基于并行计算的文件格式转换器的研究

论文摘要

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。

论文目录

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