CN110321600A - 船舶液舱三维模型快速生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种船舶液舱三维模型快速生成方法，首先提出了可唯一表达液舱三维模型的通用方法，该方法将液舱分为简单液舱及复杂液舱两种形式，对于复杂液舱，先将其分解为若干个简单液舱，再依照简单液舱的描述方式对每个液舱进行表达，该方法通用性强，适用于形状不一的各类液舱；然后结合通用表达方法提出了相应的建模流程，以参数化Excel表格作为输入，定制了切割法则，可实现多个液舱的自动化建模，大大减少设计及调整的工作量，为液舱容积的获取提供快速响应的能力。本发明方法大幅减少了基于图纸进行船舶液舱三维建模的工作量，为液舱容积的提取提供快速响应能力，本方法只需将相关数据输入在表格，由程序自动完成全船液舱建模，耗时约1分钟。

Description

船舶液舱三维模型快速生成方法

技术领域

本发明涉及船舶三维设计快速建模技术领域，具体涉及一种利用表格驱动 船舶液舱三维模型快速生成的方法。

背景技术

船舶液舱数量多，形状复杂且各不相同，在设计过程中需不断调整以验证 是否满足需求。目前液舱的三维建模方式主要是依据二维图纸，逐个液舱手动 建模。对于每个液舱，在建模过程中需要不断地进行定位面创建，切割，布尔 合并等操作，工作量巨大且设计过程比较杂乱，给后期检查和修改带来很大不 便。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的建模效率低、手工 输入错误率高等不足，提供一种船舶液舱三维模型快速生成方法，该方法可将 液舱二维图纸上的信息以文本数据的形式反映，从而形成了二维和三维之间的 桥梁，避免了二维“读取”，三维“写入”之间频繁的切换，降低了错误风险。

本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：

一种船舶液舱三维模型快速生成方法，包括以下步骤：

步骤1、液舱形状的通用表达方法：

(1)将液舱分为简单液舱及复杂液舱两种形式；

(2)设液舱三维模型坐标系为右手笛卡尔坐标系，其中X轴沿船长方向， 向艏为正向，Y轴沿船宽方向，向左舷为正，Z轴沿船深方向，向上为正；设 i，j，k为三个坐标方向，令imin，imax，jmin，jmax分别表示液舱三维模型 在i，j坐标方向上分布范围的最小值及最大值；

(3)定义简单液舱如下：若某液舱外表面与任一满足i∈(imin，imax)，j ∈(jmin，jmax)的沿k坐标方向无线延伸的直线均有且只有两个交点，则该液 舱为简单液舱；

对任一简单液舱，设Sx1，Sx2，Sy1，Sy2，Sz1，Sz2分别为其X、Y、Z 三个坐标方向上的边界面，则该简单液舱可由这些边界面所围成的空间来表达 如下：简单液舱A(Sx1，Sx2，Sy1，Sy2，Sz1，Sz2)；

(4)定义复杂液舱如下：若存在任一满足i∈(imin，imax)，j∈(jmin，jmax) 的沿k坐标方向无限延伸的直线，其与液舱外表面交点个数大于2个，则该液 舱为复杂液舱；

对于复杂液舱，先将其分解为若干个简单液舱，再依照上述简单液舱的描 述方式对每个液舱进行表达；复杂液舱表述形式如下：

复杂液舱B：

1)简单液舱B.1(S1x1，S1x2，S1y1，S1y2，S1z1，S1z2)

2)简单液舱B.2(S2x1，S2x2，S2y1，S2y2，S2z1，S2z2)

……

n)简单液舱B.n(Snx1，Snx2，Sny1，Sny2，Snz1，Snz2)

步骤2、建模流程：

(1)加载船体实体模型作为液舱建模的原始输入，后续通过对其切割以 获取液舱模型；

(2)对于简单液舱，测量和记录简单液舱在X、Y、Z三个坐标方向上 的边界面Sx1，Sx2，Sy1，Sy2，Sz1，Sz2，通过步骤1所述方式对简单液舱 进行表达，然后创建或引用简单液舱边界参考面，采用这些边界参考面依次对 船体实体模型进行切割，并保留需要的一侧，最终得到各个简单液舱；

(3)对于复杂液舱，包括以下分步：

1)依据液舱二维图纸文件，将复杂液舱拆分为若干个简单液舱；

2)测量和记录复杂液舱在X、Y、Z三个坐标方向上的边界面：

X方向：Sx1，Sx2，Sx3，…；

Y方向：Sy1，Sy2，Sy3，…；

Z方向：Sz1，Sz2，Sz3，…；

3)通过步骤1所述方式对该复杂液舱进行表达；

4)基于分步3)的表达内容，创建或引用各简单液舱边界参考面；

5)采用分步4)创建或引用的边界参考面依次对船体实体模型进行切割， 并保留需要的一侧，最终得到各个简单液舱；

6)将分步5)中切割得到的各个简单液舱通过布尔合并功能加到一起，形 成复杂液舱。

上述方案中，当边界为曲面或者倾斜面时，边界面输入可以引用预先创建 好的外形曲面，或采用相应快速建模的方法自动生成。

上述方案中，为实现自动化切割，将边界面分为数值边界面和文字边界面： 当边界面S为平面时，可用数值表达，称为数值边界面；当边界面S为曲面 时，依据船舶液舱特点，液舱曲面边界一般为船体外表面，可通过文字来表达， 称为文字边界面，分别用“首”、“尾”、“左”、“右”、“上”、“下”来表示船体 表面的首部、尾部、左舷、右舷、上部、下部；规定文字边界面的描述中“首” “左”“上”为正，“尾”“右”“下”为负，则简单液舱的自动化切割法则如下：

(1)当两个边界面均为数值边界面时，该坐标方向做两次切割：数值大 的面切割后保留负方向一侧，并将结果作为第二次切割的对象，数值小的面切 割前述结果后保留正方向一侧；

(2)当边界面中一个值为文字边界面，一个为数值边界面时，该坐标方 向只做一次切割：若文字边界面为正值，使用数值边界面切割后保留正方向一 侧；反之，保留负方向一侧；

(3)当两个边界面均为文字边界面时，该坐标方向不做切割。

上述方案中，采用三维设计软件中的二次开发语言将上述简单液舱的自动 化切割法则编写成代码程序，将复杂液舱建模流程中的液舱定义数据以Excel 表形式导入至三维设计平台后，在三维设计软件中加载程序实现后续自动建模。

本发明的有益效果在于：

1、本发明提出了可唯一表达液舱三维模型的通用方法，该方法通用性强， 适用于形状不一的各类液舱；结合通用表达方法提出了相应的建模流程，支撑 自动化建模；以参数化Excel表格作为输入，定制了切割法则，可实现多个液 舱的自动化建模，大大减少设计及调整的工作量，为液舱容积的获取提供快速 响应的能力。

2、本发明方法符合传统的读图习惯，流程简单，可自动化完成，大幅减 少手动操作的工作量。生成的过程元素及结果条理分明，层次清晰，便于后续 的检查和修改。

3、本发明方法大幅减少了基于图纸进行船舶液舱三维建模的工作量，为 液舱容积的提取提供快速响应能力。传统手工方法对一个液舱建模需要进行定 位面创建、拉伸、切割、合并等若干次操作，完成全船几十个液舱的建模工作 量巨大，约2人天；本方法只需将相关数据输入在表格，由程序自动完成全船 液舱建模，耗时约1分钟。

4、本发明方法将抽象的船舶液舱通过文字形式进行唯一表达，实现了模 型同数据的关联，方便校对和修改。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的某船船体实体模型(Volume)；

图2是本发明实施例的某复杂液舱二维三视图；

图3是图2所示复杂液舱细分为简单液舱示意图；

图4是测量并记录各个简单液舱边界面的值示意图；

图5是创建边界面并切割得到各简单液舱的示意图；

图6是进行布尔合并得到复杂液舱的示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详 细说明本发明的具体实施方式。

本发明提出的船舶液舱三维模型快速生成方法，具体包括以下内容：

1.液舱形状的通用表达方法

船舶液舱种类较多，且形状各不相同。本发明提出一种通用化方法表达液 舱，将液舱分为简单液舱及复杂液舱两种形式。

设液舱三维模型坐标系为右手笛卡尔坐标系，其中X轴沿船长方向，向 艏为正向，Y轴沿船宽方向，向左舷为正，Z轴沿船深方向，向上为正。

设i，j，k为三个坐标方向，

当i＝x时，j＝y，k＝z；

当i＝y时，j＝z，k＝x；

当i＝z时，j＝x，k＝y。

令imin，imax，jmin，jmax分别表示液舱三维模型在i，j坐标方向上分 布范围的最小值及最大值。定义简单液舱及复杂液舱如下：

(1)简单液舱：若某液舱外表面与任一满足i∈(imin，imax)，j∈(jmin， jmax)的沿k坐标方向无线延伸的直线均有且只有两个交点，则该液舱为简单 液舱。

显然，对任一简单液舱，设Sx1，Sx2，Sy1，Sy2，Sz1，Sz2分别为其X、 Y、Z三个坐标方向上的边界面，则该简单液舱可由这些边界面所围成的空间 来表达如下：

简单液舱A(Sx1，Sx2，Sy1，Sy2，Sz1，Sz2)

(2)复杂液舱：若存在任一满足i∈(imin，imax)，j∈(jmin，jmax)的沿 k坐标方向无限延伸的直线，其与液舱外表面交点个数大于2个，则该液舱为 复杂液舱。

对于复杂液舱，先将其分解为若干个简单液舱，再依照上述简单液舱的描 述方式对每个液舱进行表达。复杂液舱表述形式如下：

复杂液舱B：

1)简单液舱B.1(S1x1，S1x2，S1y1，S1y2，S1z1，S1z2)

2)简单液舱B.2(S2x1，S2x2，S2y1，S2y2，S2z1，S2z2)

……

n)简单液舱B.n(Snx1，Snx2，Sny1，Sny2，Snz1，Snz2)

因此，液舱的三维形状可通过其边界面的形式来唯一表达。

当边界为曲面(如曲面甲板)或者倾斜面时，边界面输入可以引用预先创 建好的外形曲面，或采用相应快速建模的方法自动生成。

2.建模流程

由于复杂液舱的建模过程中包含了简单液舱的建模，如图1-6所示，以某 一右舷的复杂液舱三维建模为例对建模流程进行说明。

(1)加载船体实体模型(Volume)作为液舱建模的原始输入，如图1， 后续通过对其切割以获取液舱模型。

(2)依据液舱二维图纸三视图，如图2。依据图纸，将复杂液舱细分为 多个简单液舱，如图3所示。

(3)测量和记录复杂液舱在X、Y、Z三个坐标方向上的边界面，如图4 所示，得边界面数据：

X方向：Sx1＝7000，Sx2＝15000，Sx3＝17000，Sx4＝19000

Y方向：Sy1＝-3000，Sy2＝-5000，Sy3＝-6000，Sy4＝船体外表面(右舷)

Z方向：Sz1＝船体外表面(下)，Sz2＝12500，Sz3＝13000，Sz4＝19000

(4)通过本发明所述方法对该复杂液舱进行表达如下：

复杂液舱C：

①简单液舱C.1(7000，15000，-5000，右，下，15000)

②简单液舱C.2(7000，15000，-3000，-5000，下，13000)

③简单液舱C.3(15000，17000，-3000，右，下，15000)

④简单液舱C.4(17000，19000，-6000，右，下，12500)

(5)根据步骤(3)的表达内容，创建或引用各简单液舱边界参考平面。 对于曲面边界面的情况，可引用相应的曲面模型。

(6)依据步骤(4)对液舱的表达，利用步骤(5)中创建的边界面对步 骤(1)中加载的船体实体模型进行切割操作，得到4个简单液舱模型，如图 5所示。

(7)将步骤(6)中切割得到的各个简单液舱模型进行布尔合并，完成复 杂液舱三维建模，如图6所示。

3.自动化方法

(1)Excel表格形式：在明确了液舱表达方法和建模流程后，通过Excel 的形式将液舱表达内容输入至三维设计软件中。表格形式示例如表1所示，可 实现以表格驱动多个液舱三维模型自动化生成。

表1

液舱条目	组成部分	Sx1	Sx2	Sy1	Sy2	Sz1	Sz2
								简单液舱A
	1	4000	6000	-2000	-4000	下	10000
								简单液舱B
	1	…	…	…	…	…	…
								…
复杂液舱C
									1	7000	15000	-5000	右	下	15000
	2	7000	15000	-3000	-5000	下	13000
									3	15000	17000	-3000	右	下	15000
	4	17000	19000	-6000	右	下	12500
								复杂液舱D
	1	…	…	…	…	…	…
									2	…	…	…	…	…	…
	…
								…

(2)自动化切割法则

在上述建模流程中，使用边界面切割后需要对保留模型的哪一侧进行正确 的判断，否则无法得到需要的结果。

为实现自动化，将边界面分为数值边界面和文字边界面。

当边界面S为平面时，可用数值表达，称为数值边界面，例如“Sx1＝100” 表示X＝100处的平行于ZY平面的平面是该简单液舱的一个边界面。

当边界面S为曲面时，依据船舶液舱特点，液舱曲面边界一般为船体外 表面，可通过文字来表达。为简便起见，分别用“首”、“尾”、“左”、“右”、 “上”、“下”来表示船体表面的首部、尾部、左舷、右舷、上部、下部，例如 “Sy1＝右”表示船体右舷外表面是该简单液舱的一个边界面。

本发明采用的坐标系为：X轴向艏为正向，Y轴向左舷为正向，Z轴向上 为正向。因此规定文字边界面的描述中“首”“左”“上”为正，“尾”“右”“下” 为负。则简单液舱的自动化切割法则如下：

1)当两个边界面均为数值边界面时，该坐标方向做两次切割：数值大的 面切割后保留负方向一侧，并将结果作为第二次切割的对象。数值小的面切割 前述结果后保留正方向一侧。

2)当边界面中一个值为文字边界面，一个为数值边界面时，该坐标方向 只做一次切割：若文字边界面为正值，使用数值边界面切割后保留正方向一侧； 反之，保留负方向一侧。

3)当两个边界面均为文字边界面时，该坐标方向不做切割。

为了实现自动化建模，采用三维设计软件中的二次开发语言将上述简单液 舱的自动化切割法则编写成代码程序，将复杂液舱建模流程中的步骤(4)中 的液舱定义数据以Excel表形式导入至三维设计平台后，在三维设计软件中加 载程序，则后续全部建模过程均可由程序自动化完成。

综上，在将液舱通过第1节方式进行表达后，按照第2节建模流程，结合 第3节切割算法，本发明可实现基于表格驱动多个液舱三维模型的自动化生成。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是 与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述 的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本 领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保 护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.一种船舶液舱三维模型快速生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、液舱形状的通用表达方法：

(1)将液舱分为简单液舱及复杂液舱两种形式；

(2)设液舱三维模型坐标系为右手笛卡尔坐标系，其中X轴沿船长方向，向艏为正向，Y轴沿船宽方向，向左舷为正，Z轴沿船深方向，向上为正；设i，j，k为三个坐标方向，令imin，imax，jmin，jmax分别表示液舱三维模型在i，j坐标方向上分布范围的最小值及最大值；

(3)定义简单液舱如下：若某液舱外表面与任一满足i∈(imin，imax)，j∈(jmin，jmax)的沿k坐标方向无线延伸的直线均有且只有两个交点，则该液舱为简单液舱；

对任一简单液舱，设Sx1，Sx2，Sy1，Sy2，Sz1，Sz2分别为其X、Y、Z三个坐标方向上的边界面，则该简单液舱可由这些边界面所围成的空间来表达如下：简单液舱A(Sx1，Sx2，Sy1，Sy2，Sz1，Sz2)；

(4)定义复杂液舱如下：若存在任一满足i∈(imin，imax)，j∈(jmin，jmax)的沿k坐标方向无限延伸的直线，其与液舱外表面交点个数大于2个，则该液舱为复杂液舱；

对于复杂液舱，先将其分解为若干个简单液舱，再依照上述简单液舱的描述方式对每个液舱进行表达；复杂液舱表述形式如下：

复杂液舱B：

1)简单液舱B.1(S1x1，S1x2，S1y1，S1y2，S1z1，S1z2)

2)简单液舱B.2(S2x1，S2x2，S2y1，S2y2，S2z1，S2z2)

……

n)简单液舱B.n(Snx1，Snx2，Sny1，Sny2，Snz1，Snz2)

步骤2、建模流程：

(1)加载船体实体模型作为液舱建模的原始输入，后续通过对其切割以获取液舱模型；

(2)对于简单液舱，测量和记录简单液舱在X、Y、Z三个坐标方向上的边界面Sx1，Sx2，Sy1，Sy2，Sz1，Sz2，通过步骤1所述方式对简单液舱进行表达，然后创建或引用简单液舱边界参考面，采用这些边界参考面依次对船体实体模型进行切割，并保留需要的一侧，最终得到各个简单液舱；

(3)对于复杂液舱，包括以下分步：

1)依据液舱二维图纸文件，将复杂液舱拆分为若干个简单液舱；

2)测量和记录复杂液舱在X、Y、Z三个坐标方向上的边界面：

X方向：Sx1，Sx2，Sx3，…；

Y方向：Sy1，Sy2，Sy3，…；

Z方向：Sz1，Sz2，Sz3，…；

3)通过步骤1所述方式对该复杂液舱进行表达；

4)基于分步3)的表达内容，创建或引用各简单液舱边界参考面；

5)采用分步4)创建或引用的边界参考面依次对船体实体模型进行切割，并保留需要的一侧，最终得到各个简单液舱；

6)将分步5)中切割得到的各个简单液舱通过布尔合并功能加到一起，形成复杂液舱。

2.根据权利要求1所述的船舶液舱三维模型快速生成方法，其特征在于，步骤1中，当边界为曲面或者倾斜面时，边界面输入可以引用预先创建好的外形曲面，或采用相应快速建模的方法自动生成。

3.根据权利要求1所述的船舶液舱三维模型快速生成方法，其特征在于，步骤2中，为实现自动化切割，将边界面分为数值边界面和文字边界面：当边界面S为平面时，可用数值表达，称为数值边界面；当边界面S为曲面时，依据船舶液舱特点，液舱曲面边界一般为船体外表面，可通过文字来表达，称为文字边界面，分别用“首”、“尾”、“左”、“右”、“上”、“下”来表示船体表面的首部、尾部、左舷、右舷、上部、下部；规定文字边界面的描述中“首”“左”“上”为正，“尾”“右”“下”为负，则简单液舱的自动化切割法则如下：

(1)当两个边界面均为数值边界面时，该坐标方向做两次切割：数值大的面切割后保留负方向一侧，并将结果作为第二次切割的对象，数值小的面切割前述结果后保留正方向一侧；

(2)当边界面中一个值为文字边界面，一个为数值边界面时，该坐标方向只做一次切割：若文字边界面为正值，使用数值边界面切割后保留正方向一侧；反之，保留负方向一侧；

(3)当两个边界面均为文字边界面时，该坐标方向不做切割。

4.根据权利要求3所述的船舶液舱三维模型快速生成方法，其特征在于，采用三维设计软件中的二次开发语言将上述简单液舱的自动化切割法则编写成代码程序，将复杂液舱建模流程中的液舱定义数据以Excel表形式导入至三维设计平台后，在三维设计软件中加载程序实现后续自动建模。