网络化几何造型关键技术研究

论文摘要

CAD／CAM技术及计算机网络技术的发展，改变了现有工业的运作模式，促进了全球化设计与生产浪潮，使得产品开发涉及的领域和人员发生了变化，从而形成了网络化几何造型技术。在网络化几何造型技术中，多分辨率造型、模型共享及协同安全是三个最为关键的技术，本文将针对这三方面相关技术进行深入的理论与应用研究。 本文首先回顾了几何造型技术的发展历史，重点介绍了特征造型技术的相关理论及特点；然后针对多分辨率造型技术、模型数据传输和协同安全技术的研究现状和存在问题进行综述和分析。 现有普通的多分辨率造型方法一般都是基于网格模型，根据最终模型的几何形状信息对模型简化，得到的简化模型往往与设计分析需求不一致，导致它无法满足CAD／CAM相关领域的特殊要求。在分析了现代产品设计模式及基于历史的参数化特征造型方法的基础上，本文提出了—种新型的三维CAD特征模型的多分辨率表示方法。该方法的核心思想是利用模型的复杂度与操作特征集的相关性，通过选择不同的特征集作集合运算，得到不同细节层次的特征模型。考虑到设计特征间存在着相互依赖关系，不能任意独立抑制某个特征，本文提出了一种去依赖特征抑制操作。它从分析特征依赖关系的产生原因入手，通过拓扑对象替换实现任意特征的单独抑制，从而可以创建任意细节层次的特征模型。注意到某些应用对某些特征有特殊的要求，如模型分析阶段中非常忌讳模型含有诸如倒角、圆角等细小特征，本文还提出了一种混合型LOD标准，以能优先处理这些特殊类型特征。 为验证所提出的多分辨率表示方法的可行性及其应用价值，作者自主开发了一个多分辨率造型集成原型系统。本文详细阐述了特征模型的多分辨率造型的具体实现过程，主要介绍了零件体和装配体模型的多层次几何建模的具体算法和注意事项，其中关键算法有：模型的特征序列计算、特征的去依赖抑制、系列LOD层次模型创建、和零件体及装配体细化等。注意到模型的某些细节是由草图轮廓细节所产生，它无法通过特征抑制法消除，本文还提出了—个基于草图简化的模型简化方法。该简化方法通过分析草图轮廓信息实现草图的最优简化，通过草图简化实现模型简化。 相对于以往的多分辨率造型方法，本文所提出的特征模型的多分辨率造型方法得到的简化结果模型更加符合设计意图。由于多层次简化模型创建过程中的操作对象为高层语义特征，它与模型的具体底层表示无关，因此该多分辨率造型方法具有更好的通用性和语义性，可以在当前任意特征造型系统中实现。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 国内外相关研究状况
• 1.2.1 几何造型技术概述
• 1.2.2 多分辨率造型技术
• 1.2.3 模型数据传输技术
• 1.2.4 协同安全技术
• 1.3 本文研究内容与主要贡献
• 1.4 本文章节组织
• 第2章 三维CAD特征模型的多分辨率造型方法
• 2.1 引言
• 2.2 相关工作
• 2.2.1 面向离散化网格模型的多分辨率造型
• 2.2.2 面向实体模型的多分辨率造型
• 2.2.3 面向特征模型的多分辨率造型
• 2.3 相关概念
• 2.3.1 特征造型
• 2.3.2 特征与约束
• 2.3.3 特征的依赖描述
• 2.4 三维CAD特征模型的多分辨率表示
• 2.4.1 方法概述
• 2.4.2 形式化描述
• 2.4.3 特征排列标准（LOD标准）
• 2.4.4 特征的顺序抑制
• 2.4.5 去依赖特征抑制
• 2.5 本章小结
• 第3章 三维CAD多分辨率特征模型的创建
• 3.1 多分辨率造型集成系统概述
• 3.2 零件体的多分辨率造型
• 3.2.1 零件体的多层次简化
• 3.2.2 零件简化示例
• 3.2.3 零件体的细化
• 3.3 装配体的多分辨率造型
• 3.3.1 算法描述
• 3.3.2 配合关系维护
• 3.3.3 装配体简化实例
• 3.4 基于草图简化的模型简化
• 3.4.1 草图简化
• 3.4.2 草图修复
• 3.5 本章小结
• 第4章 三维CAD特征模型的共享框架
• 4.1 引言
• 4.2 相关工作
• 4.2.1 共享数据表示
• 4.2.2 数据压缩
• 4.2.3 传输方式
• 4.3 混合型共享数据结构
• 4.3.1 产品的层次结构
• 4.3.2 显示数据结构
• 4.3.3 共享数据结构
• 4.4 特征模型的共享框架
• 4.4.1 相关概念与技术
• 4.4.2 框架系统结构
• 4.4.3 视图模型创建
• 4.4.4 视图模型数据排序
• 4.4.5 增量视图模型
• 4.4.6 增量数据编码与更新
• 4.5 共享模型的多层次简化
• 4.5.1 基于T-curve的网格简化
• 4.5.2 基于T-curve边扫描的网格曲面简化
• 4.5.3 多层次简化策略
• 4.6 本章小结
• 第5章 CAD模型的多层次动态访问控制
• 5.1 引言
• 5.2 相关研究工作
• 5.2.1 普通的访问控制
• 5.2.2 CAD协同环境下的访问控制
• 5.3 相关概念
• 5.3.1 协同环境的访问控制要求
• 5.3.2 多层次产品建模
• 5.4 多层次动态安全访问机制
• 5.4.1 模型概述
• 5.4.2 相关定义
• 5.4.3 多层次权限模型
• 5.4.4 访问控制策略和机理
• 5.5 应用示例
• 5.6 本章小结
• 第6章 全文总结与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 今后工作展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的主要学术论文
• 致谢