預製構件的三維建模系統及三維建模方法
2023-05-12 04:53:01 1
預製構件的三維建模系統及三維建模方法
【專利摘要】本發明提供一種預製構件的三維建模系統及三維建模方法，該三維建模系統包括：建模規則維護模塊；框架模型庫維護模塊；整機參數化建模模塊，讀取並解析框架模型庫中所需建立的預製構件的框架模型及其建模規則，並根據輸入的零部件類型、特徵類型以及參數，對所述框架模型進行實例化，建立預製構件的零部件及其裝配模型；三維模型生成引擎，根據建立的預製構件的零部件及其裝配模型，生成預製構件的三維模型。本發明主要在於將預製構件建模規則與框架模型相分離，預製構件的建模規則可以方便地添加和修改，通過通用、可定製的零部件庫和建模規則，可以快速生成滿足不同設計需求的整機參數化建模，並生成預製構件的三維模型。
【專利說明】預製構件的三維建模系統及三維建模方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及三維建模領域，特別是涉及一種預製構件的三維建模系統及三維建模方法。
【背景技術】
[0002]隨著CAD/CAM技術的發展，參數化設計已經成為CAD中最熱門的應用技術之一，在製造業中正發揮著越來越重要的作用。目前工程設計已經從傳統的數據資源密集型轉化為信息密集型和知識密集型，在預製構件設計過程中為了避免大量的重複開發工作，提高預製構件的效率，節約開發成本，需要採用適當的參數化設計方法對預製構件進行三維建模，使同一系列預製構件的第二次設計以及後續設計可直接通過利用和修改第一次的設計來實現。可見，參數化設計方法是預製構件模型修改和變型設計的需要，是設計自動化所採用的關鍵技術之一。
[0003]目前國內外進行參數化設計的研究已經突破了傳統參數化設計中結構參數定義自下而上的設計理念，提出了自上而下的總體參數控制方法；並提出了提取設計人員的設計思路，固化設計規則，從而實現自動化的參數設計方法。但是，這種參數化設計方法還有很大的局限性，其總體參數控制受預定的參數結構約束，不能對設計方案作及時響應，無法進行實時的改變；而固化的設計規則限制系統只能適用於某特定類型的預製構件，不具有通用性和可拓展性。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於提供一種預製構件的三維建模系統及三維建模方法，以解決現有技術中設計規則僵化而欠缺通用性和可拓展性等問題。
[0005]為解決上述技術問題及其他技術問題，本發明提供在一方面提供一種預製構件的三維建模系統，包括:建模規則維護模塊，用於維護預製構件、組成預製構件的零部件及其特徵的建模規則；框架模型庫維護模塊，用於將預製構件、組成預製構件的零部件及其特徵的框架模型按照一定層次結構分類存儲至框架模型庫中並進行維護，其中，存儲的預製構件、組成預製構件的零部件及其特徵的框架模型通過所述建模規則維護模塊添加有所述建模規則維護模塊中的所述建模規則；整機參數化建模模塊，用於讀取並解析所述框架模型庫中所需建立的預製構件的框架模型及其建模規則，生成用於選擇零部件類型和特徵類型、以及輸入參數的用戶界面，並根據輸入的零部件類型、特徵類型以及參數，對所述框架模型進行實例化，自動建立預製構件的零部件及其裝配模型，實現預製構件整機的參數化建模；三維模型生成引擎，用於根據所述整機參數化建模模塊建立的預製構件的零部件及其裝配模型，在CAD應用環境下生成預製構件的三維模型。
[0006]本發明預製構件的三維建模系統的進一步改進在於，所述建模規則包括對預製構件的零部件裝配關係、主參數定義、參數關聯關係、特徵定義、特徵關聯、零部件約束、以及系列特徵的描述。[0007]本發明預製構件的三維建模系統的進一步改進在於，所述框架模型包括裝配框架和零件框架，其中，所述裝配框架為加入有虛組件的裝配模型，所述虛組件僅定義裝配位置和基本尺寸；所述零件框架為加入有虛特徵的組件模型，所述虛特徵僅定義位置和方位。
[0008]本發明預製構件的三維建模系統的進一步改進在於，所述框架模型庫包括零部件庫和特徵庫。
[0009]本發明預製構件的三維建模系統的進一步改進在於，所述整機參數化建模模塊解析所述框架模型庫中預製構件的框架模型及其建模規則，以直觀的構件樹的形式予以顯
/Jn ο
[0010]本發明在另一方面提供一種預製構件的三維建模方法，包括:1)建立預製構件、組成預製構件的零部件及其特徵的框架模型；2)利用建模規則維護模塊在所述框架模型上添加建模規則；3)利用框架模型庫維護模塊按照一定層次結構將添加有建模規則的所述框架模型分類存儲至框架模型庫中；4)調用整機參數化建模模塊，從所述框架模型庫中讀取並解析所需建立的預製構件的框架模型及其建模規則，生成用於選擇零部件類型和特徵類型、以及輸入參數的用戶界面，並根據輸入的零部件類型、特徵類型以及參數，自動建立預製構件的零部件及其裝配模型，實現預製構件整機的參數化建模；5)利用三維模型生成引擎，根據建立的預製構件的零部件及其裝配模型，在CAD應用環境下生成預製構件的三維模型。
[0011]本發明預製構件的三維建模方法的進一步改進在於，在步驟I)中，建立預製構件、組成預製構件的零部件及其特徵的框架模型是在CAD應用環境下建立的。
[0012]本發明預製構件的三維建模方法的進一步改進在於，在步驟4)中，具體包括:
4-1)讀取存儲有預製構件的框架模型庫的資料庫表，以樹形結構顯示預製構件、零部件和特徵的分類層次關係；4_2)從所述框架模型庫中讀取所需建立的預製構件及其零部件的框架模型，對預製構件及其零部件的框架模型的建模規則進行解析，將預製構件及其零部件處理成樹形結構的預製構件裝配樹；4-3)建立零部件、特徵、以及參數之間的關聯關係，以直觀的方式予以顯示；4_4)根據用戶的參數輸入、零部件類型選擇和特徵選擇，確定整個預製構件的零部件及其特徵的類型、數量以及參數；4_5)自動建立預製構件的零部件及其裝配模型，實現預製構件整機的參數化建模。
[0013]本發明預製構件的三維建模方法的進一步改進在於，在步驟4-4)中，還包括:對預製構件結構樹及零部件/特徵和參數關係進行實時調整。
[0014]本發明預製構件的三維建模方法的進一步改進在於，在步驟5)中，包括:遍歷所述預製構件裝配樹，根據整機參數化算法，生成創建當前預製構件的三維模型的模型生成描述語句；啟動三維模型生成引擎，依次執行模型生成描述語句，生成當前預製構件的三維幾何模型。
[0015]如上所述，本發明提供的預製構件的三維建模系統及三維建模方法，主要在於將預製構件建模規則與框架模型相分離，通過對預製構件幾何模型及其建立過程的特點分析，提出並實現了一套適合各種預製構件建模需求的整機參數化建模腳本語言，其中，預製構件的建模規則可以通過簡單地語法用腳本文件描述，可以方便地添加和修改，極大地提高了系統的柔性，並且通過通用、可定製的零部件庫和建模規則，可以快速生成滿足不同設計需求的整機參數化建模，並在三維模型生成引擎下生成預製構件的三維模型。【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明預製構件的三維建模系統在一個實施方式中的基本框架圖；
[0017]圖2為本發明預製構件的三維建模方法在一個實施方式中的流程示意圖；
[0018]圖3為圖2中步驟S207的進一步流程分解圖。
【具體實施方式】
[0019]以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。
[0020]請參閱附圖。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪製，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為複雜。
[0021]請參閱圖1，顯示為本發明預製構件的三維建模系統在一個實施方式中的基本框架圖。如圖1所示，所述預製構件的三維建模系統包括:建模規則維護模塊11、框架模型庫維護模塊13、整機參數化建模模塊15、以及三維模型生成引擎17。本發明預製構件的三維建模系統應用於工程設計中，用於在預製構件設計工程中採用適當的參數化設計對各類常見的預製構件進行三維建模。需說明的是，本發明預製構件的三維建模系統在CAD應用環境下實施的，其中，所述CAD應用環境包括但不限於以下設計工具:AutoCAD、PRO/E、UG、SoIidWorks ο
[0022]以下針對上述各個模塊進行詳細描述。
[0023]建模規則維護模塊11用於維護預製構件、組成預製構件的零部件及其特徵的建模規則。建模規則從形式上看是一套具有一定格式的腳本語言，其基本語義包括對預製構件的零部件裝配關係、主參數定義、參數關聯關係、特徵定義、特徵關聯、零部件約束、系列特徵等信息的描述。通過這套腳本語言，可以方便地對整機參數化的建模規則進行定義。在本發明中，建模規則維護模塊11對預製構件、組成預製構件的零部件及其特徵的建模規則進行維護主要體現在:維護(例如保存)當前的建模規則；提供「建模規則維護」界面，顯示當前的建模規則，並允許用戶增加新的建模規則或者對當前的建模規則進行擴充/修改，從而具有良好的可配置性，可以適應不同預製構件快速建模的需求。由此，在本發明中，利用建模規則維護模塊11，可對由CAD設計工具(例如:AutoCAD、PRO/E、UG、或SolidWorks)建立的預製構件、組成預製構件的零部件及其特徵的框架模型上添加上建模規則。
[0024]框架模型庫維護模塊13用於將通過建模規則維護模塊11添加有建模規則的預製構件、組成預製構件的零部件及其特徵的框架模型按照一定層次結構分類存儲至框架模型庫中並進行維護。在本發明中，所謂框架模型，是指在對某一類相似結構的預製構件模型進行抽象、歸納的基礎上，利用「虛零件」和「虛特徵」的概念，建立的簡要結構模型，其本質是一種可視化的整機參數化框架表達。所述框架模型包括「裝配框架」和「零件框架」，其中，「裝配框架」是一種加入了「虛組件」的裝配模型，「虛組件」是一種只定義裝配位置(用一個局部坐標系完成)和基本尺寸，沒有具體結構的組件模型。用戶在設計過程中選擇具體的組件實例，賦予其具體參數後，系統自動用組件實例替換「虛組件」形成實際的裝配；「零件框架」是一種加入了 「虛特徵」的組件模型，「虛特徵」是一種只定義位置和方位(用一個局部坐標系完成)，沒有具體結構的特徵表示，用戶在設計過程中選擇具體的特徵實例，賦予具體參數後，系統自動用特徵實例替代虛特徵形成實際的組件。另外，框架模型庫維護模塊13所維護的框架模型庫具體包括零部件庫14和特徵庫16，其中，零部件庫14存儲有基於建模規則的預製構件模型，包括:零部件組成、主參數、裝配特徵、形狀特徵、參數關聯、特徵關聯等，特徵庫16存儲有與組成預製構件的零部件相關的特徵信息，包括:主參數、裝配特徵、形狀特徵、參數關聯、零部件關聯等。再有，添加有建模規則的預製構件、組成預製構件的零部件及其特徵的框架模型是按照一定層次結構分類存儲的。
[0025]整機參數化建模模塊15用於讀取並解析所述框架模型庫中所需建立的預製構件的框架模型及其建模規則，並根據輸入的零部件類型、特徵類型以及參數，對所述框架模型進行實例化，自動建立預製構件的零部件及其裝配模型。在本發明中，利用整機參數化建模模塊15可調取預製構件的框架模型及其建模規則，並根據實習需求，選擇所需的零部件/零部件組合及其建模規則中的各類參數，從而確定所要建模的預製構件的零部件及其特徵的類型、數量以及參數。具體地，整機參數化建模模塊15包括:讀取存儲有預製構件的框架模型庫的資料庫表，以樹形結構顯示預製構件、零部件和特徵的分類層次關係；從所述框架模型庫中讀取所需建立的預製構件及其零部件的框架模型，對預製構件及其零部件的框架模型的建模規則進行解析，將預製構件及其零部件處理成樹形結構的預製構件裝配樹；建立零部件、特徵、以及參數之間的關聯關係，以直觀的方式予以顯示；根據用戶的參數輸入、零部件類型選擇和特徵選擇，確定整個預製構件的零部件及其特徵的類型、數量以及參數；自動建立預製構件的零部件及其裝配模型，實現預製構件整機的參數化建模。
[0026]三維模型生成引擎17用於根據整機參數化建模模塊15建立的預製構件的零部件及其裝配模型，生成預製構件的三維模型。在本發明中，三維模型生成引擎17獲得整機參數化建模模塊15建立的預製構件的零部件及其裝配模型所確定的模型生成描述，生成預製構件的三維模型，後續，在CAD應用環境下由CAD設計工具(例如:AutoCAD、PR0/E、UG、或Solidfforks)根據三維模型生成引擎17生成的預製構件的三維模型繪製出預製構件的三維模型的繪圖。
[0027]後續，用戶通過校驗繪製出的預製構件的三維模型繪圖，若需要進一步修改的，則可再次利用整機參數化建模模塊15提供的用戶界面進行參數輸入、零部件類型選擇和特徵選擇等，以使整機參數化建模模塊15再次作建立預製構件的零部件及其裝配模型，完成預製構件整機的參數化建模。
[0028]請參閱圖2，其為本發明預製構件的三維建模方法在一個實施方式中的流程示意圖。本發明預製構件的三維建模方法是利用如圖1所示的預製構件的三維建模系統來實現預製構件的三維建模。
[0029]結合圖1和圖2，本發明預製構件的三維建模方法包括如下步驟:
[0030]步驟S201，建立預製構件、組成預製構件的零部件及其特徵的框架模型。在本發明中，建立預製構件、組成預製構件的零部件及其特徵的框架模型是在CAD應用環境下由CAD設計工具(例如:AutoCAD、PR0/E、UG、或 SolidWorks)建立的。[0031]步驟S203，利用建模規則維護模塊11在所述框架模型上添加建模規則。在本發明中，建模規則從形式上看是一套具有一定格式的腳本語言，其基本語義包括對預製構件的零部件裝配關係、主參數定義、參數關聯關係、特徵定義、特徵關聯、零部件約束、系列特徵等信息的描述。通過這套腳本語言，可以方便地對整機參數化的建模規則進行定義。
[0032]步驟S205，利用框架模型庫維護模塊13按照一定層次結構將添加有建模規則的所述框架模型分類存儲至框架模型庫中。在本發明中，框架模型庫維護模塊13所維護的框架模型庫具體包括零部件庫14和特徵庫16，其中，零部件庫14存儲有基於建模規則的預製構件模型，包括:零部件組成、主參數、裝配特徵、形狀特徵、參數關聯、特徵關聯等，特徵庫16存儲有與組成預製構件的零部件相關的特徵信息，包括:主參數、裝配特徵、形狀特徵、參數關聯、零部件關聯等。
[0033]步驟S207，調用整機參數化建模模塊15，從框架模型庫中讀取並解析所需建立的預製構件的框架模型及其建模規則，生成用於選擇零部件類型和特徵類型、以及輸入參數的用戶界面，並根據輸入的零部件類型、特徵類型以及參數，自動建立預製構件的零部件及其裝配模型，實現預製構件整機的參數化建模。
[0034]如圖3所示，步驟S207進一步包括:
[0035]步驟S2071，裝載預製構件框架模型庫結構:讀取存儲有預製構件的框架模型庫的資料庫表，以樹形結構顯示預製構件、零部件和特徵的分類層次關係。
[0036]步驟S2073，從所述框架模型庫中讀取所需建立的預製構件及其零部件的框架模型，對預製構件及其零部件的框架模型的建模規則進行解析，將預製構件及其零部件處理成樹形結構的預製構件裝配樹。在本發明中，調用整機參數化建模模塊15提供有用戶界面，以供用戶選擇所需建立的預製構件的類型。
[0037]步驟S2075，建立零部件、特徵、以及參數之間的關聯關係，以直觀的方式予以顯示。在本發明中，調用整機參數化建模模塊15生成有用於選擇零部件類型和特徵類型、以及輸入參數的用戶界面，供用戶進行零部件和特徵的選擇以及參數的輸入。這裡，對於參數，可以輸入所需的參數並修改關聯參數；對於零部件類型，可以選擇所需的零部件類型並裝載相應的框架模型，從而更新預製構件裝配樹；對於特徵，可以選擇所需的特徵並更改關聯特徵，從而更新預製構件裝配樹。同時，用戶可以通過在用戶界面的選擇和輸入，可對形成的不同的預製構件裝配樹進行預覽和比較，從而通過不停的調試，獲得理想的預製構件裝配樹。
[0038]步驟S2077，根據用戶的參數輸入、零部件類型選擇和特徵選擇，確定整個預製構件的零部件及其特徵的類型、數量以及參數。在該步驟S2077中，還可以對預製構件結構樹及零部件/特徵和參數關係進行實時調整。
[0039]步驟S2079，自動建立預製構件的零部件及其裝配模型，實現預製構件整機的參數化建模。
[0040]步驟S209，利用三維模型生成引擎17，根據建立的預製構件的零部件及其裝配模型，在CAD應用環境下生成預製構件的三維模型。在本發明中，步驟S209更進一步包括:遍歷所述預製構件裝配樹，根據整機參數化算法，生成創建當前預製構件的三維模型的模型生成描述語句；啟動三維模型生成引擎，依次執行模型生成描述語句，生成當前預製構件的三維幾何模型。[0041]後續，在CAD應用環境下由CAD設計工具(例如:AutoCAD、PRO/E、UG、或Solidfforks)根據三維模型生成引擎17生成的預製構件的三維模型繪製出預製構件的三維模型的繪圖。
[0042]用戶通過校驗繪製出的預製構件的三維模型繪圖，若需要進一步修改的，則可再次利用整機參數化建模模塊15提供的用戶界面進行參數輸入、零部件類型選擇和特徵選擇等，以使整機參數化建模模塊15再次作建立預製構件的零部件及其裝配模型，完成預製構件整機的參數化建模。
[0043]綜上所述，本發明提供的預製構件的三維建模系統及三維建模方法，主要在於將預製構件建模規則與框架模型相分離，通過對預製構件幾何模型及其建立過程的特點分析，提出並實現了一套適合各種預製構件建模需求的整機參數化建模腳本語言，其中，預製構件的建模規則可以通過簡單地語法用腳本文件描述，可以方便地添加和修改，極大地提高了系統的柔性，並且通過通用、可定製的零部件庫和建模規則，可以快速生成滿足不同設計需求的整機參數化建模，並在三維模型生成引擎下生成預製構件的三維模型。
[0044]上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術領域】中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1.一種預製構件的三維建模系統，其特徵在於，包括: 建模規則維護模塊，用於維護預製構件、組成預製構件的零部件及其特徵的建模規則； 框架模型庫維護模塊，用於將預製構件、組成預製構件的零部件及其特徵的框架模型按照一定層次結構分類存儲至框架模型庫中並進行維護，其中，存儲的預製構件、組成預製構件的零部件及其特徵的框架模型通過所述建模規則維護模塊添加有所述建模規則維護模塊中的所述建模規則； 整機參數化建模模塊，用於讀取並解析所述框架模型庫中所需建立的預製構件的框架模型及其建模規則，生成用於選擇零部件類型和特徵類型、以及輸入參數的用戶界面，並根據輸入的零部件類型、特徵類型以及參數，對所述框架模型進行實例化，自動建立預製構件的零部件及其裝配模型，實現預製構件整機的參數化建模； 三維模型生成引擎，用於根據所述整機參數化建模模塊建立的預製構件的零部件及其裝配模型，在CAD應用環境下生成預製構件的三維模型。
2.根據權利要求1所述的預製構件的三維建模系統，其特徵在於，所述建模規則包括對預製構件的零部件裝配關係、主參數定義、參數關聯關係、特徵定義、特徵關聯、零部件約束、以及系列特徵的描述。
3.根據權利要求1所述的預製構件的三維建模系統，其特徵在於，所述框架模型包括裝配框架和零件框架，其中，所述裝配框架為加入有虛組件的裝配模型，所述虛組件僅定義裝配位置和基本尺寸；所述零件框架為加入有虛特徵的組件模型，所述虛特徵僅定義位置和方位。
4.根據權利要求1所述的預製構件的三維建模系統，其特徵在於，所述框架模型庫包括零部件庫和特徵庫。`
5.根據權利要求1所述的預製構件的三維建模系統，其特徵在於，所述整機參數化建模模塊解析所述框架模型庫中預製構件的框架模型及其建模規則，以直觀的構件樹的形式予以顯示。
6.一種採用如權利要求1至5中任一項所述的預製構件的三維建模系統進行預製構件的三維建模方法，其特徵在於，包括: 1)建立預製構件、組成預製構件的零部件及其特徵的框架模型； 2)利用建模規則維護模塊在所述框架模型上添加建模規則； 3)利用框架模型庫維護模塊按照一定層次結構將添加有建模規則的所述框架模型分類存儲至框架模型庫中； 4)調用整機參數化建模模塊，從所述框架模型庫中讀取並解析所需建立的預製構件的框架模型及其建模規則，生成用於選擇零部件類型和特徵類型、以及輸入參數的用戶界面，並根據輸入的零部件類型、特徵類型以及參數，自動建立預製構件的零部件及其裝配模型，實現預製構件整機的參數化建模； 5)利用三維模型生成引擎，根據建立的預製構件的零部件及其裝配模型，在CAD應用環境下生成預製構件的三維模型。
7.根據權利要求6所述的預製構件的三維建模方法，其特徵在於，在步驟I)中，建立預製構件、組成預製構件的零部件及其特徵的框架模型是在CAD應用環境下建立的。
8.根據權利要求6所述的預製構件的三維建模方法，其特徵在於，在步驟4)中，具體包括: 4-1)讀取存儲有預製構件的框架模型庫的資料庫表，以樹形結構顯示預製構件、零部件和特徵的分類層次關係； 4-2)從所述框架模型庫中讀取所需建立的預製構件及其零部件的框架模型，對預製構件及其零部件的框架模型的建模規則進行解析，將預製構件及其零部件處理成樹形結構的預製構件裝配樹； 4-3)建立零部件、特徵、以及參數之間的關聯關係，以直觀的方式予以顯示； 4-4)根據用戶的參數輸入、零部件類型選擇和特徵選擇，確定整個預製構件的零部件及其特徵的類型、數量以及參數； 4-5)自動建立預製構件的零部件及其裝配模型，實現預製構件整機的參數化建模。
9.根據權利要求8所述的預製構件的三維建模方法，其特徵在於，在步驟4-4)中，還包括:對預製構件結構樹及零部件/特徵和參數關係進行實時調整。
10.根據權利要求8或9所述的預製構件的三維建模方法，其特徵在於，在步驟5)中，包括: 遍歷所述預製構件裝配樹，根據整機參數化算法，生成創建當前預製構件的三維模型的模型生成描述語句； 啟動三維模型生成引擎，依次執行模型生成描述語句，生成當前預製構件的三維幾何模型。
【文檔編號】G06T17/00GK103578137SQ201310628570
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月29日 優先權日:2013年11月29日
【發明者】王靜, 馬榮全, 王桂玲, 苗冬梅 申請人:中國建築第八工程局有限公司