预制构件的三维建模系统及三维建模方法
【专利摘要】本发明提供一种预制构件的三维建模系统及三维建模方法，该三维建模系统包括：建模规则维护模块；框架模型库维护模块；整机参数化建模模块，读取并解析框架模型库中所需建立的预制构件的框架模型及其建模规则，并根据输入的零部件类型、特征类型以及参数，对所述框架模型进行实例化，建立预制构件的零部件及其装配模型；三维模型生成引擎，根据建立的预制构件的零部件及其装配模型，生成预制构件的三维模型。本发明主要在于将预制构件建模规则与框架模型相分离，预制构件的建模规则可以方便地添加和修改，通过通用、可定制的零部件库和建模规则，可以快速生成满足不同设计需求的整机参数化建模，并生成预制构件的三维模型。
【专利说明】预制构件的三维建模系统及三维建模方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及三维建模领域，特别是涉及一种预制构件的三维建模系统及三维建模方法。
【背景技术】
[0002]随着CAD/CAM技术的发展，参数化设计已经成为CAD中最热门的应用技术之一，在制造业中正发挥着越来越重要的作用。目前工程设计已经从传统的数据资源密集型转化为信息密集型和知识密集型，在预制构件设计过程中为了避免大量的重复开发工作，提高预制构件的效率，节约开发成本，需要采用适当的参数化设计方法对预制构件进行三维建模，使同一系列预制构件的第二次设计以及后续设计可直接通过利用和修改第一次的设计来实现。可见，参数化设计方法是预制构件模型修改和变型设计的需要，是设计自动化所采用的关键技术之一。
[0003]目前国内外进行参数化设计的研究已经突破了传统参数化设计中结构参数定义自下而上的设计理念，提出了自上而下的总体参数控制方法；并提出了提取设计人员的设计思路，固化设计规则，从而实现自动化的参数设计方法。但是，这种参数化设计方法还有很大的局限性，其总体参数控制受预定的参数结构约束，不能对设计方案作及时响应，无法进行实时的改变；而固化的设计规则限制系统只能适用于某特定类型的预制构件，不具有通用性和可拓展性。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种预制构件的三维建模系统及三维建模方法，以解决现有技术中设计规则僵化而欠缺通用性和可拓展性等问题。
[0005]为解决上述技术问题及其他技术问题，本发明提供在一方面提供一种预制构件的三维建模系统，包括:建模规则维护模块，用于维护预制构件、组成预制构件的零部件及其特征的建模规则；框架模型库维护模块，用于将预制构件、组成预制构件的零部件及其特征的框架模型按照一定层次结构分类存储至框架模型库中并进行维护，其中，存储的预制构件、组成预制构件的零部件及其特征的框架模型通过所述建模规则维护模块添加有所述建模规则维护模块中的所述建模规则；整机参数化建模模块，用于读取并解析所述框架模型库中所需建立的预制构件的框架模型及其建模规则，生成用于选择零部件类型和特征类型、以及输入参数的用户界面，并根据输入的零部件类型、特征类型以及参数，对所述框架模型进行实例化，自动建立预制构件的零部件及其装配模型，实现预制构件整机的参数化建模；三维模型生成引擎，用于根据所述整机参数化建模模块建立的预制构件的零部件及其装配模型，在CAD应用环境下生成预制构件的三维模型。
[0006]本发明预制构件的三维建模系统的进一步改进在于，所述建模规则包括对预制构件的零部件装配关系、主参数定义、参数关联关系、特征定义、特征关联、零部件约束、以及系列特征的描述。[0007]本发明预制构件的三维建模系统的进一步改进在于，所述框架模型包括装配框架和零件框架，其中，所述装配框架为加入有虚组件的装配模型，所述虚组件仅定义装配位置和基本尺寸；所述零件框架为加入有虚特征的组件模型，所述虚特征仅定义位置和方位。
[0008]本发明预制构件的三维建模系统的进一步改进在于，所述框架模型库包括零部件库和特征库。
[0009]本发明预制构件的三维建模系统的进一步改进在于，所述整机参数化建模模块解析所述框架模型库中预制构件的框架模型及其建模规则，以直观的构件树的形式予以显
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[0010]本发明在另一方面提供一种预制构件的三维建模方法，包括:1)建立预制构件、组成预制构件的零部件及其特征的框架模型；2)利用建模规则维护模块在所述框架模型上添加建模规则；3)利用框架模型库维护模块按照一定层次结构将添加有建模规则的所述框架模型分类存储至框架模型库中；4)调用整机参数化建模模块，从所述框架模型库中读取并解析所需建立的预制构件的框架模型及其建模规则，生成用于选择零部件类型和特征类型、以及输入参数的用户界面，并根据输入的零部件类型、特征类型以及参数，自动建立预制构件的零部件及其装配模型，实现预制构件整机的参数化建模；5)利用三维模型生成引擎，根据建立的预制构件的零部件及其装配模型，在CAD应用环境下生成预制构件的三维模型。
[0011]本发明预制构件的三维建模方法的进一步改进在于，在步骤I)中，建立预制构件、组成预制构件的零部件及其特征的框架模型是在CAD应用环境下建立的。
[0012]本发明预制构件的三维建模方法的进一步改进在于，在步骤4)中，具体包括:
4-1)读取存储有预制构件的框架模型库的数据库表，以树形结构显示预制构件、零部件和特征的分类层次关系；4_2)从所述框架模型库中读取所需建立的预制构件及其零部件的框架模型，对预制构件及其零部件的框架模型的建模规则进行解析，将预制构件及其零部件处理成树形结构的预制构件装配树；4-3)建立零部件、特征、以及参数之间的关联关系，以直观的方式予以显示；4_4)根据用户的参数输入、零部件类型选择和特征选择，确定整个预制构件的零部件及其特征的类型、数量以及参数；4_5)自动建立预制构件的零部件及其装配模型，实现预制构件整机的参数化建模。
[0013]本发明预制构件的三维建模方法的进一步改进在于，在步骤4-4)中，还包括:对预制构件结构树及零部件/特征和参数关系进行实时调整。
[0014]本发明预制构件的三维建模方法的进一步改进在于，在步骤5)中，包括:遍历所述预制构件装配树，根据整机参数化算法，生成创建当前预制构件的三维模型的模型生成描述语句；启动三维模型生成引擎，依次执行模型生成描述语句，生成当前预制构件的三维几何模型。
[0015]如上所述，本发明提供的预制构件的三维建模系统及三维建模方法，主要在于将预制构件建模规则与框架模型相分离，通过对预制构件几何模型及其建立过程的特点分析，提出并实现了一套适合各种预制构件建模需求的整机参数化建模脚本语言，其中，预制构件的建模规则可以通过简单地语法用脚本文件描述，可以方便地添加和修改，极大地提高了系统的柔性，并且通过通用、可定制的零部件库和建模规则，可以快速生成满足不同设计需求的整机参数化建模，并在三维模型生成引擎下生成预制构件的三维模型。【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明预制构件的三维建模系统在一个实施方式中的基本框架图；
[0017]图2为本发明预制构件的三维建模方法在一个实施方式中的流程示意图；
[0018]图3为图2中步骤S207的进一步流程分解图。
【具体实施方式】
[0019]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0020]请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0021]请参阅图1，显示为本发明预制构件的三维建模系统在一个实施方式中的基本框架图。如图1所示，所述预制构件的三维建模系统包括:建模规则维护模块11、框架模型库维护模块13、整机参数化建模模块15、以及三维模型生成引擎17。本发明预制构件的三维建模系统应用于工程设计中，用于在预制构件设计工程中采用适当的参数化设计对各类常见的预制构件进行三维建模。需说明的是，本发明预制构件的三维建模系统在CAD应用环境下实施的，其中，所述CAD应用环境包括但不限于以下设计工具:AutoCAD、PRO/E、UG、SoIidWorks ο
[0022]以下针对上述各个模块进行详细描述。
[0023]建模规则维护模块11用于维护预制构件、组成预制构件的零部件及其特征的建模规则。建模规则从形式上看是一套具有一定格式的脚本语言，其基本语义包括对预制构件的零部件装配关系、主参数定义、参数关联关系、特征定义、特征关联、零部件约束、系列特征等信息的描述。通过这套脚本语言，可以方便地对整机参数化的建模规则进行定义。在本发明中，建模规则维护模块11对预制构件、组成预制构件的零部件及其特征的建模规则进行维护主要体现在:维护(例如保存)当前的建模规则；提供“建模规则维护”界面，显示当前的建模规则，并允许用户增加新的建模规则或者对当前的建模规则进行扩充/修改，从而具有良好的可配置性，可以适应不同预制构件快速建模的需求。由此，在本发明中，利用建模规则维护模块11，可对由CAD设计工具(例如:AutoCAD、PRO/E、UG、或SolidWorks)建立的预制构件、组成预制构件的零部件及其特征的框架模型上添加上建模规则。
[0024]框架模型库维护模块13用于将通过建模规则维护模块11添加有建模规则的预制构件、组成预制构件的零部件及其特征的框架模型按照一定层次结构分类存储至框架模型库中并进行维护。在本发明中，所谓框架模型，是指在对某一类相似结构的预制构件模型进行抽象、归纳的基础上，利用“虚零件”和“虚特征”的概念，建立的简要结构模型，其本质是一种可视化的整机参数化框架表达。所述框架模型包括“装配框架”和“零件框架”，其中，“装配框架”是一种加入了“虚组件”的装配模型，“虚组件”是一种只定义装配位置(用一个局部坐标系完成)和基本尺寸，没有具体结构的组件模型。用户在设计过程中选择具体的组件实例，赋予其具体参数后，系统自动用组件实例替换“虚组件”形成实际的装配；“零件框架”是一种加入了 “虚特征”的组件模型，“虚特征”是一种只定义位置和方位(用一个局部坐标系完成)，没有具体结构的特征表示，用户在设计过程中选择具体的特征实例，赋予具体参数后，系统自动用特征实例替代虚特征形成实际的组件。另外，框架模型库维护模块13所维护的框架模型库具体包括零部件库14和特征库16，其中，零部件库14存储有基于建模规则的预制构件模型，包括:零部件组成、主参数、装配特征、形状特征、参数关联、特征关联等，特征库16存储有与组成预制构件的零部件相关的特征信息，包括:主参数、装配特征、形状特征、参数关联、零部件关联等。再有，添加有建模规则的预制构件、组成预制构件的零部件及其特征的框架模型是按照一定层次结构分类存储的。
[0025]整机参数化建模模块15用于读取并解析所述框架模型库中所需建立的预制构件的框架模型及其建模规则，并根据输入的零部件类型、特征类型以及参数，对所述框架模型进行实例化，自动建立预制构件的零部件及其装配模型。在本发明中，利用整机参数化建模模块15可调取预制构件的框架模型及其建模规则，并根据实习需求，选择所需的零部件/零部件组合及其建模规则中的各类参数，从而确定所要建模的预制构件的零部件及其特征的类型、数量以及参数。具体地，整机参数化建模模块15包括:读取存储有预制构件的框架模型库的数据库表，以树形结构显示预制构件、零部件和特征的分类层次关系；从所述框架模型库中读取所需建立的预制构件及其零部件的框架模型，对预制构件及其零部件的框架模型的建模规则进行解析，将预制构件及其零部件处理成树形结构的预制构件装配树；建立零部件、特征、以及参数之间的关联关系，以直观的方式予以显示；根据用户的参数输入、零部件类型选择和特征选择，确定整个预制构件的零部件及其特征的类型、数量以及参数；自动建立预制构件的零部件及其装配模型，实现预制构件整机的参数化建模。
[0026]三维模型生成引擎17用于根据整机参数化建模模块15建立的预制构件的零部件及其装配模型，生成预制构件的三维模型。在本发明中，三维模型生成引擎17获得整机参数化建模模块15建立的预制构件的零部件及其装配模型所确定的模型生成描述，生成预制构件的三维模型，后续，在CAD应用环境下由CAD设计工具(例如:AutoCAD、PR0/E、UG、或Solidfforks)根据三维模型生成引擎17生成的预制构件的三维模型绘制出预制构件的三维模型的绘图。
[0027]后续，用户通过校验绘制出的预制构件的三维模型绘图，若需要进一步修改的，则可再次利用整机参数化建模模块15提供的用户界面进行参数输入、零部件类型选择和特征选择等，以使整机参数化建模模块15再次作建立预制构件的零部件及其装配模型，完成预制构件整机的参数化建模。
[0028]请参阅图2，其为本发明预制构件的三维建模方法在一个实施方式中的流程示意图。本发明预制构件的三维建模方法是利用如图1所示的预制构件的三维建模系统来实现预制构件的三维建模。
[0029]结合图1和图2，本发明预制构件的三维建模方法包括如下步骤:
[0030]步骤S201，建立预制构件、组成预制构件的零部件及其特征的框架模型。在本发明中，建立预制构件、组成预制构件的零部件及其特征的框架模型是在CAD应用环境下由CAD设计工具(例如:AutoCAD、PR0/E、UG、或 SolidWorks)建立的。[0031]步骤S203，利用建模规则维护模块11在所述框架模型上添加建模规则。在本发明中，建模规则从形式上看是一套具有一定格式的脚本语言，其基本语义包括对预制构件的零部件装配关系、主参数定义、参数关联关系、特征定义、特征关联、零部件约束、系列特征等信息的描述。通过这套脚本语言，可以方便地对整机参数化的建模规则进行定义。
[0032]步骤S205，利用框架模型库维护模块13按照一定层次结构将添加有建模规则的所述框架模型分类存储至框架模型库中。在本发明中，框架模型库维护模块13所维护的框架模型库具体包括零部件库14和特征库16，其中，零部件库14存储有基于建模规则的预制构件模型，包括:零部件组成、主参数、装配特征、形状特征、参数关联、特征关联等，特征库16存储有与组成预制构件的零部件相关的特征信息，包括:主参数、装配特征、形状特征、参数关联、零部件关联等。
[0033]步骤S207，调用整机参数化建模模块15，从框架模型库中读取并解析所需建立的预制构件的框架模型及其建模规则，生成用于选择零部件类型和特征类型、以及输入参数的用户界面，并根据输入的零部件类型、特征类型以及参数，自动建立预制构件的零部件及其装配模型，实现预制构件整机的参数化建模。
[0034]如图3所示，步骤S207进一步包括:
[0035]步骤S2071，装载预制构件框架模型库结构:读取存储有预制构件的框架模型库的数据库表，以树形结构显示预制构件、零部件和特征的分类层次关系。
[0036]步骤S2073，从所述框架模型库中读取所需建立的预制构件及其零部件的框架模型，对预制构件及其零部件的框架模型的建模规则进行解析，将预制构件及其零部件处理成树形结构的预制构件装配树。在本发明中，调用整机参数化建模模块15提供有用户界面，以供用户选择所需建立的预制构件的类型。
[0037]步骤S2075，建立零部件、特征、以及参数之间的关联关系，以直观的方式予以显示。在本发明中，调用整机参数化建模模块15生成有用于选择零部件类型和特征类型、以及输入参数的用户界面，供用户进行零部件和特征的选择以及参数的输入。这里，对于参数，可以输入所需的参数并修改关联参数；对于零部件类型，可以选择所需的零部件类型并装载相应的框架模型，从而更新预制构件装配树；对于特征，可以选择所需的特征并更改关联特征，从而更新预制构件装配树。同时，用户可以通过在用户界面的选择和输入，可对形成的不同的预制构件装配树进行预览和比较，从而通过不停的调试，获得理想的预制构件装配树。
[0038]步骤S2077，根据用户的参数输入、零部件类型选择和特征选择，确定整个预制构件的零部件及其特征的类型、数量以及参数。在该步骤S2077中，还可以对预制构件结构树及零部件/特征和参数关系进行实时调整。
[0039]步骤S2079，自动建立预制构件的零部件及其装配模型，实现预制构件整机的参数化建模。
[0040]步骤S209，利用三维模型生成引擎17，根据建立的预制构件的零部件及其装配模型，在CAD应用环境下生成预制构件的三维模型。在本发明中，步骤S209更进一步包括:遍历所述预制构件装配树，根据整机参数化算法，生成创建当前预制构件的三维模型的模型生成描述语句；启动三维模型生成引擎，依次执行模型生成描述语句，生成当前预制构件的三维几何模型。[0041]后续，在CAD应用环境下由CAD设计工具(例如:AutoCAD、PRO/E、UG、或Solidfforks)根据三维模型生成引擎17生成的预制构件的三维模型绘制出预制构件的三维模型的绘图。
[0042]用户通过校验绘制出的预制构件的三维模型绘图，若需要进一步修改的，则可再次利用整机参数化建模模块15提供的用户界面进行参数输入、零部件类型选择和特征选择等，以使整机参数化建模模块15再次作建立预制构件的零部件及其装配模型，完成预制构件整机的参数化建模。
[0043]综上所述，本发明提供的预制构件的三维建模系统及三维建模方法，主要在于将预制构件建模规则与框架模型相分离，通过对预制构件几何模型及其建立过程的特点分析，提出并实现了一套适合各种预制构件建模需求的整机参数化建模脚本语言，其中，预制构件的建模规则可以通过简单地语法用脚本文件描述，可以方便地添加和修改，极大地提高了系统的柔性，并且通过通用、可定制的零部件库和建模规则，可以快速生成满足不同设计需求的整机参数化建模，并在三维模型生成引擎下生成预制构件的三维模型。
[0044]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属【技术领域】中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【权利要求】
1.一种预制构件的三维建模系统，其特征在于，包括: 建模规则维护模块，用于维护预制构件、组成预制构件的零部件及其特征的建模规则； 框架模型库维护模块，用于将预制构件、组成预制构件的零部件及其特征的框架模型按照一定层次结构分类存储至框架模型库中并进行维护，其中，存储的预制构件、组成预制构件的零部件及其特征的框架模型通过所述建模规则维护模块添加有所述建模规则维护模块中的所述建模规则； 整机参数化建模模块，用于读取并解析所述框架模型库中所需建立的预制构件的框架模型及其建模规则，生成用于选择零部件类型和特征类型、以及输入参数的用户界面，并根据输入的零部件类型、特征类型以及参数，对所述框架模型进行实例化，自动建立预制构件的零部件及其装配模型，实现预制构件整机的参数化建模； 三维模型生成引擎，用于根据所述整机参数化建模模块建立的预制构件的零部件及其装配模型，在CAD应用环境下生成预制构件的三维模型。
2.根据权利要求1所述的预制构件的三维建模系统，其特征在于，所述建模规则包括对预制构件的零部件装配关系、主参数定义、参数关联关系、特征定义、特征关联、零部件约束、以及系列特征的描述。
3.根据权利要求1所述的预制构件的三维建模系统，其特征在于，所述框架模型包括装配框架和零件框架，其中，所述装配框架为加入有虚组件的装配模型，所述虚组件仅定义装配位置和基本尺寸；所述零件框架为加入有虚特征的组件模型，所述虚特征仅定义位置和方位。
4.根据权利要求1所述的预制构件的三维建模系统，其特征在于，所述框架模型库包括零部件库和特征库。`
5.根据权利要求1所述的预制构件的三维建模系统，其特征在于，所述整机参数化建模模块解析所述框架模型库中预制构件的框架模型及其建模规则，以直观的构件树的形式予以显示。
6.一种采用如权利要求1至5中任一项所述的预制构件的三维建模系统进行预制构件的三维建模方法，其特征在于，包括: 1)建立预制构件、组成预制构件的零部件及其特征的框架模型； 2)利用建模规则维护模块在所述框架模型上添加建模规则； 3)利用框架模型库维护模块按照一定层次结构将添加有建模规则的所述框架模型分类存储至框架模型库中； 4)调用整机参数化建模模块，从所述框架模型库中读取并解析所需建立的预制构件的框架模型及其建模规则，生成用于选择零部件类型和特征类型、以及输入参数的用户界面，并根据输入的零部件类型、特征类型以及参数，自动建立预制构件的零部件及其装配模型，实现预制构件整机的参数化建模； 5)利用三维模型生成引擎，根据建立的预制构件的零部件及其装配模型，在CAD应用环境下生成预制构件的三维模型。
7.根据权利要求6所述的预制构件的三维建模方法，其特征在于，在步骤I)中，建立预制构件、组成预制构件的零部件及其特征的框架模型是在CAD应用环境下建立的。
8.根据权利要求6所述的预制构件的三维建模方法，其特征在于，在步骤4)中，具体包括: 4-1)读取存储有预制构件的框架模型库的数据库表，以树形结构显示预制构件、零部件和特征的分类层次关系； 4-2)从所述框架模型库中读取所需建立的预制构件及其零部件的框架模型，对预制构件及其零部件的框架模型的建模规则进行解析，将预制构件及其零部件处理成树形结构的预制构件装配树； 4-3)建立零部件、特征、以及参数之间的关联关系，以直观的方式予以显示； 4-4)根据用户的参数输入、零部件类型选择和特征选择，确定整个预制构件的零部件及其特征的类型、数量以及参数； 4-5)自动建立预制构件的零部件及其装配模型，实现预制构件整机的参数化建模。
9.根据权利要求8所述的预制构件的三维建模方法，其特征在于，在步骤4-4)中，还包括:对预制构件结构树及零部件/特征和参数关系进行实时调整。
10.根据权利要求8或9所述的预制构件的三维建模方法，其特征在于，在步骤5)中，包括: 遍历所述预制构件装配树，根据整机参数化算法，生成创建当前预制构件的三维模型的模型生成描述语句； 启动三维模型生成引擎，依次执行模型生成描述语句，生成当前预制构件的三维几何模型。
【文档编号】G06T17/00GK103578137SQ201310628570
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年11月29日 优先权日:2013年11月29日
【发明者】王静, 马荣全, 王桂玲, 苗冬梅 申请人:中国建筑第八工程局有限公司