面向STEP实体模型的设计特征边界分割方法研究

【摘要】：基于特征的造型方法能够更好地表达产品的设计意图,能更便捷地对模型进行修改和再设计,是目前CAD的主流造型方式。由于CAD软件系统均有各自的数据格式,不同软件之间只能通过低层次的几何信息进行数据交换,经过转换后的零件模型特征信息和设计意图丢失,成为一个不容易编辑和再设计的“冻结”模型。设计特征识别是一个从零件的实体边界模型中识别出设计特征的过程,设计特征边界分割是设计特征重构的基础,具有重要的研究价值。本文对实体模型的表示、STEP标准和基于特征的设计进行了深入的研究,对圆角过渡特征的设计规律和特征造型的造型过程进行了深入分析,针对带有圆角过渡特征的模型,提出了一种利用布尔分割环分割设计特征边界的方法。该方法首先对STEP中性文件进行信息提取,利用提取的数据信息进行STEP实体边界模型的构造。在此基础上对圆角过渡曲面几何形状进行识别,捕捉一般圆角过渡特征的设计意图,并识别过渡特征,推理出过渡特征之间的先后顺序,用有向图描述过渡特征之间的关系,对有向图进行拓扑排序得到过渡特征的一个线性序列。最后构建零件模型的特征顶点邻接图,并实施分割环节点树搜索方法识别和构造布尔分割环,构建模型的属性面邻接图并利用分割环将其分解为多个联通子图,从而分割出设计特征边界。本文提出的算法,已经在Visual Studio C++2008与JhSolid平台上通过编程实现,JhSolid是一个以OpenGL为显示引擎的三维造型软件,每个算法均给出了实例,验证了算法的有效性和可行性,为后续的设计特征重构打下基础。