限，则这个边就是未界定边。每个边都含有与它所在的曲线的 方向关联的方向记录( 正向或反向) 。 在a c i s 中，边表示的一个重要特征是在边周围定义类有向边。如果两个面交 l o 通信车电磁兼容模型的网格预剖分技术研究 于一条边，分别来自这两个面的有向边通过有向边指针互相关联。如果在一个边 处有多于两个的面相交，有向边以循环链表的形式组织在一起，由于链表按逆时 针方向表示边附近的这些面的辐射状次序，所以链表的顺序很重要。 1 0 顶点 顶点( v e r t e x ) 界定边，它通常是面或线的交点。顶点的数据结构中含有指向空 间几何点和它所界定的边的指针。经过一个顶点的其他边可以沿着有向边的指针 进行查找而获得。 图2 2 说明了概念上的拓扑对象之间的关系以及拓扑与几何【l l 】之间的关系，这 些对象组成了a c i s 的b r e p 的基础。它们在a c i s 中分别用c + + 类b o d y 、l u m p 、 s h e l l 、s u b s h e l l 、f a c e 、l o o p 、w i r e 、c o e d g e 、e d g e 和v e r t e x 实 现，这些类都派生于e n t i t y 类。 拓扑的定义包含了各元素之间的层次关系。例如一个中空的立方体的拓扑结 构包含了一个体( b o d y ) 、一个块( 1 u m p ) 、两个壳( s h e l l ) 、1 2 个环( 1 0 0 p ) 、2 4 条边( e d g e ) 和1 6 个顶点( v e r t e x ) 。 2 1 2a c i s 的实体对象和属性 实体( 1 2 j ( e n t i t y ) 是a c i s 最基本的对象，实体对象是可以保存到s a t 文件和 从s a t 文件中恢复的对象。所有实体对象都由c + + 类实现，这些类均派生于c + + 类e n t i t y 。e n t i t y 类是a c i s 中最基础的抽象类，e n t i t y 类不可以实例化， 本身不表示a c i s 的对象。它为a c i s 模型中所有的永久实体对象提供了基本的模 型管理功能，a c i s 中所有表示永久实体对象的类都必须从e n t i t y 类派生，只有 这样才可以继承永久实体对象必须的数据和方法。构成a c i s 模型的几何体、拓扑 和属性均继承于e n t i t y 类。 属性( a t t r i b u t e ) 的用途是为实体附加系统或者用户信息，它存储了一些关于实 体的信息，e n t i t y 类本身没有定义这些信息。c + + 属性基类a t t r i b 提供了对所 有属性类的通用的数据和功能。每个实体对象都含有一个属性指针，因此从类 e n t i t y 派生的任何类都可以拥有属性，每个实体可以含有零个或多个属性。属性 的基类a 1 盯鼬b 是基类e n t i t y 的派生类。 属性可以是简单数据、指向其他实体的指针或是与应用程序定义的变长数据 的连接。开发者也可以通过定义a t t r i b 的派生类来定义自己的属性类，并以此 为实体增加应用程序专用数据。用户属性类的派生过程由两个层次组成： 1 组织属性类：它直接派生由a t t r i b 类，没有定义自己的数据和方法，不 能被实例化，它的唯一目的就是标志开发组织拥有哪个属性。 2 应用程序专用属性类：它派生于组织属性类并定义了数据和方法，可以被 第二章a c i s 平台及s a t 模型几何数据提取 1 1 实例化，又可以分成以下几种类型： 简单属性：只包含简单数据，例如可以表示一些实体的材料或颜色之类的属 性。 复杂属性：可以包含指向其他实体的指针，可以表示一些例如尺寸、约束以 及特征等的属性。 连接属性：也叫桥属性，用来将实体和一些应用程序定义的变长度数据连接 在一起。 ， 图2 3 说明了属性的基判1 3 】和派生属性类之间的层次关系。 图2 2 拓扑对象之间的关系和拓扑与几何之间的关系 1 2通信车电磁兼容模型的网格预剖分技术研究 图2 3 派生属性类层次 2 2 基于p r o e 的s a t 文件数据的提取 2 2 1p r o e 与a u t o c a d 的s a t 文件区别 本文所作软件模块在原版本软件模块基于a u t o c a d 产生的s a t 文件格式转换 模块上，加入了对p r o e 的支持。它们之间的区别和联系如下： 1 p r o e 的s a t 文件的头部有四行，a u t o c a d 的s a t 文件的头部有三行。 2 p r o e 的s a t 文件除了文件的头部外，其他的包含实体记录的行每行的开头 都有一个表示行号的字符串，从0 、1 、2 一直到文件末尾按照x 轴负方 向来标示行号。而a u t o c a d 的s a t 文件里面没有表示行号的字符串，而是 直接以f a c e 、l o o p 等各种关键字开始。 3 p r o e 和a u t o c a d 的s a t 文件的最大的区别就是，p r o e 的实体记录行，并 不是每一行都在s a t 文件中占一行，有的数据会占两行。而a u t o c a d 的s a t 文件的实体记录行，每一行数据在s a t 文件中都占一行。 4 p r o e 的s a t 文件的实体记录和a u t o c a d 诸多版本中的实体记录中的数据 存储方式不样，前者表示数据的每一个字符串都是$ 符号和整数的组合。 后者因为版本的不同，有些和p r o e 的表示方式是一样的，有些不一样， 例如a u t o c a d2 0 0 5 的关键字行。 5 p r o e 相对于a u t o c a d 多了一行表示视点的p t l i s t e y e a t t r i b 数据，这一行 数据表示的是e d g e 的编号。e d g e 行的第一个字符串表示的是 p t l i s t e y e a t t r i b ，而这相互指向对方。而a u t o c a d 中是用c o l o r - a d e s k a t t r i b 代替p t l i s t - e y e a t t r i b 来表示的。 第二章a c i s 平台及s a t 模型几何数据提取 1 3 a c i s 几何造型系统支持两种模型文件：s a t ( s t a n d a r da c i st e x t ) 和 s a b ( s t a n d a r da c i sb i n a r y ) 。s a t ( * s a t ) 文件称为a s c i i 文本格式，而s a b ( * s a b ) 文件为二进制格式，除此之外，两种文件中a c i s 模型信息的保存方式是相同的。 因此，又将其称为s a t 文件。 由于s a t 和s a b 文件在保存模型信息的方式上是完全一样的，因此下面仅以 s a t 文件( 后缀名为s a t ) 为例说明。 下面为一个在p r o e n g i n e e r 平台的s a t 文件的一部分内容 5 0 0010 5 8p r o e n g i n e e rb yp a r a m e t r i ct e c h n o l o g yc o r p o r a t i o n ，2 0 0 717 0 8a c i s7 02 4 m o nd e c2 12 2 ：1 3 ：1 82 0 0 9 10 0 1 7 31 9 8 1 5 2 5 5 3 6 5 7 4 5l e 1 0 ob o d y $ 一1 $ 1 $ - 1 $ 2 撑 - 1l u m p $ - 1 $ 1 $ 35 0 拌 - 2t r a n s f o r m $ 1 10o010001oo0lr o t a t en o r e f l e c tn o s h e a r 释 3s h e l l $ 1 $ 1 $ 1 $ 4 $ 15 1 撑 - 4f a c e $ 1 $ 5 $ 6 $ 3 $ 15 7r e v e r s e ds i n g l e 拌 5f a c e $ 1 $ 8 $ 9 $ 3 $ 一1 $ 1 0f o r w a r ds i n g l e 撑 文件的前四行为头信剧1 4 】： 第一行的5 0 0010 。第一个整数5 0 0 代表a c i s 版本，第二个整数0 代表在 本文件中记录的实体数据的总数，第三个整数1 表示文件数据实体的个数，第四 个整数0 标记文件中是否记录了历史数据文件头。 第二行 5 8 p r o e n g i n e e rb yp a r a m e t r i ct e c h n o l o g y c o i 冲o 黜盯i o n ，2 0 0 7 17 08a c i s7 02 4 ，第一个字符串5 8p r o e n g i n e e rb y p a r a m e t r i ct e c h n o l o g yc o i 冲o 黜玎i o n 表示产生本文件的产品i d ，也就 是用哪个工具产生这个a c i s 文件的，此处是由p a r a m e t r i ct e c h n o l o g y c o i 冲o 凡玎i o n 的p r o e n g i n e e r 产生的。第二个字符串2 0 0 7 1 7 08a c i s7 02 4 表示a c i s 的版本信息。 第三行m o nd e c2 12 2 ：1 3 ：1 82 0 0 9 ，这个字符串是产生文件的时间。 第四行l0 0 1 7 3 1 9 8 1 5 2 5 5 3 6 5 7 4 5l e 1 0 ，第一个数字是浮点数l ，表示模型中 一个单位所代表的毫米数，第二个数字是0 0 1 7 3 1 9 8 1 5 2 5 5 3 6 5 7 4 5 ，表示的是两点 距离小于小于这个数值的时候，看做是同一个点，第三个数字1 e 1 0 ，表示的是造 型器的数值精度。 接下来的行是具体的模型数据，在这些行中前缀$ 以及它后面跟的数字代表一 个指针数值，$ 1 表示一个空指针，$ 后面的数值大于或等于0 的，表示这些指针 1 4 通信车电磁兼容模型的网格预剖分技术研究 的编号从0 开始，依次增加。 以第四行为例，该行记录了一个b o d y 对象，该对象含有一个l u n m 对象$ ( 1 ) 和一个t r a n s f o r m 对象( $ 2 ) 。 下面各行内容可以以此类推。 最后一行“e n d o f - a c i s d a t a ”为s a t 文件结束标志，各文件都相同。 该完整s a t 文件保存的模型信息为：一个立方体，其中一个顶点位于坐标系 原点。 2 2 2s a t 文件行关键字及其含义 b o d y 行：以数字编号开头，关键字为b o d y ，后面跟着5 个字符串，第一个字 符串以$ 符号和数字组合，通常数字为1 ，代表空指针。第二个字符串以$ 符号和数 字组合，数字代表的意思是b o d y 下属的l u m p 的行号。第三个字符串以$ 符号和数 字组合，数字一般为1 ，代表空指针。第四个字符串以$ 符号和数字组合，数字代 表t r a n s f 0 1 t n 行的编号。第五个字符串为拌，代表本行的结束。 l u m p 行：以数字编号开头，关键字为l u m p ，后面跟着5 个字符串，第一个字 符串以$ 符号和数字组合，通常数字为1 ，代表空指针。第二个字符串以$ 符号和数 字组合，数字通常为1 ，代表空指针。第三个字符串以$ 符号和数字组合，数字代 表它下属的s h e l l 编号。第四个字符串以$ 符号和数字组合，数字代表的是它所属的 b o d y 的行编号。第五个字符串为群，代表本行的结束。 s h e l l 行：以数字编号开头，关键字为s h e l l ，后面跟着7 个字符串，第一个字 符串以$ 符号和数字组合，通常数字为1 ，代表空指针。第二个字符串以$ 符号和数 字组合，通常数字为1 ，代表空指针。第三个字符串以$ 符号和数字组合，通常数 字为1 ，代表空指针。第四个字符串以$ 符号和数字组合，数字代表它下属的f a c e 编号。第五个字符串以$ 符号和数字组合，通常数字为1 ，代表空指针。第五个字 符串以$ 符号和数字组合，数字代表它所属的l u m p 编号。 f a c e 行：以数字编号开头，关键字为f a c e ，后面跟着9 个字符串，前六个以$ 符号和数字组合。它代表的意义是：第一个$ 符号后面跟的数