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《哈尔滨理工大学》 2009年
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语义特征造型的与历程无关技术的研究

高雪瑶  
【摘要】:特征造型技术能够为设计人员提供特定领域内高层次的概念设计与功能设计。传统的造型技术与参数化、变量化技术相结合,构成参数化、变量化特征造型系统。这类系统依赖于特征的创建历程,在设计后期,若要对产品模型进行修改,就需要按照设计历程完全重现一遍设计过程,导致模型设计的效率很低。 与历程无关的造型技术是特征建模技术的补充。在与历程无关的造型系统中,设计人员只需关注最终的设计结果,而不必顾及设计的过程。研究与历程无关的特征造型技术,提高造型系统的操作灵活性和造型效率,是造型系统的一个新的发展方向,具有重要的理论意义和实际应用价值。对此,本文从以下几方面进行了研究: 1.根据与历程无关造型的动态、可逆的特点,提出一种基于特征的拓扑元素命名与编码方法。特征的语义与属性在建模过程中保持不变,利用特征名对特征的拓扑面进行命名,然后根据拓扑边和拓扑点的邻接面对边和点进行命名。对于分裂的子面,以特征名为基础按照子面在父面参数域上的顺序对子面进行排序,对子面进行区分。当拓扑边发生分裂或曲面相交产生多条交线时,提出利用参考线进行区分的方法。根据拓扑元素的命名与标识方法,归纳出一种统一格式的拓扑元素编码方法。并提出虚拓扑元素和子边的概念,针对与历程无关模型操作的特点,根据虚拓扑元素和子边的定义方法,提出拓扑元素的继承、分裂与重合操作方法,通过保留模型中拓扑元素间的拓扑关系,实现与历程无关的模型操作过程。 2.根据特征模型的操作方法,提出在模型编辑、修改过程中的模型处理与维护方法。将与历程无关的特征模型操作归纳为:平移、拉伸、旋转三种操作方法。对直接受模型操作影响的特征(或部分模型),若没有发生拓扑结构的改变,则直接通过约束求解得到结果模型并予以显示;若发生了拓扑结构的改变,则利用拓扑元素编码方法进行处理,对于分裂的拓扑元素,根据继承规则与分裂操作方法进行处理;对发生重合的拓扑元素,利用子边及虚拓扑元素进行重合操作的处理。对于间接受模型操作影响的特征(或部分模型),提出利用特征依赖图分析相关特征间存在的依赖关系,建立动态的特征修改优先准则,给出特征优先级的性质,根据特征修改优先准则和优先级性质生成正确的结果模型。并提出在模型操作过程中的有效性检查与恢复方法。 3.建立与历程无关的模型修改过程中的约束求解机制。以几何实体的欧拉参数表达为基础,建立几何约束的基本定义,并推导常用工程几何约束的代数表达方程,以建立几何约束的数学模型。将几何约束的代数方程组转化为优化问题并利用优化法求解问题的解。提出了一种改进的混沌搜索策略,并将该方法与粒子群算法相结合,利用粒子群算法在初期收敛速度快的特点进行初步搜索,当算法陷入局部最优或找到较优解时,利用改进的混沌搜索策略激活并进行精细搜索,从而准确地找到最优解。 4.研究了在与历程无关的造型过程中,特征模型的更新及显示策略。提出将模型的处理过程划分为“预处理”和“实际求解”两步的方法。用特征依赖图(FDG)存储特征信息及特征间的依赖、约束关系,提出将特征依赖图分解为受修改参数影响的“宏几何体”(由相关集确定)和不受影响的刚性体两部分。“宏几何体”是约束求解的主体,将其用几何约束图来表示,图中的每一个约束关系可由约束表达式来表示,并在局部坐标系下进行求解,并研究了在几何约束图中更新求解结果的方法。最后研究了将本文系统用于协同设计的方法。
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