实体建模的表示与实现 文档.doc

实体建模的表示与实现1 实体建模表示方法 常用的实体造型表示方法有扫描法、边界表示法、构造立体几何法、混合表示法等。无论那种方法，都要考虑下述的两个问题： 表示方法蕴涵信息的完整性，即它是否唯一地描述了现实生活中的三维物体； 表示方法能表达形体的覆盖率，即定义形体范围的大小。1.1 扫描法 将二维的封闭截面沿给定的轨迹平移或绕给定的轴线旋转而成的。图1-1 扫描成型的实体1.2 边界表示法 通过描述形体的边界来表示一个形体。由于形体的边界是形体与周围环境的分界面，完整地定义了形体边界，也就唯一地定义了形体本身的。图1-2 边界表示法的原理 1.3 构造立体几何法实体几何构造法（CSG：constructive solid geometry）CSG法是一种用体素拼合构成物体的方法。它是目前最常见、最重要的方法之一。用CSG法表示一个物体可用二叉树的形式加以表达，如图1-3所示。图1-4中CSG树的树叶分为两种，一种是基本体素，如长方体、圆柱等；另一种是体素作运动变换时的参数，如平移参数X 等。图中结点表示某种运算。有两类运算子，一类是运动运算子，如平移、旋转等；另一类是集合运算子，指并、交及差，分别用记号*、*、-*表示。图1-3 同一形体的不同CSG结构 图1-4定义形体的CSG树CSG树中的每个子树都代表部分体素的组合，树根代表最终拼合成的物体。CSG树可能是一颗不完全的二叉树，这取决于用户拼合物体时所设计的步骤。CSG树代表了CSG方法的数据结构，可以采用遍历算法进行拼合运算。CSG树无二义性，但并不唯一，它的定义域取决于所用体素以及所允许的几何变换和正则集合运算算子。若体素是正则集，只要体素叶子是合法的，正则集的性质就保证了任何CSG树都是合法的正则集。CSG表示的优点有：1) 数据结构比较简单，数据量比较小，内部数据的管理比较容易。2) CSG表示可方便地转换成边界（Brep）表示。3) CSG方法表示的形体的形状，比较容易修改。CSG表示的缺点有：1) 对形体的表示受体素的种类和对体素操作种类的限制，也就是说，CSG方法表示形体的覆盖域有较大的局限性。2) 对形体的局部操作不易实现，例如，不能对基本体素的交线倒圆角。3) 由于形体的边界几何元素（点、边、面）是隐含地表示在CSG中，故显示与绘制CSG表示的形体需要较长的时间。1.4 CSG与B-rep混合表示模型通过上面的介绍可知，上述实体构造方法各有优缺点：形体表示以特征表示和构造的实体几何表示（CSG）最为方便，但是从计算机对形体的管理和操作运算角度看，以边界表示（B-rep）最为实用。所以，近年来大型CAD系统都采用多种模型表示的方法。图4-18所示为一混合模型的典型架构。CSG模型中只定义了它所表示物体的构造方式，它既不存储顶点、棱边、表面等物体有关的边界信息，也未显式定义三维点集与所表示物体在空间的一一对应关系，所以CSG树又被称为物体的隐式模型和算法模型。CSG树表示一个复杂实体时，常常比较简洁，它所表示物体的有效性是由基于物体（体素）的有效性和集合运算的正则性而自动得到保证。CSG树的缺点是不适合对集合物体形状作局部的修改，而且在生成工程设计中常用的线框图时效率很低。在实际应用中，常常把CSG树与B-rep表示结合起来使用，相互补充。几何输入系统CSG模型B-rep模型其它程序用户几何核心显示图1-5 混合表示模型的典型架构2 特征建模技术 产品的几何建模不足以提供产品整个生命周期中所需要的全部信息,这就要求产品的几何模型向产品模型发展。而特征建模技术是建立产品模型的一个重要途径。产品特征可分为形状特征、尺寸公差特征和技术特征等，在此主要讨论与实体造型有密切关系的形状特征。3 实体建模的实现3.1 草图绘制 草图是特征生成所依赖的曲线组合。绘制草图的过程可以分为确定草图基准平面，选择草图状态，图形的绘制，图形的编辑和草图参数化修改等五步。 3.2 实体特征在制造工程师中，提供了四种基本实体特征工具分别是拉伸增/除料，旋转增/除料，放样增/除料，导动增/除料。3.3 实体造型实例一分析过程： (1)形体分析（底板、空心圆台、筋板）； (2)用适当增/除料方式生成各部分形体（附属特征后做）。1)生成底板(根据俯视图作出草图拉伸增料生成底板整体拉伸除料生成内槽)2)生成空心圆台(以底板内槽上表面为草图基准面作出R45带拔模斜度拉伸增料生成圆台以圆台的上表面为草图基准面作出40拉伸除料生成空心圆台)3)生成筋板(作出斜线草图生成筋板拔模)4)作附属特征3.4实体造型实例分析过程： (1)形体分析（底板、2个凸台）； (2)用适当增/除料方式生成各部分形体（附属特征后做）。1)生成底板(根据俯视图作出草图带拔模斜度拉伸增料生成底板)2)生成带凹坑的两个凸台(以底板的上表面为草图基准面作出凸台草图带拔模斜度拉伸增料生成圆台旋转除料生成凹坑拉伸除料生成通孔)3)生成底板中空部分(以底板的上表面为草图基准面作出中空部分草图贯穿方式拉伸除料)4)作附属特征4实体关系建模软件行业中最常被误解的一个术语实际上是我们非常熟悉的一个：实体关系（ER）。这是因为我们经常缺少一种能被开发团队的所有成员理解的共同定义。我们假定团队的每个成员都对与 ER 和 ER 建模相关的方法学、语法和机制（mechanics）有着同样清楚的理解。 ER 建模的四个必要元素是：1. 实体类型 2. 属性 3. 关系类型 4. 关系属性4.1实体类型实体类型是具有相同的结构并在企业内部独立存在的一组工件。Employees 或 Products 就是实体类型的例子。工件的一次出现就是一个实体。虽然实体类型描述了结构，但是实体本身标识了单个实例以及该实例的所有数据。Employee Joe Ward 就是 Employees 实体的一个例子。图 4-1实体类型 Employees 和实体 Employees Joe Ward4.2属性实体类型的结构是用属性定义的。属性可看作实体类型的特征。Employee 的属性可能有姓名、住址、社会安全号码、出生日期、参加工作日期以及职务等。实体通过属性值来互相区分。由于实体的属性可能有相同的值，如果这样我们就不能区分某些特定的实体。因此，我们必须保证特定实体的属性值与其他实体的属性值不同。各个 Employee 都有一个唯一的姓名和社会安全号码属性组合。Employee 的属性值的一个例子是：Joe Ward，地址为 34 Main Road, Redmond, WA, 98053，社会安全号码为 555-32-2222，出生于 1971 年 9 月 7 日，2001 年十月 1 日加入公司，是家电服务工程师。图4-2实体类型 Employee 的属性以及实体 Employee Joe Ward 的属性值4.3关系类型实体类型描述了独立工件，而关系类型描述了实体类型间有意义的关联。更准确的说，关系类型描述了参与该关系的实体类型的实体可以构建一个有意义的关联。实体间实际发生的关联被称为一种关系。有一点我们必须理解：尽管我们已经定义了一种关系类型，但是这并不意味着每一对实体都构建了一种关系。关系类型规定了发生关系的类型。关系类型的一个例子是 Employee 拥有 Product。在该例中，关系类型是 Owns。关系本身是：Employee Joe Ward 拥有一种产品-一部编号 320 TS 03880 的黄色电话机。图4-3雇员 Joe Ward 和序号 320 TS 03880 的产品之间的拥有关系类型和拥有关系4.4关系类型的属性关系类型还可以包含属性。比如，Employee 和 Product 间的关系类型 Services 可以包含属性 Date 和 Status，标识了服务的日期以及服务之后产品的状态。当