基于三维建模原理的装载加固辅助设计系统的研究

论文摘要

本文给出了开发装载加固三维辅助设计系统的方法。货物的装载加固是铁路运输组织工作的重要组成部分,在货物的整个运输过程中,装载是前提,加固是保证。这一工作的好坏直接关系到货物和行车安全。铁路装载加固工作是一项理论性较强,又具有实际操作性特点的工作。目前,装载加固方案的设计制作依然沿用纸面绘图,人工计算分析,人工送审批复的流程。对于新方案的制作仍需耗费较大的人力物力,方案逐级审批的过程更加降低了方案成功通过和实施的时效性;对于成形方案,也不能有效的直接再利用。这些直接影响了货物运输的效率,有些情况下甚至会造成经济损失。装载加固三维辅助设计系统是将计算机辅助设计（CAD）应用于铁路装载加固方案设计领域而提出的,它不但能减少方案设计人员的工作量,加快货物装载加固方案的设计过程,而且最终形成的加固方案可以以电子方式进行存储和管理,并且可以以数据包的形式通过网络进行传输,从而可以大大减少逐级审批的时间。同时,装载加固辅助设计系统作为一个应用于专业领域的计算机辅助设计系统,使得计算机辅助设计这一技术和概念的应用得到了进一步的扩展和细化,对这一技术的发展将起到推动作用。装载加固三维辅助设计系统的开发采用了功能模块和面向对象相结合的分析方法,使系统具有松耦合性和良好的封装性。数据库设计采用了关系数据库。开发工具选择了c++ builder、可视化图形工具集VTK和Access数据库。系统的开发重点在于使用VTK构造系统所需的各种图元,与用户实现交互操作,并通过用户对图形属性的设置自动进行部分装载加固所需的计算分析。Visualization Tool Kit是一个用于可视化应用程序构造与运行的支撑环境,它是在三维函数库OpenGL的基础上,采用面向对象的设计方法发展起来的。它将我们在可视化开发过程中经常遇到的细节屏蔽起来,并将一些常用的算法封装起来,以类的形式给我们以支持。所以装载加固辅助设计系统的图形建模可方便的利用VTK提供的类来实现,但除了常用的图形以外,基于装载加固方案设计本身的需求,为了方便用户简便灵活的制作出所需图形,还需要对一些图形进行一些列特殊处理,利用VTK的pipeline可方便的实现需要特殊处理的建模过程。如本系统中的旋转体、拉伸体等。经实践证明装载加固辅助设计系统能有效节约装载加固方案的设计时间,简化审批流程,并实现了成形方案的有效再利用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 项目背景和意义
• 1.1.1 装载加固方案设计的现状与发展趋势
• 1.1.2 计算机辅助设计的概念
• 1.1.3 计算机辅助设计的应用及技术现状
• 1.1.4 计算机三维辅助设计应用于装载加固方案设计的意义
• 1.2 研究内容
• 1.3 章节安排
• 本章小结
• 第二章 装载加固方案设计概要
• 2.1 装载加固方案设计的内容
• 2.2 装载加固方案设计的规则
• 2.3 装载加固方案设计的流程图
• 2.4 计算分析流程图
• 本章小结
• 第三章 系统设计
• 3.1 开发目标
• 3.2 总体结构
• 3.3 模块关系
• 3.3.1 顶层模块设计
• 3.3.2 第二层模块设计
• 3.4 对象模型分析
• 3.4.1 图元类
• 3.4.2 加固材料类
• 3.4.3 模型类
• 3.4.4 计算类
• 3.4.5 方案类
• 3.5 系统流程
• 3.5.1 模块流程
• 3.5.2 系统整体工作流程
• 3.6 数据库设计
• 本章小结
• 第四章 开发环境
• 4.1 开发工具的选择
• 4.2 VTK 概述
• 4.3 开发环境配置
• 本章小结
• 第五章 系统实现
• 5.1 图形设计窗口的实现
• 5.2 对三维模型操作的实现
• 5.2.1 旋转操作
• 5.2.2 平移操作
• 5.2.3 缩放操作
• 5.3 方案图形绘制的实现
• 5.3.1 三维图形的构成方式
• 5.3.2 基本图元
• 5.3.3 圆台、旋转体和拉伸体
• 5.3.4 绳网、腰箍和凹木
• 5.3.5 镜像和阵列
• 5.4 四视图的实现
• 5.5 方案模型存取的实现
• 本章小结
• 第六章 系统存在的问题及前景
• 6.1 系统存在的问题
• 6.1.1 模型制作
• 6.1.2 计算分析能力
• 6.1.3 打印预览
• 6.1.4 权限及方案加密
• 6.2 系统的发展前景
• 本章小结
• 结束语
• 参考文献
• 附录A 圆台和旋转体实现代码
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢