搜索中性文件的三維CAD零件模型異地傳輸特性研究
2013-05-15 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來(lái)源:仿真在線
劉學(xué)術(shù) 高航 郭東明 來(lái)源:萬(wàn)方數(shù)據(jù)
關(guān)鍵字:三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 網(wǎng)絡(luò)傳輸 數(shù)據(jù)交換 中性文件 重構(gòu)
為實(shí)現(xiàn)三維CAD零件模型的異地快速傳輸,提出了一種以記事本為數(shù)據(jù)文件載體,在獲得模型中所包含的特征信息后構(gòu)建中性文件,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸該中性文件并在異地通過(guò)對(duì)模型的自動(dòng)重構(gòu)實(shí)現(xiàn)大型三維cAD模型的異地快速精確傳輸?shù)姆椒?。?duì)該方法的傳輸性能進(jìn)行了測(cè)試,結(jié)果表明該方法可使傳輸?shù)臄?shù)據(jù)文件縮小50倍以上,傳輸速率達(dá)50kbps以上。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,三維CAD技術(shù)為機(jī)械產(chǎn)品的高效、智能化設(shè)計(jì)提供了新的技術(shù)手段。三維CAD具有在設(shè)計(jì)過(guò)程中更加直觀、更便于實(shí)時(shí)編輯處理、設(shè)計(jì)的圖樣更容易修改等優(yōu)點(diǎn),但由于其文件本身包含的大量信息,致使模型文件所占空間成倍增加,尤其對(duì)于大型的復(fù)雜裝備產(chǎn)品,其產(chǎn)品三維CAD模型所占空問(wèn)甚至達(dá)到幾百兆。在基于網(wǎng)絡(luò)的異地協(xié)同設(shè)計(jì)。過(guò)程中,對(duì)幾十兆至幾百兆的三維CAD模型文件的網(wǎng)絡(luò)直接傳輸,往往需要數(shù)分鐘至幾十分鐘的時(shí)間,甚至導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)無(wú)法傳輸,由此成為制約網(wǎng)絡(luò)異地協(xié)同設(shè)計(jì)交流的瓶頸問(wèn)題之一。另外,由于CAD模型的復(fù)雜性,在同步協(xié)同CAD系統(tǒng)中,三維CAD模型能否通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行快速傳輸對(duì)協(xié)同設(shè)計(jì)的同步效果起著十分重要的作用。其中三維CAD網(wǎng)格模型快速傳輸技術(shù)相對(duì)容易。然而作為CAD模型的逼近表示,網(wǎng)格模型雖然能支持產(chǎn)品的瀏覽和標(biāo)注,但它無(wú)法用于產(chǎn)品的精確設(shè)計(jì)和修改。因此找到一個(gè)能實(shí)現(xiàn)三維CAD模型異地精確快速傳輸?shù)姆椒ㄊ菍?shí)現(xiàn)同步網(wǎng)絡(luò)異地協(xié)同設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。
對(duì)三維CAD模型的異地傳輸方法的研究是隨著協(xié)同設(shè)計(jì)的發(fā)展而逐漸深入的。為了實(shí)現(xiàn)真正意義上的異地實(shí)時(shí)協(xié)同設(shè)計(jì),必須實(shí)現(xiàn)模型文件的異地實(shí)時(shí)快速傳輸。對(duì)于傳輸方法的研究概括起來(lái)可以分為兩大類:a)非精確三維CAD模型的傳輸方法,如李公立等人提出的三維模型的漸進(jìn)式編碼與流式傳輸技術(shù),蔡鴻明等人提出的擴(kuò)展CSG方法等。它們都是通過(guò)對(duì)三維幾何模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)膲嚎s、簡(jiǎn)化,進(jìn)而減小所要傳輸?shù)奈募兴男畔⒘?并采用多媒體的流式傳輸方法實(shí)現(xiàn)異地的快速傳輸;不足之處是所傳輸?shù)哪Ｐ褪欠蔷_的幾何模型,該模型不能用于再編輯。b)精確的CAD模型傳輸方法,如王琪等人提出的基于變動(dòng)基元集的精確CAD模型的增量傳輸思想,劉偉偉等人提出的基于C/P(命令/參數(shù))消息的數(shù)據(jù)傳輸方式等。其共性為通過(guò)提取建模過(guò)程中操作命令的相關(guān)信息并將該信息傳給目的地,通過(guò)對(duì)命令的再現(xiàn)實(shí)現(xiàn)你見(jiàn)即我見(jiàn)的實(shí)時(shí)協(xié)同。設(shè)計(jì)不足之處是前者僅僅為提出的一種設(shè)想,沒(méi)有給出具體的方法和方法的有效性;后者并未考慮零件的傳輸方法及操作命令的再現(xiàn)過(guò)程,也未對(duì)該方法的優(yōu)越性加以驗(yàn)證。
本文采用中性文件的方式,以記事本作為中性文件的載體,通過(guò)異地重構(gòu)實(shí)現(xiàn)三維CAD零件模型的異地快速傳輸,并對(duì)此方法的傳輸特性進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明,該方法可實(shí)現(xiàn)零件三維CAD模型的異地精確傳輸。
1基于特征的模型信息表達(dá)及分析
一般來(lái)說(shuō),特征是對(duì)特定的活動(dòng)或應(yīng)用有意義的對(duì)象。特征對(duì)于不同的人員具有不同的含義,對(duì)于設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)特征信息應(yīng)包括兩方面信息:a)特征的類型,即形狀、確定形狀的尺寸和特征所包含的面的信息;b)特征的定位關(guān)系,即定位的方式、方位及尺寸約束。
三維CAD軟件的建模過(guò)程就是通過(guò)對(duì)各種特征的個(gè)性定制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)零件的精確描述。對(duì)于特征信息的描述,筆者借鑒參考文獻(xiàn)[9]提出的用特征編碼的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)特征進(jìn)行描述的思想,并考慮到建模過(guò)程中的實(shí)際情況,以拉伸特征為例,用表1所示的方式對(duì)旋轉(zhuǎn)特征進(jìn)行編碼。由該編碼方式生成的部分中性文件如圖l所示;單一特征模型文件與中性文件的比較如圖2所示。
表1旋轉(zhuǎn)特征部分編碼表
本設(shè)計(jì)的初衷是通過(guò)構(gòu)建較小的中性文件來(lái)減小網(wǎng)絡(luò)間所傳遞的信息量,進(jìn)而保證三維模型的異地快速傳輸;同時(shí)通過(guò)對(duì)中性文件的重構(gòu)操作以保證傳輸?shù)木_性,即傳輸?shù)疆惖氐哪Ｐ臀募Ａ粼Ｐ偷乃行畔?并具有再編輯性。雖然目前三維CAD軟件種類繁多,但就建模過(guò)程所使用的操作而言,主要包括拉伸(extmde)、旋轉(zhuǎn)(”evolve)、掃描(sweep)等基本操作及如倒角(mund)、陣列(pattem)等輔助操作。而這些操作中包含著模型的幾何信息和拓?fù)湫畔?這些信息以何種方式存儲(chǔ)是決定異地傳輸時(shí)傳輸文件大小的關(guān)鍵。筆者以Pno/E軟件為例,對(duì)幾種主要操作所生成特征的存儲(chǔ)方式進(jìn)行了比較,如圖3所示。從圖中可見(jiàn),對(duì)于如拉伸、旋轉(zhuǎn)等基本操作生成的單一特征轉(zhuǎn)換為中性文件后,可縮小100倍以上;而對(duì)于如倒圓角、陣列等輔助操作生成的單一特征,在轉(zhuǎn)換為中性文件后也可縮小40多倍。
對(duì)于同一操作,通過(guò)參數(shù)的設(shè)置可以生成不同的特征,如拉伸操作可生成拉伸特征和剪切特征等。對(duì)于一個(gè)零件模型,可能會(huì)包含同一特征的不同實(shí)例,圖4和5給出了特征數(shù)量對(duì)模型文件和中性文件大小的影響。從圖中可見(jiàn),對(duì)于基本操作所生成的特征,其模型文件和中性文件大小與特征數(shù)量基本成正比;而對(duì)于輔助操作所生成的特征,其模型文件大小與數(shù)量成正比,而中性文件則基本不變。由此不難看出,對(duì)于使用輔助操作較多的模型文件,轉(zhuǎn)換成中性文件后,更有利于提高其異地傳輸速度。
采用本文所述的方法傳輸模型文件可以減少網(wǎng)絡(luò)傳輸中所耗費(fèi)的時(shí)間,但是否能提高傳輸效率還需綜合考慮。對(duì)于本文所述的傳輸方法,模型異地傳輸所用時(shí)間應(yīng)包括三部分:提取特征信息所用時(shí)間、傳輸中性文件所用時(shí)間和異地重構(gòu)特征所用時(shí)問(wèn)。對(duì)于不同的特征,其數(shù)量對(duì)特征信息提取和重構(gòu)時(shí)間的影響如圖5、6所示。從圖中可見(jiàn),對(duì)于基本操作所生成的特征,其鶯構(gòu)時(shí)間與特征數(shù)量呈正比;而輔助操作所生成的特征,其變換較緩甚至不變,這不僅與輔助操作類型有關(guān),而且與建模手段有關(guān)。
2實(shí)例驗(yàn)證
為驗(yàn)證本文方法的可行性和有效性,筆者以proe軟件為平臺(tái),通過(guò)該軟件二次開(kāi)發(fā)工具Pro/Tookit開(kāi)發(fā)了具有特征提取與再現(xiàn)功能的程序,并開(kāi)發(fā)了數(shù)據(jù)文件傳輸工具。以某機(jī)床的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)底座零件為例對(duì)該方法加以驗(yàn)證。該工作臺(tái)底座的結(jié)構(gòu)如圖7所示。本文方法的最終目的是在保證精確傳輸?shù)那疤嵯绿岣吣Ｐ偷漠惖貍鬏斔俣?因此必須對(duì)模型直接傳輸方式和本文所用方式的傳輸效率進(jìn)行比較。筆者對(duì)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)底座模型基于中性文件傳輸方法的測(cè)試結(jié)果如圖8所示。從圖中可見(jiàn),本文所述的傳輸方法在整個(gè)傳輸過(guò)程中,模型異地重構(gòu)時(shí)間在傳輸總時(shí)間的比例較大,且隨傳輸特征數(shù)量的增加,模型重構(gòu)時(shí)間占異地傳輸總時(shí)間百分比逐漸增加,如圖9所示。傳輸總時(shí)間中信息提取耗時(shí)和模型重構(gòu)耗時(shí)的多少取決于用戶所用計(jì)算機(jī)的性能,筆者所用的計(jì)算機(jī)CPU為P42.4cHz,內(nèi)存1GB;而數(shù)據(jù)傳輸耗時(shí)取決于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大小和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。從圖8中可見(jiàn),在基于中性文件的模型異地傳輸中數(shù)據(jù)傳輸耗時(shí)基本可忽略不計(jì)。
對(duì)于異地用戶而言,一般都是利用公網(wǎng)進(jìn)行文件傳輸,公網(wǎng)上的文件傳輸速度一般在十幾kbps到幾十kbps左右。而對(duì)于本文所述的傳輸方法,按模型大小和傳輸總時(shí)間換算的傳輸速率如圖10所示。從圖中可見(jiàn),其傳輸速率達(dá)50kbps以上,高于一般公網(wǎng)的傳輸速率。另外文本所用實(shí)例,其建模過(guò)程中所用輔助操作較少,僅17、18兩特征為輔助操作生成的特征。從圖中可見(jiàn),傳輸17或18個(gè)特征得到的傳輸速率略高于傳輸16個(gè)特征得到的傳輸速率。因此,對(duì)于模型中輔助操作較多的文件,其傳輸速率會(huì)更高。
3結(jié)束語(yǔ)
本文在分析和總結(jié)前人對(duì)三維CAD模型異地傳輸和轉(zhuǎn)換研究的基礎(chǔ)上,提出利用構(gòu)建中性文件實(shí)現(xiàn)三維CAD模型的異地快速精確傳輸,并對(duì)此方法的可行性和有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。采用中性文件記錄模型信息可使存儲(chǔ)數(shù)據(jù)縮小50倍左右,其傳輸速率可達(dá)到50kbps以上。另外,以記事本為模型信息載體的中性文件可作為三維CAD模型的一種新的存儲(chǔ)方式,也有利于對(duì)于重要產(chǎn)品數(shù)據(jù)的加密處理;同時(shí),針對(duì)不同的三維CAD軟件,利用相應(yīng)的開(kāi)發(fā)工具開(kāi)發(fā)不同的特征信息提取與再現(xiàn)工具,還可輕松實(shí)現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換操作。
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