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基于并行计算的文件格式转换器的研究

作　者: 陈立锋
导　师: 戚正伟；张政
学　校: 上海交通大学
专　业: 软件工程
关键词: 并行计算边界表示法 CAD模型文件格式转换
分类号: TP391.72
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着计算机硬件水平的不断提高,CAD(Computer - Aided Design)技术也得到了迅猛的发展和推广。在CAD三维机械设计领域,国内、国外形成了多层次、多品种的三维机械设计软件。比如UG、Catia、Pro/E、SolidWorks、Inventor、SolidEdge、JT等,国内比较有名的如CAXA实体设计。根据各行业的特点和个人的习惯不同,每个单位、每个设计师选用的软件各异。使用多个软件的,其熟悉程度也不一样。显然,由于软件的不同,会造成单位之间、个人之间对所设计的文件交换互用的困难,也不利于各种文件的数据利用和交换。为了充分地发挥各个软件的各自优势,扬长避短,相互利用。人们对于这些应用软件之间的数据交换能力的期待越来越迫切。据美国一家专门从事各种CAD文件格式转换的公司研究发现,全球每年由于各种CAD文件转换引起的数据错误,工程延期,和在文件转换中的投入大约需要200亿美元[1][2]。但是由于历史的原因及不同的开发目的,各种CAD机械设计软件的内部数据记录方式和处理方式不尽相同,开发软件的语言也不完全一样。因此,这些软件之间的数据交换与共享是目前面临的重要课题。为了能够实现在不同CAD软件之间实现数据共享,提高不同CAD软件之间地协作,国际标准化组织以及其它相关机构关于CAD数据地交换和共享问题,制定了一系列的标准格式,如STEP、IGES、CGM等等。这些标准的制定,原则上可以解决不同CAD系统之间文件格式转换的问题,但是在实际使用过程中,由于CAD软件的多样性和CAD模型文件的复杂性,在文件格式转换中还存在许多问题,如何在不同的CAD软件之间交换数据和实现数据的共享,同时获得最大限度的数据完整性是一个很有现实意义的问题。实现CAD文件的格式转换是支持CAD、CAM、CAE、CAPP、PDM、CIMS集成的首要技术,研究CAD文件格式转换技术对于实现资源共享、节约设计成本、提高开发效率等都有重要的价值。本文分析了当前三维机械设计软件在数据交换之间常用的方法,然后根据三维机械设计软件的特点,利用基于B-Rep(Boundary Representation)的实体模型建立基本的数据结构,实现了针对三维机械设计软件数据交换的一种新的文件格式转换器,使文件格式转换器的个数由当前的n(n-1)减少到n + 1。同时在实现这种新的文件格式转换的过程中,研究了在多核处理器环境下文件格式转换的并行计算,数值实验结果表明:在多核处理器环境下,利用并行计算,可以明显提高文件格式转换的效率。该转换器在Parasolid和Inventor数据模型上进行了测试验证,通过大量的模型实例转换,验证了系统的可行性。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
1 引言  12-21
  1.1 CAD 模型转换技术的发展历史  13
  1.2 CAD 文件格式转换技术研究现状  13-14
  1.3 CAD 文件格式转换存在的问题  14-18
    1.3.1 直接转换法  14-15
    1.3.2 间接转换法  15-18
  1.4 开发基于并行计算的文件格式转换器的现实意义  18-19
  1.5 CAD 文件格式转换器的应用前景  19
  1.6 本文的组织结构  19-21
2 CAD 模型的表示和建模方法  21-35
  2.1 CAD 实体模型的表示方法  21-27
    2.1.1 利用几何特点来表示实体模型  21-22
    2.1.2 利用表示物体的方法进行分类  22-23
    2.1.3 构造表示法和边界表示法的比较  23-27
  2.2 特征建模技术  27-31
    2.2.1 线框建模  27-28
    2.2.2 曲面建模  28
    2.2.3 实体建模  28
    2.2.4 特征建模  28-31
  2.3 文件格式转换器数据表示结构  31-34
    2.3.1 模型拓扑结构定义  32-33
    2.3.2 模型几何信息定义  33-34
    2.3.3 模型特征定义  34
  2.4 本章小结  34-35
3 系统规划和并行计算的设计  35-45
  3.1 CAD 转换器的系统规划  35-39
    3.1.1 系统实现的要求  35
    3.1.2 系统模块框图  35-36
    3.1.3 平台无关模块  36-37
    3.1.4 平台相关模块  37-38
    3.1.5 应用层模块  38
    3.1.6 系统处理过程  38-39
  3.2 并行计算模型  39-44
    3.2.1 并行计算结构框图  40
    3.2.2 并行计算线程设计  40-44
  3.3 本章小结  44-45
4 系统各个模块的功能和实现  45-64
  4.1 系统实现条件  45-46
    4.1.1 语言和平台的选择  45-46
    4.1.2 面向组件编程思想  46
  4.2 模块所包含的组件结构  46-48
    4.2.1 公共数据结构组成模块  47
    4.2.2 系统相关模块组成模块  47
    4.2.3 数据交换管理中心和并行计算处理中心组成模块  47-48
    4.2.4 测试程序组成模块  48
    4.2.5 模块的交互关系  48
  4.3 公共数据结构模块的定义  48-53
    4.3.1 插件标准接口的定义  49-50
    4.3.2 基本数据结构的定义  50-53
  4.4 数据交换管理中心系统的实现  53-56
    4.4.1 插件管理中心  53-54
    4.4.2 并行计算管理中心  54-56
  4.5 并行计算处理中心具体实现  56-61
    4.5.1 线程的组织结构  56-57
    4.5.2 线程之间的调度  57-61
  4.6 系统相关模块组件的具体实现  61-62
  4.7 本章总结  62-64
5 系统验证和性能评价  64-72
  5.1 测试程序模块设计  64-66
    5.1.1 测试程序和文件格式转换器的集成结构  64-65
    5.1.2 测试程序的实现  65-66
  5.2 转换器的正确性验证  66-68
  5.3 时间性能测试  68-69
  5.4 CPU 性能参数  69-71
  5.5 本章总结  71-72
6 总结与展望  72-74
  6.1 研究工作总结  72
  6.2 研究展望  72-74
参考文献  74-76
致谢  76-77
作者攻读学位期间发表的论文  77-79

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