一种STPL三维模型文件格式、提取方法、装置及介质与流程

本发明涉及三维数字化制造技术领域，尤其涉及一种stpl三维模型文件格式、提取方法、装置及介质。

背景技术：

三维数字化制造技术，是一项以集成的三维数字化模型替代二维工程图纸成为唯一制造依据的本质，建立了三维数字化设计制造一体化集成应用体系，真正达到无图纸、无纸质工作指令的三维数字化集成制造，是未来制造业的技术发展趋势。而三维数字化建模主要是通过机械模型设计软件(如cad、solidwork)完成，但是不同的cax软件之间的数据转换成为了一个重要问题。step格式提出的初衷是为了解决不同的三维模型建模软件之间进行数据转换问题，在产品的生存周期内能够为产品数据的表示与通信提供一种中性格式，用来建立产品信息完整、语义一致的产品数据模型。

step格式是目前最通用的产品数据交换标准。step标准记录了零部件自身的数据和内容，包括文件日期，装配体名称，分解后的零部件坐标点数据、颜色与形状等信息。但是，由于step文件容量占用空间大、内容复杂、结构繁乱，通过编程重构三维模型时计算量大、运行时间久，因此作为三维数字化制造中的上层装配体设计与下层生产之间的数据交换格式并不适合，不利于现在的三维数字化制造技术中的模型数据传输以及下层的模型数据解析。

技术实现要素：

本发明针对目前智能制造生产中数据传输效率问题提供一种stpl三维模型文件格式、提取方法、装置及介质，解决了现有的step格式数据复杂、文件容量大、重构显示时间长等问题。

为了实现上述目的，本发明提出一种stpl三维模型文件格式的数据流提取方法，所述的stpl三维模型文件格式，设置包括：至少一个形状信息存储区、至少一个颜色信息存储区和零个或多个位置信息存储区；

所述的数据流提取方法包括如下步骤：

s10、查询模型关系表示数据的存储位置，利用序号索引在模型关系储存数据中进行层层查找，提取三维模型形状信息，组成三维图形；

s20、查询颜色关系表示数据的存储位置，利用序号索引在颜色关系储存数据中进行层层查找，提取三维模型颜色信息；

s30、查询位置关系表示数据的存储位置，利用序号索引在位置关系储存数据中进行层层查找，提取三维模型位置信息。

本发明提出一种轻量化的三维模型通用格式标准，把三维模型数据按照模型信息、颜色信息、位置信息三种信息重新整合。解决了现有的step格式数据复杂、文件容量大、重构显示时间长、三维数字化制造中的上层装配体设计与下层生产之间的数据传输效率低等问题；

优选地，所述的形状信息，具体为：构成装配体的每个零部件的三维形状信息；所述的颜色信息，具体为：装配体中每个零部件对应的颜色；所述的位置信息，具体为：装配体中每个零部件在三维坐标中相对于原点的平移向量以及旋转角度。

本发明将装配体的三维形状信息、每个零部件的对应颜色信息和每个零部件在三维坐标中相对于原点的平移向量以及旋转角度进行组合，构成标准的文件格式，方便上层装配体设计与下层生产之间的数据交换，实现数据提取的效率和准确性；

本发明文件里面的每一行数据代表一种信息，每一行信息都有唯一的序号索引表示，通过序号索引获取目标三维模型信息的所在位置，快速直观，查询准确，提高工作效率；

优选地，所述的步骤s10，具体包括：

s101、在模型关系表示中查找闭合壳/开放壳的序号索引；

s102、根据闭合壳/开放壳的序号索引查找高级面的序号索引；

s103、根据高级面的序号索引查找外边界、内边界和三维图形的序号索引；

s104、根据外边界和内边界的序号索引查找边缘曲线的序号索引；

s105、根据边缘曲线的序号索引查找笛卡尔点和二维图形的序号索引。

本发明查找对应的模型关系表示在文件中的位置，通过各信息唯一的序号索引层层递推式的查找三维模型的形状数据，格式规范合理，查找层数少，文件容量小，查询准确，提高工作效率；

优选地，所述的步骤s20，具体包括：

s201、在颜色关系表示中查找闭合壳/开放壳/高级面及其对应颜色rgb值的序号索引。

本发明通过对不同部件的序号索引查找对应的颜色rgb值，查询准确，提高工作效率，能够准确快速的确定三维模型对应部件的颜色值，并加以赋值实现构建三维模型的色彩添加；

优选地，所述的步骤s30，具体包括：

s301、在位置关系表示中查找零部件名称和3d布局的序号索引。

本发明通过序号索引查找产品三维模型各部件的位置关系数据，实现坐标点等数据的快速提取和位置对应，快速准确地完成部件之间的位置关系确定与连接；

优选地，步骤s103所述的根据高级面的序号索引查找外边界、内边界和三维图形的序号索引；具体包括：

s1031、判断三维图形所属类型；

s1032、根据所属不同类型，获取构图数据。

优选地，步骤s1032所述的根据所属不同类型，获取构图数据，具体包括：

当三维图形为平面/圆环面/球面时，获取3d布局的序号索引，此时3d布局数据包括：平面上的点、平面上的向量和平面的法向量；

当三维图形为圆柱面/圆锥面时，获取3d布局的序号索引和一个数据，此时3d布局数据包括：平面上的点、圆平面上的向量和圆平面的法向量；所述的一个数据为圆柱体/圆锥体的高；

当三维图形为曲面时，获取3d布局的序号索引，此时3d布局数据包括：多个用于组成面的点。

优选地，步骤s301所述的3d布局，其中数据包括：零部件在三维空间中的平移坐标、零部件绕z轴的旋转角度和零部件绕x轴的旋转角度。

本发明还提出一种stpl三维模型文件格式的数据流提取装置，该装置包括：

处理器；

存储器，耦合至所述的处理器并存储有指令，所述的指令在由所述处理器执行实现所述的stpl三维模型文件格式的数据流提取方法的步骤。

本发明还提出一种计算机可读取存储介质，所述计算机可读取存储介质存储有stpl三维模型文件格式的数据流提取方法的应用程序，所述应用程序实现如所述的stpl三维模型文件格式的数据流提取方法的步骤。

本发明提出一种stpl三维模型文件格式、提取方法、装置及介质，针对现阶段机械模型设计软件通用格式标准数据量复杂、容量大的状况，提出一种轻量化的三维模型通用格式标准，把三维模型数据按照模型信息、颜色信息、位置新色三种信息重新整合。解决了现有的step格式数据复杂、文件容量大、重构显示时间长、三维数字化制造中的上层装配体设计与下层生产之间的数据传输效率低等问题，以适应现在的三维数字化制造技术，提高了数据传输速度与三维模型重构显示速度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明一种实施例中stpl三维模型文件格式的数据流提取方法流程图；

图2为本发明一种实施例中stpl文件格式示意图，其中，图(a)为前部示意图，图(b)为后部示意图；

图3为本发明一种实施例中步骤s10具体流程图；

图4为本发明一种实施例中三维模型形状信息结构示意图；

图5为本发明一种实施例中步骤s104具体流程图；

图6为本发明一种实施例中步骤s20具体流程图；

图7为本发明一种实施例中三维模型颜色信息结构示意图；

图8为本发明一种实施例中步骤s30具体流程图；

图9为本发明一种实施例中三维模型位置信息结构示意图；

图10为本发明一种实施例中stpl三维模型文件格式的数据流提取装置结构示意图；

图11为本发明一种实施例中计算机可读取存储介质结构示意图；

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种stpl三维模型文件格式；用于替代目前主流的中性格式step格式，能够保证装配体信息完整，同时能够方便地编程读取，并且降低文件的占用空间。

本发明一种优选实施例中，所述的stpl三维模型文件格式，设置包括：至少一个形状信息存储区、至少一个颜色信息存储区和零个或多个位置信息存储区；形状信息指构成装配体的每个零部件的三维形状信息，这些信息包括笛卡尔点，向量，三维图形等。颜色信息指装配体中每个零部件对应的颜色。位置信息指装配体中每个零部件在三维坐标中，相对于原点的平移向量以及旋转角度。正是这三种信息构成了一个完成的装配体；

每个形状信息包括一个或多个外壳，每个外壳包括一个或多个面，每个面包含一个外边界、零个或多个内边界和一个三维几何图形，该三维图形包含六种类型的几何图形，分别是圆柱体、圆锥体、平面、球体、环形管道和曲面。每个外边界和内边界都包含一个边缘曲线，每个边缘曲线都包含两个笛卡尔点和一个二维几何图形，该二维几何图形包含三种类型的几何图形，分别是圆，直线和曲线。

颜色信息包括一个外壳或面，以及该外壳或面的颜色rgb值。

位置信息包括一个零部件名称和一个三维位置，三维位置包括一个平移坐标点，一个绕z轴的旋转角度和一个绕x轴的旋转角度。

本发明一种优选实施例中，如图1所示，图1中步骤s10、步骤s20和步骤s30并无具体的顺序要求，是同时分别进行的；所述的数据流提取方法包括如下步骤：

本发明实施例中，如图2中图(a)和图(b)所示，用文本方式打开.stpl文件，.stpl文件里面的每一行数据代表一种信息，每一行信息都有唯一的序号索引表示，通过序号索引的查找，可以得到最终想要的信息。

s10、查询模型关系表示数据的存储位置，利用序号索引在模型关系储存数据中进行层层查找，提取三维模型形状信息，组成三维图形；

本发明一种优选实施例中，如图3和图4所示，所述的步骤s10，具体包括：

s101、在模型关系表示中查找闭合壳/开放壳的序号索引；

本发明实施例中，查找模型关系表示shape_representation_relationship，在shape_representation_relationship中包含一个零部件名称和一个或多个闭合壳closed_shell/开放壳open_shell和一个上下文信息表示infomation_representation_context的序号索引，infomation_representation_context为零部件的其他信息，它包含了零部件尺寸的单位、工艺，材料和其他信息。

s102、根据闭合壳/开放壳的序号索引查找高级面的序号索引；

本发明实施例中，根据closed_shell/open_shell的序号索引查找，在每一个closed_shell/open_shell中包含一个或多个高级面advanced_face的序号索引。

s103、根据高级面的序号索引查找外边界、内边界和三维图形的序号索引；

本发明实施例中，根据advanced_face的序号索引查找，在每一个advanced_face中包含一个外边界face_outer_bound和一个或多个face_internal_bound内边界和一个三维图形的序号索引。

本发明一种优选实施例中，如图5所示，具体包括：

s1031、判断三维图形所属类型；

本发明实施例中，三维图形包括六种形状，有平面plane、圆柱面cylindrical_surface、圆锥面conical_surface、圆环面toroidal_surface、球面spherical_surface和曲面curved_surface；

s1032、根据所属不同类型，获取构图数据。

本发明一种优选实施例中，步骤s1032所述的根据所属不同类型，获取构图数据，具体包括：

当三维图形为平面plane/圆环面toroidal_surface/球面spherical_surface时，获取3d布局axis2_placement_3d的序号索引，该axis2_placement_3d中包含一个cartesian_point和两个direction，cartesian_point为平面上的点，第一个direction为平面上的向量，第二个direction为平面的法向量。

当三维图形为圆柱面cylindrical_surface/圆锥面conical_surface时，获取axis2_placement_3d的序号索引和一个数据，此时3d布局数据包括：包含一个cartesian_point和两个direction，cartesian_point为平面上的点，第一个direction为圆平面上的向量，第二个direction为圆平面的法向量。该数据为圆柱体或圆锥体的高。

当三维图形为曲面curved_surface时，获取3d布局的序号索引，此时3d布局数据包括：若干个cartesian_point，这若干个点组成了这个曲面；

s104、根据外边界和内边界的序号索引查找边缘曲线的序号索引；

本发明实施例中，根据face_outer_bound和face_internal_bound的序号索引查找，face_outer_bound或face_internal_bound中包含多个边缘曲线edge_curve的序号索引；

s105、根据边缘曲线的序号索引查找笛卡尔点和二维图形的序号索引。

本发明实施例中，根据edge_curve的序号索引查找，edge_curve中包含两个笛卡尔点cartesian_point和一个二维图形的序号索引。二维图形包括直线line，圆circle和曲线边界bounded_curve。两个cartesian_point为二维图形的起始点和终点。在一个advanced_face中的所有edge_curve所包含的所有cartesian_point和二维图形可以组成一个完整的三维图形。

s20、查询颜色关系表示数据的存储位置，利用序号索引在颜色关系储存数据中进行层层查找，提取三维模型颜色信息；

本发明一种优选实施例中，如图6和图7所示，所述的步骤s20，具体包括：

s201、在颜色关系表示中查找闭合壳/开放壳/高级面对应颜色rgb值的序号索引。

本发明实施例中，查找颜色关系表示colour_representation_relationship，在colour_representation_relationship中包含一个颜色rgb值的索引，和closed_shell/open_shell/advanced_face中的一个，该颜色rgb值为对应的closed_shell/open_shell/advanced_face的颜色。

s30、查询位置关系表示数据的存储位置，利用序号索引在位置关系储存数据中进行层层查找，提取三维模型位置信息；

本发明一种优选实施例中，如图8和图9所示，所述的步骤s30，具体包括：

s301、在位置关系表示中查找零部件名称和3d布局的序号索引。

本发明实施例中，查找位置关系表示position_representation_relationship，在position_representation_relationship中包含一个零部件名称和一个axis2placement_3d的序号索引。axis2placement_3d中包含一个cartesian_point和两个direction，cartesian_point为该零部件在三维空间中的平移坐标，第一个direction为该零部件绕z轴的旋转角度，第二个direction为该零部件绕x轴的旋转角度。位置关系信息很好地区分了一个装配体中，同一种零部件出线多次的情况。

本发明还提出一种stpl三维模型文件格式的数据流提取装置；该装置内部设置有所述的stpl三维模型文件格式，设置包括：至少一个形状信息存储区、至少一个颜色信息存储区和零个或多个位置信息存储区；

本发明一种优选实施例中，如图10所示，该装置包括：

处理器；

存储器，耦合至所述的处理器并存储有指令，所述的指令在由所述处理器执行实现所述的stpl三维模型文件格式的数据流提取方法的步骤，例如，

s10、查询模型关系表示数据的存储位置，利用序号索引在模型关系储存数据中进行层层查找，提取三维模型形状信息，组成三维图形；

s20、查询颜色关系表示数据的存储位置，利用序号索引在颜色关系储存数据中进行层层查找，提取三维模型颜色信息；

s30、查询位置关系表示数据的存储位置，利用序号索引在位置关系储存数据中进行层层查找，提取三维模型位置信息。

本发明实施例中，方法步骤的具体细节在上文中已经叙述，此处不再复述；

本发明实施例中，所述的stpl三维模型文件格式的数据流提取装置内置处理器，可以由集成电路组成，例如可以由单个封装的集成电路所组成，也可以是由多个相同功能或不同功能封装的集成电路所组成，包括一个或者多个中央处理器(centralprocessingunit，cpu)、微处理器、数字处理芯片、图形处理器及各种控制芯片的组合等。处理器利用各种接口和线路连接取各个部件，通过运行或执行存储在存储器内的程序或者单元，以及调用存储在存储器内的数据，以执行stpl三维模型文件格式的数据流提取的各种功能和处理数据；

存储器用于存储程序代码和各种数据，安装在stpl三维模型文件格式的数据流提取装置中，并在运行过程中实现高速、自动地完成程序或数据的存取。所述存储器包括只读存储器(read-onlymemory，rom)、随机存储器(randomaccessmemory，ram)、可编程只读存储器(programmableread-onlymemory，prom)、可擦除可编程只读存储器(erasableprogrammableread-onlymemory，eprom)、一次可编程只读存储器(one-timeprogrammableread-onlymemory，otprom)、电子擦除式可复写只读存储器(electrically-erasableprogrammableread-onlymemory，eeprom)、只读光盘(compactdiscread-onlymemory，cd-rom)或其他光盘存储器、磁盘存储器、磁带存储器、或者能够用于携带或存储数据的计算机可读的任何其他介质。

本发明还提出一种计算机可读取存储介质，如图11所示，所述计算机可读取存储介质存储有stpl三维模型文件格式的数据流提取方法的应用程序，所述应用程序实现如所述的stpl三维模型文件格式的数据流提取方法的步骤，例如，

s10、查询模型关系表示数据的存储位置，利用序号索引在模型关系储存数据中进行层层查找，提取三维模型形状信息，组成三维图形；

s20、查询颜色关系表示数据的存储位置，利用序号索引在颜色关系储存数据中进行层层查找，提取三维模型颜色信息；

s30、查询位置关系表示数据的存储位置，利用序号索引在位置关系储存数据中进行层层查找，提取三维模型位置信息。

本发明实施例中，方法步骤的具体细节在上文中已经叙述，此处不再复述；

在本发明的实施方式的描述中，需要说明的是，流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理模块的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。