CN112131626B - 一种面向UnrealEngine引擎的CAD模型几何特征交互方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及计算机应用相关技术领域，尤其涉及一种面向UnrealEngine引擎的CAD模型几何特征交互方法，包括以下步骤，S10、将不同来源的三维CAD设计模型通过建模软件转换为JT文件格式；S20、解析JT模型内的装配信息、可视化数据和精确几何数据，生成UnrealEngine的资源、组件和场景；S30、接受从用户界面输入的特征拾取请求；S40、将拾取请求转化为射线与曲面的求交运算，并根据拾取请求的类型确定拾取对象；S50、将拾取到的几何特征在场景内可视化。该方法可以直接读取CAD设计模型而不是图形系统常用的简单网格化模型，为Actor对象添加了描述精确几何信息的精确造型组件，并为UnrealEngine增加了曲面模型表达与几何特征交互能力，解决了基于UnrealEngine引擎开发数字样机时遭遇的根本性矛盾。

Description

一种面向UnrealEngine引擎的CAD模型几何特征交互方法

技术领域

本发明涉及计算机应用相关技术领域，尤其涉及一种面向UnrealEngine引擎的CAD模型几何特征交互方法。

背景技术

数字样机技术使用计算机模型来代替真实物理样机，广泛应用在产品生命周期的各个阶段，能够大幅减少产品设计、制造、维护的成本，具有重要的应用价值；UnrealEngine是一款由EpicGames开发的图形引擎，提供了强大的渲染能力、丰富的人机交互功能和广泛的虚拟外设支持，基于UnrealEngine能够大大降低数字样机产品的开发周期和建设成本；

在使用UnrealEngine开发数字样机产品过程中，存在一个根本性的矛盾，即3D模型数字化描述和图形化表现之间的矛盾；工业设计的CAD模型采用曲面建模技术通过曲线和曲面来定义造型，能够精确的表达对象的三维形状，而图形引擎采用多边形建模方法来近似模拟对象的形状；因此，基于UnrealEngine的数字样机产品难以开展一些需要精确几何信息的高级应用，如零部件的装配、基于特征的精确测量等工作，具有较大的局限性。

发明内容

为解决上述背景技术中提出的问题，本发明新型提供了一种面向UnrealEngine引擎的CAD模型几何特征交互方法，具有采用模块化和并行化的技术体系，扩展了基于UnrealEngine引擎Actor对象描述物体造型的维度，解决了基于图形引擎开发数字样机产品的根本性矛盾的特点。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种面向UnrealEngine引擎的CAD模型几何特征交互方法，包括系统以及通过系统实现的以下步骤，

S10、将不同来源的三维CAD设计模型通过建模软件转换为JT文件格式；

S20、解析JT模型内的装配信息、可视化数据和精确几何数据，生成UnrealEngine的资源、组件和场景；

S30、接受从用户界面输入的特征拾取请求；

S40、将拾取请求转化为射线与曲面的求交运算，并根据拾取请求的类型确定拾取对象；

S50、将拾取到的几何特征在场景内可视化。

进一步的，所述步骤S20包括：

S201、解析JT模型，获取其中的可视化数据、精确几何数据和装配结构信息；

S202、根据上述的可视化数据生成UnrealEngine引擎的静态网格体资源、纹理资源和材质资源；

S203、将上述的精确几何数据重构成点-边-面-体四级结构的BREP结构，生成包含该BREP信息的精确造型组件；

S204、根据上述的装配结构信息，在UnrealEngine场景内生成零件对象并将其根据装配树进行装配，并为每个零件添加静态网格体组件和精确造型组件。

进一步的，所述步骤S40包括：

S401、使用并行的方式，计算拾取射线与所有零件的每个曲面的相交情况；如果不相交，则未拾取到特征，退出流程；否则根据最近的交点获取当前拾取到的曲面；

S402、根据拾取请求的特征类型进行判断：如果拾取类型为曲面，则进入步骤S43；如果拾取类型为边，则进入步骤S44；如果拾取类型为特征点，则进入步骤S45；

S403、如果拾取请求的曲面类型与拾取到的曲面类型一致，则直接返回拾取曲面，否则拾取为空，退出流程；

S404、遍历拾取曲面的所有边界边，返回与交点处距离最近且类型相同的曲线，如果不存在则拾取为空，退出流程；

S405、如果拾取对象为特征点，则首先判断特征面是否具有该类型的特征点，如果存在则返回最近的特征点；如果不存在则拾取为空，退出流程。

进一步的，所述步骤S50包括：

S501、根据拾取特征类型的不同，进行不同的高亮显示流程：如果拾取对象为曲面，则进入S502，如果拾取对象为边线，则进入S503，如果拾取对象为特征点，则进入S504；

S502、将特征曲面重新进行网格化，将网格化后的三角面片高亮显示在场景中，此处应注意三角面片与视点、曲面处于同一直线上，且离视点的距离应该略小于曲面离视点的距离，避免原来的曲面遮挡高亮三角面片；

S503、将曲线转换成多段线段，将线段高亮绘制在场景中；

S504、直接在场景中特征点的位置高亮显示一个小圆点。

进一步的，所述系统包括场景生成模块、拾取请求接受模块、拾取请求处理模块和几何特征显示模块，其中：

场景生成模块：实现步骤S20，用于解析JT模型并据此生成UnrealEngine场景；

拾取请求接受模块：实现步骤S30，用于接受用户从界面内发起的不同类型的拾取请求；

拾取请求处理模块：实现步骤S40，用于处理拾取请求，获取最近的几何特征；

几何特征显示模块：实现步骤S50，用于将拾取到的几何特征高亮显示在场景中。

进一步的，所述场景生成模块包括JT模型解析子模块、资源生成子模块和造型生成子模块和对象生成子模块，其中：

JT模型解析子模块：用于实现S201，以插件的形式集成在UnrealEngine的场景编辑器中，实现JT格式模型的读取和解析，获取文件中的零件间的装配结构信息、可视化数据和精确几何数据；

资源生成子模块：用于实现S202，将表示可视化信息的网格数据生成静态网格体、材质、纹理等UnrealEngine资源；

造型生成子模块：用于实现S203，将JT格式中的精确几何数据重构为体-面-线-点四级的BREP信息，并实现在精确造型组件中；

对象生成子模块：用于实现S204，将装配树的每一个装配和每个零件生成一个Actor，为每个零件Actor添加静态网格组件和精确造型组件，并根据模型内的装配信息组织装配Actor和零件Actor之间的关系，构造正确的场景树。

本发明的有益效果为：

该方法可以直接读取CAD设计模型(JT格式)而不是图形系统常用的简单网格化模型(如FBX)，为Actor对象添加了描述精确几何信息的精确造型组件，并为UnrealEngine增加了曲面模型表达与几何特征交互能力，解决了基于UnrealEngine引擎开发数字样机时遭遇的根本性矛盾。

附图说明

图1为本发明实施例一种面向UnrealEngine引擎的CAD模型几何特征交互方法的流程图。

图2为本发明实施例一种面向UnrealEngine引擎的CAD模型几何特征交互方法中生成Unreal场景的流程图。

图3为本发明实施例一种面向UnrealEngine引擎的CAD模型几何特征交互方法中拾取请求处理的流程图。

图4为本发明实施例一种面向UnrealEngine引擎的CAD模型几何特征交互方法中特征可视化的流程图。

图5为本发明实施例一种面向UnrealEngine引擎的CAD模型几何特征交互系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

如图1-图5所示，本发明的具体结构为：一种面向UnrealEngine引擎的CAD模型几何特征交互方法，其特征在于：包括系统以及通过系统实现的以下步骤，

S10、将不同来源的三维CAD设计模型通过建模软件转换为JT文件格式；

S20、解析JT模型内的装配信息、可视化数据和精确几何数据，生成UnrealEngine的资源、组件和场景；

S30、接受从用户界面输入的特征拾取请求；

S40、将拾取请求转化为射线与曲面的求交运算，并根据拾取请求的类型确定拾取对象；

S50、将拾取到的几何特征在场景内可视化。

优选的，所述步骤S20包括：

S201、解析JT模型，获取其中的可视化数据、精确几何数据和装配结构信息；

S202、根据上述的可视化数据生成UnrealEngine引擎的静态网格体资源、纹理资源和材质资源；

S203、将上述的精确几何数据重构成点-边-面-体四级结构的BREP结构，生成包含该BREP信息的精确造型组件；

S204、根据上述的装配结构信息，在UnrealEngine场景内生成零件对象并将其根据装配树进行装配，并为每个零件添加静态网格体组件和精确造型组件。

优选的，所述步骤S40包括：

S401、使用并行的方式，计算拾取射线与所有零件的每个曲面的相交情况；如果不相交，则未拾取到特征，退出流程；否则根据最近的交点获取当前拾取到的曲面；

S402、根据拾取请求的特征类型进行判断：如果拾取类型为曲面，则进入步骤S43；如果拾取类型为边，则进入步骤S44；如果拾取类型为特征点，则进入步骤S45；

S403、如果拾取请求的曲面类型与拾取到的曲面类型一致，则直接返回拾取曲面，否则拾取为空，退出流程；

S404、遍历拾取曲面的所有边界边，返回与交点处距离最近且类型相同的曲线，如果不存在则拾取为空，退出流程；

S405、如果拾取对象为特征点，则首先判断特征面是否具有该类型的特征点，如果存在则返回最近的特征点；如果不存在则拾取为空，退出流程。

优选的，所述S501、根据拾取特征类型的不同，进行不同的高亮显示流程：如果拾取对象为曲面，则进入S502，如果拾取对象为边线，则进入S503，如果拾取对象为特征点，则进入S504；

S502、将特征曲面重新进行网格化，将网格化后的三角面片高亮显示在场景中，此处应注意三角面片与视点、曲面处于同一直线上，且离视点的距离应该略小于曲面离视点的距离，避免原来的曲面遮挡高亮三角面片；

S503、将曲线转换成多段线段，将线段高亮绘制在场景中；

S504、直接在场景中特征点的位置高亮显示一个小圆点。

优选的，所述系统包括场景生成模块、拾取请求接受模块、拾取请求处理模块和几何特征显示模块，其中：

场景生成模块：实现步骤S20，用于解析JT模型并据此生成UnrealEngine场景；

拾取请求接受模块：实现步骤S30，用于接受用户从界面内发起的不同类型的拾取请求；

拾取请求处理模块：实现步骤S40，用于处理拾取请求，获取最近的几何特征；

几何特征显示模块：实现步骤S50，用于将拾取到的几何特征高亮显示在场景中。

具体的，场景生成模块在场景编辑时解析JT模型，获取模型内的装配树信息、每个零件的可视化数据及精确几何数据；在UnrealEngine场景内，将装配树中的每个零件生成一个对应的Actor，为每个Actor添加可视化数据与精确几何数据；在系统运行时，拾取请求接受模块接受从界面发起拾取请求，支持的几何特征类型包括：体(零件本身)、曲面(球面、柱面、样条曲面、NURBS曲面等)、曲线(直线、圆弧、双曲线、样条曲线、NURBS曲线等)和点(端点、中点、球心、圆心等)；特征拾取处理模块对拾取请求进行处理并将拾取的几何特征返回给拾取结果显示模块，几何特征显示模块将拾取到的几何特征高亮显示在场景内。

优选的，所述场景生成模块包括JT模型解析子模块、资源生成子模块和造型生成子模块和对象生成子模块，其中：

JT模型解析子模块：用于实现S201，以插件的形式集成在UnrealEngine的场景编辑器中，实现JT格式模型的读取和解析，获取文件中的零件间的装配结构信息、可视化数据和精确几何数据；

资源生成子模块：用于实现S202，将表示可视化信息的网格数据生成静态网格体、材质、纹理等UnrealEngine资源；

造型生成子模块：用于实现S203，将JT格式中的精确几何数据重构为体-面-线-点四级的BREP信息，并实现在精确造型组件中；

对象生成子模块：用于实现S204，将装配树的每一个装配和每个零件生成一个Actor，为每个零件Actor添加静态网格组件和精确造型组件，并根据模型内的装配信息组织装配Actor和零件Actor之间的关系，构造正确的场景树。

具体使用时，首先将需要对该面向UnrealEngine引擎的CAD模型几何特征交互方法进行一个简单的了解，利用CAD建模软件(如UG、CATIA等)的模型转换功能将不同来源、不同格式的CAD模型转换成JT文件格式；JT是一种ISO标准(IS14306-1)的产品通用三维数据格式，具有开放、高效率的、紧凑、持久性存储等优点，常作为中间格式用于不同CAD系统之间进行数据共享与协作；解析上述的JT模型，获取模型内的装配结构信息和每个零件的可视化数据及精确几何数据；在UnrealEngine场景内，将装配树中的每个零件生成一个对应的Actor，为每个Actor添加可视化数据与精确几何数据；在系统运行时，通过输入设备从用户界面发起特征拾取请求，可拾取的几何特征类型包括：体(零件本身)、曲面(球面、柱面、样条曲面、NURBS曲面等)、曲线(直线、圆弧、双曲线、样条曲线、NURBS曲线等)和点(端点、中点、球心、圆心等)；借助并行计算和包围盒技术，快速计算射线与所有曲面的最近交点得到类型匹配的几何特征；最后将几何特征进行可视化，渲染在场景内，从而完成几何特征的交互，这就是该方法的流程。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种面向UnrealEngine引擎的CAD模型几何特征交互方法，其特征在于：包括以下步骤，

S10、将不同来源的三维CAD设计模型通过建模软件转换为JT文件格式；

S20、解析JT模型内的装配信息、可视化数据和精确几何数据，生成UnrealEngine的资源、组件和场景；

S30、接受从用户界面输入的特征拾取请求；

S40、将拾取请求转化为射线与曲面的求交运算，并根据拾取请求的类型确定拾取对象；

所述步骤S40包括：

S401、使用并行的方式，计算拾取射线与所有零件的每个曲面的相交情况；如果不相交，则未拾取到特征，退出流程；否则根据最近的交点获取当前拾取到的曲面；

S402、根据拾取请求的特征类型进行判断：如果拾取类型为曲面，则进入步骤S403；如果拾取类型为边，则进入步骤S404；如果拾取类型为特征点，则进入步骤S405；

S403、如果拾取请求的曲面类型与拾取到的曲面类型一致，则直接返回拾取曲面，否则拾取为空，退出流程；

S404、遍历拾取曲面的所有边界边，返回与交点处距离最近且类型相同的曲线，如果不存在则拾取为空，退出流程；

S405、如果拾取对象为特征点，则首先判断特征面是否具有该类型的特征点，如果存在则返回最近的特征点；如果不存在则拾取为空，退出流程；

S50、将拾取到的几何特征在场景内可视化；

所述步骤S50包括：

S501、根据拾取特征类型的不同，进行不同的高亮显示流程：如果拾取对象为曲面，则进入S502，如果拾取对象为边线，则进入S503，如果拾取对象为特征点，则进入S504；

S502、将特征曲面重新进行网格化，将网格化后的三角面片高亮显示在场景中，此处应注意三角面片与视点、曲面处于同一直线上，且离视点的距离应该略小于曲面离视点的距离，避免原来的曲面遮挡高亮三角面片；

S503、将曲线转换成多段线段，将线段高亮绘制在场景中；

S504、直接在场景中特征点的位置高亮显示一个小圆点。

2.根据权利要求1所述的一种面向UnrealEngine引擎的CAD模型几何特征交互方法，其特征在于：所述步骤S20包括：

S201、解析JT模型，获取其中的可视化数据、精确几何数据和装配结构信息；

S202、根据上述的可视化数据生成UnrealEngine引擎的静态网格体资源、纹理资源和材质资源；

S203、将上述的精确几何数据重构成点-边-面-体四级结构的BREP结构，生成包含该BREP信息的精确造型组件；

S204、根据上述的装配结构信息，在UnrealEngine场景内生成零件对象并将其根据装配树进行装配，并为每个零件添加静态网格体组件和精确造型组件。

3.根据权利要求1所述的一种面向UnrealEngine引擎的CAD模型几何特征交互方法，其特征在于：CAD模型几何特征交互系统包括场景生成模块、拾取请求接受模块、拾取请求处理模块和几何特征显示模块，其中：

场景生成模块：实现步骤S20，用于解析JT模型并据此生成UnrealEngine场景；

拾取请求接受模块：实现步骤S30，用于接受用户从界面内发起的不同类型的拾取请求；

拾取请求处理模块：实现步骤S40，用于处理拾取请求，获取最近的几何特征；

几何特征显示模块：实现步骤S50，用于将拾取到的几何特征高亮显示在场景中。

4.根据权利要求3所述的一种面向UnrealEngine引擎的CAD模型几何特征交互方法，其特征在于：所述场景生成模块包括JT模型解析子模块、资源生成子模块和造型生成子模块和对象生成子模块，其中：

JT模型解析子模块：用于实现S201，以插件的形式集成在UnrealEngine的场景编辑器中，实现JT格式模型的读取和解析，获取文件中的零件间的装配结构信息、可视化数据和精确几何数据；

资源生成子模块：用于实现S202，将表示可视化信息的网格数据生成静态网格体、材质、纹理UnrealEngine资源；

造型生成子模块：用于实现S203，将JT格式中的精确几何数据重构为体-面-线-点四级的BREP信息，并实现在精确造型组件中；

对象生成子模块：用于实现S204，将装配树的每一个装配和每个零件生成一个Actor，为每个零件Actor添加静态网格组件和精确造型组件，并根据模型内的装配信息组织装配Actor和零件Actor之间的关系，构造正确的场景树。

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