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自由特征及对象族特征造型研究

作　者: 刘宪国
导　师: 孙立镌
学　校: 哈尔滨理工大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 语义特征造型 细胞元模型 对象族模型 几何约束 拓扑约束
分类号: TP391.7
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
下　载: 6次
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内容摘要


在语义特征模型中,特征语义由形状信息和功能信息构成,这种建模系统不仅能完整定义特征的语义信息,而且能在模型的整个设计周期内维护特征语义的有效性,使设计人员在产品开发所有阶段设计有正确语法和一致语义的模型。随着CAD技术的不断发展,工业设计模型越来越复杂,精确度越来越高,这些需求驱动特征造型技术不断发展。当前语义特征造型技术还不成熟,很多技术难点还未攻克。本文针对语义特征建模系统,对自由特征及对象族特征造型关键技术进行研究,主要研究内容如下：详细阐述了一种自由特征模型参数化方法,通过封装参数和约束创建任意形状的体特征。通过在基准曲面上确定多个自由特征定义点,执行插值运算构造与基准曲面正交的横截面,对横截面执行蒙皮算法和扫掠算法,创建封闭自由体特征。算法实例表明,此方法构造的自由特征与基准曲面之间是G2连续的。为提高自由特征建模效率,提出一种语义特征造型中针对自由特征几何约束问题的求解算法。通过分析约束图,识别出四面体和三角形子问题；利用图分析算法将自由特征定义点上的距离约束和角度约束映射到四面体和三角形约束图上；利用局部传播法求解各子问题,先求解三角形约束,再利用手向性规则求解四面体约束；将各子问题的解组合为问题的全局解。提出一种新的陈述式语义特征模型,即陈述式对象族理论模型,给出模型的表示方法、拓扑形态以及几何形态。定义了模型的基本元素,以及模型成员的几何信息和拓扑信息,详细说明了对象族的不同特征和不同属性。基于组重写方法和自由度分析法,提出一种求解陈述式对象族模型的几何约束求解算法。将模型分类,给出每类模型的重写规则。在刚性组或非刚性组系统中,穷举地应用重写规则的较小集合执行本算法,一直到没有可用的重写规则为止,最后得到组的集合即为系统的求解策略。该算法不仅能识别刚性子问题,而且能识别只能通过自由度方法求解的子问题,可以确定系统是完备约束的、过约束的、还是欠约束的。针对陈述式对象族模型拓扑约束问题,提出一种新的求解方法。将所有拓扑约束通过映射函数映射成为布尔约束,利用布尔约束求解器求解问题的解。首先假设求解器已经找到一个解,将此解作为一个参数,通过增加子句,将解中的值取反赋予系统中第一个自由变量。如果没有找到新解,确定下一个自由变量,一直到没有自由变量为止。如果向系统中成功增加取反子句,可找到一个解。通过递归应用本算法找到更多解。如果不能向系统变量中增加取反子句,此时算法退出。如果还可以增加,则调用递归算法。为使递归算法更加高效,在返回解之前,删除算法中所有单位子句。针对陈述式对象族模型拓扑改变问题,提出一种跟踪拓扑变化的算法。算法首先建立参数和拓扑之间的关系,通过几何形态建立与几何约束系统相关联的参数化模型和拓扑实体,确定系统中哪些实体依赖变量参数。通过增加几何约束构造每个依赖实体的退化实例,利用几何约束求解器求解该退化实例,计算出变量参数对应的临界值。重复此过程,一直找到所有的临界变量。陈述式对象族模型中有效性约束的两个重要方法是几何约束和拓扑约束,用户在维护模型有效性时可能因为参数选取不当产生无效模型。针对此问题,提出一种为单个参数确定恰当参数范围算法,在这个范围内任意数值都符合有效性要求。算法首先对拓扑约束图进行分析,找到角度约束和距离约束,将约束增加到相应几何约束中；再分析由几何约束求解器创建的结构图,找到一个或多个退化子问题的临界参数值；最后测试所有区间中的具体数值,从而确定准确参数范围。

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 机器辅助技术
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