CN102270219B - 一种火星探测器部件级虚拟样机库的架构方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火星探测器部件级虚拟样机库的架构方法，包括对＊.prt文件进行转换生成＊.3DS文件，并利用＊.3DS文件和设备配套表生成火星探测器零部件三维模型文件库和火星探测器零部件信息数据库的步骤；根据火星探测器零部件三维模型文件库和火星探测器零部件信息数据库建立用于生成火星探测器部件虚拟样机三维模型的交互接口的步骤；利用交互接口调用火星探测器零部件三维模型文件库和火星探测器零部件信息数据库调用被选模型和信息数据进行图文显示的步骤和通过交互接口重新选择模型或对模型进行旋转缩放操作的步骤。本发明实现了对火星探测器部件级虚拟样机库中的器件的建模，并实现了利用三维模型与信息数据向结合的方式对用户或工作人员进行展示的要求。

Description

一种火星探测器部件级虚拟样机库的架构方法

技术领域

本发明属于对深空探测任务的设计与仿真技术领域，涉及一种火星探测器部件级虚拟样机库的架构方法。

背景技术

火星探测器部件级虚拟样机库是在火星探测领域，进行结构与构型设计过程的必要环节，特别是火星探测器部件虚拟样机库，对火星的探测有一定的战略意义。

目前卫星设计领域多已采用CAM/CAD软件(比如Pro/E)进行三维设计建模，使得零件设计变得更加细致，零件类型变得更加复杂，但是也导致了对探测器三维模型的显示要求的提高。目前相关的CAM/CAD软件在进行三维模型展示时，多是以零件编辑方式实现，仅能单一显示三维模型，无法同时包含并显示零件系统信息，比如尺寸(长宽高)和零件相应的解释介绍或者说明。因此，无法完整表现和同时展示火星探测器部件的模型及其相应信息，一直以来都是火星探测器部件展示所存在的缺陷。

OpenGL的全称是Open Graphics Library，又叫开放性图形库，它是优秀的三维图形功能展示软件，基于OpenGL，可以针对火星探测器部件级虚拟样机库的架构建立一个逼真显示的零部件三维可视化环境，实现可交互的图文并茂的软件。到目前为止，基于展示的零件，多数是通过其他艺术级的三维软件进行构型(比如3DS Max)。以3DS Max软件为例，常用的人工建模方法，所需时间长、耗费人力大。同时，可展示基于工业级设计软件(如Pro/E)的基于VC编程的“OpenGL类”，也基本没有。

Pro/E的全称是Pro/Engineer，是航天工业领域最常用的一种三维计算机辅助设计软件(CAM/CAD软件)，它对所构建的零件及产品提供了多尺度的三维展示，但是其安装复杂，授权繁琐，成本昂贵。而其免费的文件阅读器(读取Pro/E产生的＊.PRT/＊.ASM格式)，不能图文并茂的显示三维模型及其相应说明，这使得在文件归档时，对相应工程陌生的设计人员/文件归档的检查人员在核对某些零部件时，仅能以文件名判别该文件的内容，或者另外打开相应文件名对应的说明文档，降低了核查人员的工作效率。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种火星探测器部件级虚拟样机库的架构方法。通过本发明实现了对火星探测器部件级虚拟样机库中的器件的建模，并实现了利用三维模型与信息数据向结合的方式对用户或工作人员进行展示的要求。

本发明的技术解决方案是：

本发明包括一种火星探测器部件级虚拟样机库的架构方法，可通过以下步骤实现：

S1：获取通过Pro/E软件对火星探测器模型建模后生成的模型文件，利用Pro/E的API接口依次读取所述模型文件中的坐标系信息，面，线，点，材料，颜色，量纲信息，再利用3DS Max API接口以坐标系信息，点，线，面，材料，颜色，量纲信息的顺序形成包含模型的＊.3DS格式文件；

对生成的＊.3DS格式文件以模型文件名为关键字建立索引，形成火星探测器零部件三维模型文件库；

获取与所述模型文件相对应的设备配套表，提取设备配套表中对应于每个模型中零部件的坐标系信息，面，线，点，材料，颜色和量纲信息的数据，并形成信息数据文件；建立以零部件名为关键字的信息数据文件的索引，形成火星探测器零部件信息数据库；

S2：根据步骤S1中建立的火星探测器零部件三维模型文件库和火星探测器零部件信息数据库，建立用于生成火星探测器部件虚拟样机三维模型的交互接口；

所述交互接口分别包括接收用户输入指令的命令输入接口，接收火星探测器零部件三维模型文件库模型文件的模型输入接口，接收火星探测器零部件信息数据库信息数据文件的数据输入接口，和输出模型的模型输出接口以及输出信息数据文件的数据输出接口；

S3：在所述步骤S2中建立的交互接口根据用户选择的模型通过模型输出接口和数据输出接口分别输出三维模型和与三维模型对应的信息数据文件；利用OpenGL载入三维模型并进行绘制，同时利用文本显示与三维模型对应的信息数据文件；

S4：当用户通过交互接口重新选择模型或对模型进行旋转缩放操作，返回步骤S3。

所述交互接口的工作步骤如下：

(1)交互接口从所述火星探测器零部件三维模型文件库和火星探测器零部件信息数据库提取索引信息；

(2)根据从命令输入接口接收到的由用户输入的选择模型指令中的模型文件名利用从步骤(1)中提取的索引信息在所述火星探测器零部件三维模型文件库中获取与模型文件名相匹配的包含模型的＊.3DS格式文件；并根据与模型文件名匹配的模型所包含的零部件名和从步骤(1)中提取的索引信息在所述火星探测器零部件信息数据库中获取信息数据；

(3)分别从模型输出接口和数据输出接口中输出模型和信息数据。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

通过部署基于这种架构方式的火星探测器部件级虚拟样机库，研究机构可以不需要对Pro/E等其他昂贵的CAD/CAM进行部署，即不需要安装或者购买昂贵的设计软件，就可以实现档案人员或者核查人员对火星探测器部件进行“图文并茂”的检录或核实检查，从而提升工作人员的检查效率。而且运行环境要求低，架构软件体积小。该系统具有小体积，高效能，低成本的特点。

附图说明

图1为本发明流程图；

图2为本发明交互接口工作流程图图

图3为本发明数据生成转化提取过程图

具体实施方式

下面就结合附图对本发明作进一步介绍。

如图3所示，为本发明技术方案生成-转化-提取的过程示意图。模型的初步绘制需要由专业设计人员采用专业的绘制工具根据设计图纸形成初步的模型文件，进一步再由专业设计人员实现对初步模型文件的转化，从而实现了分别存储火星探测器模型的火星探测器零部件三维模型文件库以及模型中包含的零部件信息数据库。这两个数据库一起构成了火星探测器部件级虚拟样机库。利用火星探测器部件级虚拟样机库并结合本发明的具体技术方案便可实现仅由非专业设计人员操作与调用的三维模型和文字信息的联合显示。

本发明整体流程包括：采集并分析火星探测器的设备配套表(所述设备配套表是根据卫星总体设计用于记录卫星包含内部设备的包络尺寸，功耗信息的表格，是卫星总体设计结构部分的信息汇总)建立火星探测器零部件三维模型文件库和零部件信息数据库，并建立火星探测器部件虚拟样机三维模型与对应信息数据交互接口；通过火星探测器部件虚拟样机三维模型与对应信息数据的交互接口，载入三维数据模型文件并进行三维绘制与显示，同时调用三维模型对应的信息数据介绍并进行文本显示，对火星探测器零部件进行图文并茂的展示；实现火星探测器零部件用户交互展示。下面结合图1，对本发明的具体实施方式进行详细的说明：

S1：采集并分析火星探测器的设备配套表，建立火星探测器零部件三维模型文件库和火星探测器零部件信息数据库。

其中，火星探测器零部件三维模型文件库是对火星探测器的设备配套表里囊括的探测器各个零部件信息进行的专门建模。为使零部件的三维可视化效果更好，目前常采用3DS Max软件人工建模的方法，但此方法需要时间长，所耗费人力大。而采用Pro/E软件进行人工建模，虽然更容易进行建模操作，更方便航天工业领域模型设计人员设计火星探测器零部件，但不容易利用OpenGL函数库进行三维展示。

在本发明中，对已经由专业人员依据相应图纸采用独立商业软件Pro/E完成的各零部件进行转换并将转换后的数据存入该文件库中，具体方法是：利用Pro/E软件建模完成后，通过Pro/E的API接口，依次读取Pro/E模型＊.prt文件的坐标系信息，面(线框模型信息)，线，点，材料，颜色(渲染纹理信息)和量纲(模型尺寸单位)信息，之后将信息传输至基于3DS MaxAPI接口的模型输出部分，对模型格式进行输出，依次输出坐标系信息，点，线，面(线框模型信息)，材料，颜色(渲染纹理信息)和单位信息，并最终转换成OpenGL所能读取的通用＊.3DS格式文件。随后，将每个转换完成的模型以“模型文件名”为关键字建立数据索引，并存于整个文件库的前端，并存储于Access或SQLServer中。从而使其可以更加容易的调用OpenGL的相关函数进行三维展示。

对于绘制出的模型文件，同时还包含了零部件的线框模型信息和纹理信息，线框模型信息提供了火星探测器零部件的框架/结构等信息，纹理信息提供了火星探测器零部件的颜色/纹理等信息。

建立火星探测器零部件信息数据库的步骤为：通过采集并分析火星探测器的设备配套表与已经设计完成的火星探测器零部件三维模型文件库中的每一个模型文件进行名称进行匹配，对每个模型进行分析，获取模型所包含的零部件及其相关信息(所述相关信息包括零部件的的尺寸，包络，坐标系，纹理颜色、量纲等模型的属性)，分析完成后，将这部分信息采集并分类保存到零部件模型的系统中，并以信息数据文件的形式存储于Access或SQL Server中，同时建立以“零部件名”为关键字建立数据索引，从而完成火星探测器零部件信息数据数据库的建立。因此，如前文所述，这里的火星探测器零部件信息数据包括零部件名称，尺寸(如长、宽、高等)，以(x，y，z)表示的三维坐标，材质，表面纹理信息和量纲(厘米，英尺等)等对零件三维模型相应的解释介绍或者说明这些要素。

S2：根据步骤S1中建立的火星探测器零部件三维模型文件库和火星探测器零部件信息数据库，建立用于生成火星探测器部件虚拟样机三维模型的交互接口。

本发明在三维模型可视化层面与对应的信息数据介绍层面建立起对应关系，以实现火星探测器零部件的图文并茂的展示。所述的三维模型可视化层面和对应的信息数据介绍层面是分别用于对三维模型进行绘制显示和对三维模型的信息数据进行文本显示的处理部分。

这里的交互接口是通过对上游信息流的集成以及对下游数据输出的总控建立的，建立交互接口的步骤为：建立一个五通道接口，其中三通道为输入接口，二通道为输出，分别是：用户(用于输入)即接收用户输入指令的命令输入接口，火星探测器零部件三维模型文件库(用于输入)即接收火星探测器零部件三维模型文件库模型文件的模型输入接口，火星探测器零部件信息数据库(用于输入)即接收火星探测器零部件信息数据库信息数据文件的数据输入接口，三维模型(用于输出)即输出三维模型的模型输出接口和三维模型对应的信息数据介绍(用于输出)即输出信息数据文件的数据输出接口。该接口用于在S1建立的模型文件库/信息数据库的基础上，实现自动数据读取-匹配-输出的功能。

如图2所示，交互接口的功能是通过如下步骤予以实现的：

交互接口首先从S1所建立的所述模型文件库/信息数据库中提取索引信息(即提取以“模型文件名”为关键字的信息数据文件的索引)和零部件信息数据库中的“零部件名称”(即提取以“零部件名”为关键字的信息数据文件的索引)。

当获取到用户输入或点选的模型文件名或零部件名称时，对接口中所存取的索引信息进行搜索并匹配。

待信息匹配确认无误后，接口从零部件三维模型文件库中读取索引所指向的三维模型文件并通过输出三维模型的模型输出接口输出，从零部件信息数据库中读取索引包含所指向的零部件三维模型的介绍数据的信息数据文件通过输出信息数据文件的数据输出接口输出。

通过这种对应保证三维模型与对应的信息数据介绍文本内容的完整性与一致性。

这样，通过设立交互接口，就可以实现档案人员或者核查人员对火星探测器部件进行“图文并茂”的检录或核实检查，从而提升工作人员的检查效率。

S3：利用步骤S2建立的数据交互接口载入三维数据模型文件并进行三维绘制与文本显示，这里的三维数据模型文件是指在S2中由用户指定，读取自S1建立的“零部件三维模型文件库”中所指向的“三维模型文件”和S1建立的“零部件信息数据库”中所指向的“零部件三维模型的信息数据”。

对于三维模型的绘制具体的步骤为：首先，打开零件文件，读出其中的内容并释放内存，关闭文件。然后读出零件文件的所有块数据，读出所有对象的信息。接着处理所有的材质、纹理及颜色等信息。还需要建立三维数据层面与可视化层面的对应，使得零件自身的坐标系与火星探测器部件级虚拟样机库可视化层面OpenGL的坐标系重合。然后进行模型的比例缩放、角度旋转、平移，调用显示列表绘制。具体的模型载入、绘制与显示的实现可以调用OpenGL函数库中的相应函数。OpenGL作为广泛使用的开放式图形函数库，它为三维数据模型文件的载入和显示提供了大量的灵活的操作函数。

对于数据信息的文本显示具体的步骤为：读取火星探测器零部件信息数据库中相应零部件的名字所对应的零部件模型的全部系统信息，包括零部件名称，尺寸(如长、宽、高等)，以(x，y，z)表示的三维坐标，材质，表面纹理信息，零件三维模型相应的解释介绍或者说明这些要素，以文本的形式显示在零部件信息说明输出框，以实现对火星探测器零部件的展示。

S4：实现火星探测器零部件用户交互展示即当用户通过交互接口重新选择模型或对模型进行旋转缩放操作，返回步骤S3。

实现用户交互界面，以鼠标左右键及滚轮操作的形式或点击工具栏上相应快捷按钮的形式实现三维模型的按比例放大及缩小，移动，旋转，沿用户交互设置的旋转轴自动匀速旋转漫游等用户的交互应用。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (2)

1.一种火星探测器部件级虚拟样机库的架构方法，其特征在于通过以下步骤实现：

S1：获取通过Pro/E软件对火星探测器模型建模后生成的模型文件，利用Pro/E的API接口依次读取所述模型文件中的坐标系信息，面，线，点，材料，颜色，量纲信息，再利用3DS Max API接口以坐标系信息，点，线，面，材料，颜色，量纲信息的顺序形成包含模型的＊.3DS格式文件；

对生成的＊.3DS格式文件以模型文件名为关键字建立索引，形成火星探测器零部件三维模型文件库；

获取与所述模型文件相对应的设备配套表，提取设备配套表中对应于每个模型中零部件的坐标系信息，面，线，点，材料，颜色和量纲信息的数据，并形成信息数据文件；建立以零部件名为关键字的信息数据文件的索引，形成火星探测器零部件信息数据库；

S2：根据步骤S1中建立的火星探测器零部件三维模型文件库和火星探测器零部件信息数据库，建立用于生成火星探测器部件虚拟样机三维模型的交互接口；

所述交互接口分别包括接收用户输入指令的命令输入接口，接收火星探测器零部件三维模型文件库模型文件的模型输入接口，接收火星探测器零部件信息数据库信息数据文件的数据输入接口，和输出模型的模型输出接口以及输出信息数据文件的数据输出接口；

S3：在所述步骤S2中建立的交互接口根据用户选择的模型通过模型输出接口和数据输出接口分别输出三维模型和与三维模型对应的信息数据文件；利用OpenGL载入三维模型并进行绘制，同时利用文本显示与三维模型对应的信息数据文件；

S4：当用户通过交互接口重新选择模型或对模型进行旋转缩放操作，返回步骤S3。

2.根据权利要求1所述的一种火星探测器部件级虚拟样机库的架构方法，其特征在于：所述交互接口的工作步骤如下：

(1)交互接口从所述火星探测器零部件三维模型文件库和火星探测器零部件信息数据库提取索引信息；

(2)根据从命令输入接口接收到的由用户输入的选择模型指令中的模型文件名利用从步骤(1)中提取的索引信息在所述火星探测器零部件三维模型文件库中获取与模型文件名相匹配的包含模型的＊.3DS格式文件；并根据与模型文件名匹配的模型所包含的零部件名和从步骤(1)中提取的索引信息在所述火星探测器零部件信息数据库中获取信息数据；

(3)分别从模型输出接口和数据输出接口中输出模型和信息数据。

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