CN102129718A

CN102129718A - 一种无失真的异构cad模型转换方法

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Publication number: CN102129718A
Application number: CN2011100628407A
Authority: CN
Inventors: 邵晓东; 刘焕玲; 殷磊; 李申
Original assignee: Xidian University
Current assignee: Xidian University
Priority date: 2011-03-16
Filing date: 2011-03-16
Publication date: 2011-07-20

Abstract

本发明涉及计算机辅助产品设计软件应用技术领域，特别是一种无失真的异构CAD模型转换方法，其特征是：它包括：一个在计算机存贮器内安装的源CAD系统、目标CAD系统、源系统的API函数和目标系统的API函数，由源CAD系统建立的源系统模型并形成的三维模型文件，计算机通过模型转换接口和计算机存贮的中间文件及特征描述语言库，将由源CAD系统建立的源系统模型转换形成目标系统模型文件和目标系统模型。它以便实现异构CAD模型的数据格式转换中源系统和目标系统间模型的无失真转换，可将模型的几何形状、特征树、尺寸和约束等信息由构建模型的源系统完全转换到目标系统，并可在目标系统中对转换后模型进行基于特征的编辑修改。

Description

一种无失真的异构CAD模型转换方法

技术领域

本发明涉及计算机辅助产品设计软件应用技术领域，特别是一种无失真的异构CAD模型转换方法。

背景技术

随着各种计算机辅助设计（CAD）软件的大量应用，异构CAD模型转换问题正在变得日益突出。一方面，随着CAD技术不断成熟，出现了为数众多的商品化CAD软件，如UG、PRO/E和CATIA等。不同企业、甚至同一企业的不同部门会根据其需求和爱好选择不同的CAD软件。另一方面，随着产品功能日益复杂以及社会分工日益明确，企业间交流与协作也越来越密切。项目组成员往往来自于不同企业，采用不同的CAD软件工作，当成员之间需要相互交换设计信息时，就必须对CAD模型进行格式转换。

由于存在信息交换的迫切需求，商品化CAD软件普遍提供了模型转换功能。如UG可将其模型导出为IGES、DFX和STEP等标准格式的中性文件，也可导入上述格式的文件形成模型。Pro/E、I-DEAS等其它软件也具有类似功能。一般情况下采用基于中性文件的模型转换，CAD系统间采用将源系统的几何模型转换为中性文件，然后再将中性文件导入到目标系统，转换为目标系统下的几何模型。中性文件的模型转换存在诸多问题：首先是某些特殊结构的几何信息容易丢失。例如将UG模型转换到PRO/E时，会导致原模型中的一部分信息丢失。其次更重要的是，传统模型转换接口无法将特征信息转入到目标系统。转换后的PRO/E模型保留了几何信息，但原模型的特征树、约束及尺寸等信息丢失。转换后的模型无法用参数化方式进一步修改。大部分情况下，该模型没有应用价值。

在其它CAD模型转换方面的技术研究。如杨洪君、宁汝新等比较了Pro/E和UG间的三维模型数据交换方法，做了数据交换实验，得出采用STEP实现模型转换具有一定优越性的结论。骆轶姝等提出了一种DFX数据交换接口的实现方法。但是目前研究工作未能解决模型转换时特征信息丢失这一关键问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种无失真的异构CAD模型转换方法，以便实现异构CAD模型的数据格式转换中源系统和目标系统间模型的无失真转换，可将模型的几何形状、特征树、尺寸和约束等信息由构建模型的源系统完全转换到目标系统，并可在目标系统中对转换后模型进行基于特征的编辑修改。

本发明的目的是这样实现的，一种无失真的异构CAD模型转换方法，其特征是：它包括：一个在计算机存贮器内安装的源CAD系统（或源系统用户操作环境）和目标CAD系统（或目标系统用户操作环境），包括源系统的API函数和目标系统的API函数，由源CAD系统建立的源系统模型并形成的三维模型文件，计算机通过模型转换接口和计算机存贮的中间文件及特征描述语言库，将由源CAD系统建立的源系统模型转换形成目标系统模型文件和目标系统模型。

所述的由源CAD系统建立的源系统模型转换形成目标系统模型文件和目标系统模型包括如下步骤：

101步，由被转换模型文件的源CAD系统打开被转换的源模型文件；

102步，由一模型转换接口调用源CAD系统提供的API函数；

103步，通过API函数读取源模型的信息，将读取源模型的信息转换成MLFO描述；

104步，将MLFO描述的源模型的信息存储为特征描述文件；

105步，调用目标系统提供的API函数；

106步，根据API函数读取源模型的信息的特征描述文件；

107步，在目标CAD系统文件下重新生成目标CAD模型文档格式。

所述的转换接口是基于CAD特征描述文件，用于解决基于特征操控的模型描述，解决模型信息的读取和写入和模型信息的转换。

所述的基于特征操控的模型描述是一种用来描述CAD模型的特征描述语言，特征描述语言适用用所有的CAD软件。

所述的模型信息的读取和写入通过调用CAD软件操作系统的API函数， API函数是CAD系统自身提供的开发工具。

所述的模型信息的转换分为简单特征转换和复杂特征转换。

所述的简单特征转换是源CAD系统和目标CAD系统都有定义的拉伸、旋转、扫描、倒角和倒圆角特征操作，拉伸、旋转、扫描、倒角和倒圆角参数可以直接对应。

所述的复杂模型转换是源CAD系统和目标CAD系统间没有直接对应关系的特征操作，复杂模型转换通过源CAD系统和目标CAD系统特征映射，在目标CAD系统下生成与源CAD系统模型完全相同的几何体，并且能够完成与原模型同样的参数驱动操作。

本发明的优点是：与易变的数据结构相比，CAD软件提供的功能是相对稳定的。从CAD技术产生至今，CAD新功能出现的周期一般在10年左右，其发展经历了二维绘图、三维建模、参数化设计和特征设计等阶段，目前已趋于完善，今后新功能出现的周期会更长。虽然CAD软件在不断升级，但是其主要的特征操作方式不会发生变化。显然，特征操作比琐碎的数据结构更容易制定成标准。

附图说明

下面结合实施例附图对本发明作进一步说明：

图1是基于特征异构CAD模型转换系统框图；

图2是图1基于特征异构CAD模型转换系统转换工作流程；

图3是CAD模型转换接口系统框图。

图中，1、三维模型文件；2、源CAD系统；3、源系统模型；4、源系统的API函数；5、模型转换接口；6、中间文件；7、特征描述语言库；8、目标系统的API函数；9、目标系统模型；10、目标CAD系统；11、目标系统模型文件。

具体实施方式

如图1所示，本发明提出的模型转换方法是以特征操作的标准化为基础进行设计，一个在计算机存贮器内安装的源CAD系统（或源系统用户操作环境）2和目标CAD系统（或目标系统用户操作环境）10，包括源系统的API函数4和目标系统的API函数8，由源CAD系统2建立的源系统模型3并形成的三维模型文件1，计算机通过模型转换接口5和计算机存贮的中间文件6及特征描述语言库7，将由源CAD系统2建立的源系统模型3转换形成目标系统模型文件11和目标系统模型9。

由源CAD系统2建立的源系统模型3转换形成目标系统模型文件11和目标系统模型9是通过如下步骤实现的：

102步，由一模型转换接口调用源CAD系统提供的API函数；

104步，将MLFO描述的源模型的信息存储为特征描述文件；

105步，调用目标系统提供的API函数；

106步，根据API函数读取源模型的信息的特征描述文件；

107步，在目标CAD系统文件下重新生成目标CAD模型文档格式。

本发明提供的模型转换方法以特征操作的标准化为基础进行设计，其基本思想是建立与CAD系统无关的特征操作原语（MLFO,Meta Language of Feature Operation）描述CAD模型信息。对于每个商品化CAD软件，则需提供其特征操作功能与MLFO的映射函数。模型转换时，转换接口通过标准特征操作提取模型信息，实现异构CAD系统模型转换，而不必关心模型的具体实现和存储格式。

如图3所示，如图3所示，本发明中所述的模型转换接口5是基于CAD特征的模型，用于解决基于特征操控的模型描述，解决模型信息的读出和写入和模型信息的转换。

基于特征操控的模型描述是一种用来描述CAD模型的中性语言，它与具体CAD软件无关，如图3中Aut0CAD、SolidWork、I-Deas、UG、Pro/E、CATIA，Aut0CAD、SolidWork、I-Deas、UG、Pro/E、CATIA都有各自的操作系统，对于每个商品化CAD软件，都有特征操作功能与MLFO的映射函数。模型转换时，转换接口（接口应用层）通过中性的特征操作原语层提取原CAD系统模型，通过各自的API函数，将读取源模型的信息转换成MLFO描述，将MLFO描述的源模型的信息存储为，在调用目标系统提供的API函数，根据目标系统的API函数读取源模型中中性的特征操作原语层能描述的模型文件或的源模型信息的特征描述文件，在目标CAD系统文件下重新生成目标CAD模型文档格式。

从表1可以看出，与一般接口采用的模型描述方法B-REP相比，MLFO不仅更加简洁，而且可以完整地表达模型的特征信息和几何信息。

表1

模型信息的读取和写入

模型信息的读取和写入通过调用CAD软件操作系统的API函数实现，而不是通常采用的解析文件方式。几乎所有的商品化CAD软件都提供了基于C语言的API接口。由于API函数是CAD系统自身提供的开发工具，因此可以非常全面的访问模型信息。例如，Pro/E提供了Pro/TOOLKIT软件开发工具包，使用户编写的应用程序能够安全地控制和访问Pro/E模型，并可以实现应用程序与Pro/E系统的无缝集成。表2给出了访问

表2所示Pro/E模型倒角特征信息的部分代码。

模型信息的转换

模型信息的转换分为简单特征转换和复杂特征转换

简单特征转换：所述的简单特征转换是源CAD系统和目标CAD系统都有定义的特征操作。并且参数可以直接对应，该转换过程就非常简单，只要将源系统的特征信息读出并在目标系统下重构即可。拉伸(EXTRUDE)、旋转(REVOLVE)、扫描(SWEEP)、倒角(CHAMFER)和倒圆角(FILLET)等特征转换属于简单特征转换。

如Pro/E模型倒角特征的转换，程序首先调用Pro/ToolKit函数读取倒角特征信息(如表2所示)，得到其倒角边的索引号17、倒角半径R1=0.5、R2=0、倒角类型Type=45×2等参数。然后调用UG接口，找到UG模型中与17号边等效的边，对该边进行倒角操作，生成CHAMFER特征，并将其类型设置为45度等边倒角，R设置为0.5。

复杂特征转换

复杂模型转换是源CAD系统和目标CAD系统间没有直接对应关系的特征操作，复杂模型转换通过源CAD系统和目标CAD系统特征映射，在目标CAD系统下生成与源CAD系统模型完全相同的几何体，并且能够完成与原模型同样的参数驱动操作。

例如UG的BLOCK特征，在Pro/E中没有与其对应的特征操作，这种情况下需要将BLOCK特征映射为Pro/E系统的拉伸特征。如表3所示的BLOCK特征，其几何形状是长、宽、高分别为210、127和2.286的一个立方体。转换到PRO/E时，需要建立一个拉伸特征，该特征的截面为长210、宽127的矩形，然后沿垂直截面方向拉伸，拉伸长度为2.286。通过这样的特征映射，在PRO/E下生成与原模型完全相同的几何体，并且能够完成与原模型同样的参数驱动操作。表4是部分UG和Pro/E模型特征的对照表。

表 3 BLOCK特征与拉伸特征信息转换表

表4 UG和Pro/E部分模型特征对照表

UG模型特征	Pro/E模型特征	类型
			BLOCK	PROTRUSION/EXTRUDE	复杂
RECT PAD	PROTRUSION/EXTRUDE	复杂
			SIMPLE_HOLE	CUT/EXTRUDE	复杂
BLEND	ROUND	简单
			CHAMFER	CHAMFER	简单
LINEAR_ISET	PATTERN/GROUPPATTERN	复杂
			BOSS	PROTRUSION/EXTRUDE	复杂
EXTRUDED	EXTRUDE	简单
			REVOLVED	REVOLVE	简单

本发明通过CAD模型转换接口接口技术，读取源系统模型的几何形状、特征树、尺寸和约束等信息，通过对应处理，再在目前系统下重复特征的构建过程，从而实现模型的无失真转换。与传统方法相比，本文提出的CAD模型接口方案有以下特点：1）转换结果保留了完整的几何信息和特征信息。传统接口进行模型转换时，只考虑几何信息的处理，造成模型特征信息的丢失。本文提出的方案采用标准化特征操作进行信息读取与转换，从特征树和实体边界（B-REP）两个层次读取和重构CAD模型信息，因此转换前后的模型不仅几何形状一致，而且有相同的特征结构；2）接口程序的兼容性好。一般CAD接口通过解析模型文件完成模型信息读取和转换。由于模型文件有严格的格式规定，软件的任何版本升级都会导致文件格式变化从而使得接口程序无法正常工作。本文的模型转换接口通过调用CAD系统的API函数实现模型信息访问。一般情况下，商品化软件升级时，其API函数会向下兼容。也就是说，API函数可能会新增但是不会去除。因此接口程序可以不经修改应用到新版本软件中，兼容性好。3）稳定性和继承性好。由于接口是基于对CAD模型操作的标准化设计的，因此接口与CAD软件功能有关而与其存储格式无关。CAD软件功能的稳定性和继承性要远远好于其数据结构，因此本方案的稳定性和继承性也要远远好于传统数据接口。

Claims

1.一种无失真的异构CAD模型转换方法，其特征是：它包括：一个在计算机存贮器内安装的源CAD系统（2）、目标CAD系统（10）、源系统的API函数（4）和目标系统的API函数（8），由源CAD系统（2）建立的源系统模型（3）并形成的三维模型文件（1），计算机通过模型转换接口（5）和计算机存贮的中间文件（6）及特征描述语言库（7），将由源CAD系统（2）建立的源系统模型（3）转换形成目标系统模型文件（11）和目标系统模型（9）。

2.根据权利要求1所述的一种无失真的异构CAD模型转换方法，其特征是：所述的由源CAD系统（2）建立的源系统模型（3）转换形成目标系统模型文件（11）和目标系统模型（9）包括如下步骤：

102步，由一模型转换接口调用源CAD系统提供的API函数；

104步，将MLFO描述的源模型的信息存储为特征描述文件；

105步，调用目标系统提供的API函数；

106步，根据API函数读取源模型的信息的特征描述文件；

107步，在目标CAD系统文件下重新生成目标CAD模型文档格式。

3.根据权利要求2所述的一种无失真的异构CAD模型转换方法，其特征是：所述的转换接口是基于CAD特征描述文件，用于解决基于特征操控的模型描述，解决模型信息的读取和写入和模型信息的转换。

4.根据权利要求3所述的一种无失真的异构CAD模型转换方法，其特征是：所述的基于特征操控的模型描述是一种用来描述CAD模型的特征描述语言，特征描述语言适用用所有的CAD软件。

5.根据权利要求3所述的一种无失真的异构CAD模型转换方法，其特征是：所述的模型信息的读取和写入通过调用CAD软件操作系统的API函数， API函数是CAD系统自身提供的开发工具。

6.根据权利要求3所述的一种无失真的异构CAD模型转换方法，其特征是：所述的模型信息的转换分为简单特征转换和复杂特征转换。

7.根据权利要求6所述的一种无失真的异构CAD模型转换方法，其特征是：所述的简单特征转换是源CAD系统和目标CAD系统都有定义的拉伸、旋转、扫描、倒角和倒圆角特征操作，拉伸、旋转、扫描、倒角和倒圆角参数可以直接对应。

8.根据权利要求6所述的一种无失真的异构CAD模型转换方法，其特征是：所述的复杂模型转换是源CAD系统和目标CAD系统间没有直接对应关系的特征操作，复杂模型转换通过源CAD系统和目标CAD系统特征映射，在目标CAD系统下生成与源CAD系统模型完全相同的几何体，并且能够完成与原模型同样的参数驱动操作。