CN113505408B - 基于特征模型的空箱挡土墙全参数化三维模型构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于特征模型的空箱挡土墙全参数化三维模型构建方法，具体步骤包括建立全局坐标系，得到挡土墙外部轮廓实体并提取特征参数；建立空箱基础单元的局部坐标系，得到空箱基础单元的实体，及阵列化的全部空箱实体，提取全部空箱实体及阵列的特征参数；建立齿墙及顶部悬臂的局部坐标系，得到齿墙及顶部悬臂的实体并提取特征参数；根据空箱挡土墙及提取的特征参数，结构化封装得到全参数化的三维模型。本发明通过设置空箱挡土墙全参数化三维模型，关联空箱挡土墙的主要参数，使得模型全参数化并进行提取。从而实现使用关联的关键参数驱动，具有高度复用性，易于修改。解决了目前一次性生成模型后期修改繁琐问题。
Description
技术领域
本发明涉及工程三维模型技术领域，特别涉及一种基于特征模型的空箱挡土墙全参数化三维模型构建方法。
背景技术
挡土墙是用于支承填土或山坡土体，防止填土或土体变形失稳物的一种构筑物，它借助自重及墙后或空箱内充填土、水的重量来维持稳定，空箱挡土墙是挡土墙的一种形式，内部采用空箱结构以减少材料，常用于挡土高度大但地质条件一般的区域。
目前，空箱挡土墙三维模型基本上采用CAD软件基于几何特征构建，设计方法上局限于以结构尺寸为输入，经过绘制、拉伸、阵列、旋转等一系列操作，一次性生成模型，所生成的模型普遍存在体形单一，通用性差；参数化程度不高，模型后期修改繁琐；当体形或空箱布置需要较大的调整时，基本上要全部重新建立三维模型，基于原三维模型的后续设计成果均不能继承。
发明内容
本发明的目的克服现有技术存在的不足，为实现以上目的，采用一种基于特征模型的空箱挡土墙全参数化三维模型构建方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
一种基于特征模型的空箱挡土墙全参数化三维模型构建方法，具体步骤包括：
建立挡土墙外部轮廓的全局坐标系，得到挡土墙外部轮廓实体并提取特征参数；
在挡土墙外部轮廓实体的内部建立空箱基础单元的局部坐标系，得到空箱基础单元的实体，及阵列化的全部空箱实体，提取全部空箱实体及阵列的特征参数；
建立齿墙及顶部悬臂的局部坐标系，得到齿墙及顶部悬臂的实体并提取特征参数；
根据空箱挡土墙及提取的特征参数，结构化封装得到全参数化的三维模型。
作为本发明的进一步的方案：所述建立挡土墙外部轮廓的全局坐标系，得到挡土墙外部轮廓实体并提取特征参数的具体步骤包括：
建立挡土墙的全局坐标系XYZ，以挡土墙前趾端点为原点建立右手系坐标系；
在XZ坐标系平面上，绘制挡土墙的外部轮廓横截面，所述外部轮廓尺寸由挡土墙参数决定；
将外部轮廓横截面进行拉伸，形成挡土墙外部轮廓实体。
作为本发明的进一步的方案：所述在挡土墙外部轮廓实体的内部建立空箱基础单元的局部坐标系，得到空箱基础单元的实体，及阵列化的全部空箱实体，提取全部空箱实体及阵列的特征参数的具体步骤包括：
建立空箱基础单元的局部坐标系UW，其中该局部坐标系的原点为全局坐标系原点的法向投影，U轴与X轴同向，W轴与Z轴同向；
在局部坐标系中绘制内部空箱基础单元的草图，将草图拉伸、倒角形成内部空箱基础单元的实体；
对空箱基础单元实体在全局坐标系X轴和Y轴方向同时进行阵列，形成XY坐标系平面的空箱集合体；
再对XY坐标系平面的空箱集合体在Z轴向进行阵列，形成挡土墙内部的全部空箱实体；
利用得到的挡土墙外部轮廓实体与全部空箱实体进行布尔减运算，得到空箱挡土墙实体，其中空箱基础单元尺寸及实体阵列个数、间距均由挡土墙参数决定。
作为本发明的进一步的方案：所述建立齿墙及顶部悬臂的局部坐标系，得到齿墙及顶部悬臂的实体并提取特征参数的具体步骤包括：
在全局坐标系的XZ坐标系平面中分别绘制齿墙和顶部悬臂的横截面草图；
根据横截面草图分别拉伸形成齿墙和顶部悬臂的实体，齿墙和顶部悬臂的尺寸由挡土墙参数决定；
将空箱挡土墙实体分别与齿墙和顶部悬臂的实体进行布尔加运算，得到目标空箱挡土墙实体，并形成空箱挡土墙全参数化三维模型。
作为本发明的进一步的方案：所述形成空箱挡土墙全参数化三维模型，其中挡土墙的外部轮廓尺寸、空箱基础单元尺寸、实体阵列个数、阵列间距，以及齿墙和顶部悬臂的尺寸均为挡土墙的外部输入参数决定。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：
通过采用上述的技术方案，利用建立的全局坐标系，在坐标系中首先设置挡土墙的外部轮廓的实体，并提取外部轮廓实体尺寸的参数，再根据外部轮廓实体建立局部坐标系，并建立空箱基础单元的实体，依据全局坐标系进行阵列后，与外部轮廓实体进行布尔减运算，得到空箱挡土墙实体。同时建立齿墙和顶部悬臂的实体，以及进行布尔加运算，后得到目标空箱挡土墙实体，并形成空箱挡土墙全参数化三维模型，关联空箱挡土墙的主要参数，使得模型全参数化并进行提取。从而实现使用关联的关键参数驱动，具有高度复用性，易于修改。解决了目前一次性生成模型后期修改繁琐问题。
附图说明
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：
图1为本申请公开的一些实施例的三维模型构建方法的步骤示意图；
图2为本申请公开的一些实施例的挡土墙外部轮廓实体的模型示意图；
图3为本申请公开的一些实施例的空箱基础单元实体的模型示意图；
图4为本申请公开的一些实施例的XY坐标系平面阵列后的内部空箱集合体模型示意图；
图5为本申请公开的一些实施例的全部空箱挡土墙实体的模型示意图；
图6为本申请公开的一些实施例的完整空箱挡土墙三维模型一的模型示意图；
图7为本申请公开的一些实施例的完整空箱挡土墙三维模型二的模型示意图；
图8为本申请公开的一些实施例的完整空箱挡土墙三维模型一的横向截断的实物效果图；
图9为本申请公开的一些实施例的完整空箱挡土墙三维模型一的纵向截断的实物效果图。
图中：1、挡土墙外部轮廓；11、挡土墙前趾端点；2、全部空箱实体；21、空箱集合体；22、空箱基础单元；3、齿墙；4、顶部悬臂。
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做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。
请参考图1，本发明实施例中，一种基于特征模型的空箱挡土墙全参数化三维模型构建方法，具体步骤包括：
S1、建立挡土墙外部轮廓1的全局坐标系，得到挡土墙外部轮廓1实体并提取特征参数，具体步骤包括：
如图2所示，建立挡土墙的全局坐标系XYZ，以挡土墙前趾端点11为原点建立右手系坐标系，其中，X轴为土压力作用方向，Y轴为垂直土压力方向，Z轴向上标度为高程；
在XZ坐标系平面上，绘制挡土墙的外部轮廓横截面，所述外部轮廓尺寸由挡土墙参数决定；
将外部轮廓横截面进行拉伸，形成挡土墙外部轮廓1实体。
S2、在挡土墙外部轮廓1实体的内部建立空箱基础单元22的局部坐标系，得到空箱基础单元22的实体，及阵列化的全部空箱实体2，提取全部空箱实体2及阵列的特征参数，具体步骤包括：
如图3、图4和图5所示，图示出内部空箱在全局坐标系X轴、Y轴及Z轴不同方向上的个数分别为2个、3个、2个。
建立空箱基础单元22的局部坐标系UW，其中该局部坐标系的原点为全局坐标系原点的法向投影，U轴与X轴同向，W轴与Z轴同向；
在局部坐标系中绘制内部空箱基础单元22的草图，将草图拉伸、倒角形成内部空箱基础单元22的实体；
对空箱基础单元22实体在全局坐标系X轴和Y轴方向同时进行阵列，形成XY坐标系平面的空箱集合体21；
再对XY坐标系平面的空箱集合体21在Z轴向进行阵列，形成挡土墙内部的全部空箱实体2；
利用得到的挡土墙外部轮廓1实体与全部空箱实体2进行布尔减运算，得到空箱挡土墙实体，其中空箱基础单元22尺寸及实体阵列个数、间距均由挡土墙参数决定。
S3、建立齿墙3及顶部悬臂4的局部坐标系，得到齿墙3及顶部悬臂4的实体并提取特征参数，具体步骤包括：
在全局坐标系的XZ坐标系平面中分别绘制齿墙3和顶部悬臂4的横截面草图；
根据横截面草图分别拉伸形成齿墙3和顶部悬臂4的实体，齿墙3和顶部悬臂4的尺寸由挡土墙参数决定；
将空箱挡土墙实体分别与齿墙3和顶部悬臂4的实体进行布尔加运算，得到目标空箱挡土墙实体，并形成空箱挡土墙全参数化三维模型。
S4、根据空箱挡土墙及提取的特征参数，结构化封装得到全参数化的三维模型。
具体的，所述形成空箱挡土墙全参数化三维模型，其中挡土墙的外部轮廓尺寸、空箱基础单元22尺寸、实体阵列个数、阵列间距，以及齿墙3和顶部悬臂4的尺寸均为挡土墙的外部输入参数决定。
挡土墙的外部输入参数如下表所示：
| X轴向空箱个数 | Y轴向空箱个数 | Y轴向空箱个数 |
| 单个空箱X轴向长度 | 单个空箱Y轴向宽度 | 单个空箱Z轴向高度 |
| X轴向中隔墙厚度 | Y轴向中隔墙厚度 | Z轴向橫隔板厚度 |
| 底板厚度 | 前趾宽度 | 前墙厚度 |
| 后墙厚度 | 侧墙厚度 | 顶板厚度 |
| 空箱倒角尺寸 | 齿墙深度 | 齿墙水平段长度 |
| 齿墙斜坡段水平投影长度 | 悬臂挡土墙厚 | 悬臂挡土墙高 |
| 悬臂挡土墙倒角尺寸 |
具体实施方式中，通过建立空箱挡土墙的三维模型，并选择输入或修改空箱各轴方向上的个数、空箱尺寸、截面尺寸、齿墙3尺寸、顶部悬臂4尺寸，空箱挡土墙的三维模型将自动建立或更新。
具体的，如图6和图7所示，将X轴、Y轴及Z轴方向空箱个数由2、3、2分别修改为3、4、3，则三维模型自动修改，实现了空箱挡土墙三维模型与设计输入参数完全关联，自动更新。
如图8和图9所示，图示为X轴、Y轴及Z轴方向空箱个数为2、3、2的空箱挡土墙的实物效果图。
具体实施方式的步骤为：
步骤一：建立空箱挡土墙全局坐标系XYZ，以挡土墙前趾端点11为原点按右手系建立坐标系，X轴为土压力作用方向，Y轴为垂直土压力方向，Z轴向上标度为高程；
步骤二：在XZ坐标系平面，绘制挡土墙外部横截面轮廓草图，用截面尺寸约束；
具体参数为：X轴向空箱个数2，Z轴向空箱个数2，单个空箱X轴向长度4500，单个空箱Z轴向高度7000，X轴向中隔墙厚度500，Z轴向横隔板厚度500，底板厚度1000，前趾宽度800，前墙厚度800，后墙厚度600，顶板厚度；
底板在X轴向长度＝前趾宽度+前墙厚度+后墙厚度+X轴向空箱个数*单个空箱X轴向长度+(X轴向空箱个数-1)*X轴向中隔墙厚度＝11700；
上部空箱前沿距离底板前趾端点距离＝前趾宽度，空箱在X轴向长度＝11700-800＝10900；
空箱在Z轴向上高度＝Z轴向空箱个数*单个空箱Z轴向高度+(Z轴向空箱个数-1)*Z轴向横隔板厚度+顶板厚度＝15100；
由外部轮廓横截面拉伸形成外部整体轮廓的实体，用截面尺寸约束；
具体参数为：Y轴向空箱个数3，侧墙厚度600，单个空箱Y轴向长度4500，Y轴向中隔墙厚度500。
再将外部轮廓横截面沿Y轴向拉伸形成外部整体轮廓；
拉伸长度L＝Y轴向空箱个数*单个空箱Y轴向宽度+(Y轴向空箱个数-)*Y轴向中隔墙厚度+2*侧墙厚度＝15700。
步骤三：建立空箱局部坐标系UW，局部坐标系在空箱侧墙平面内，原点是全局坐标系原点的法向投影，U轴与X轴同向，W轴与Z轴同向；局部坐标系与全局坐标系在Y轴向距离＝侧墙厚度。
如图3所示，在局部坐标系中，绘制内部空箱基础单元22草图，由内部空箱基础单元22草图拉伸成实体，对实体12条边倒角，形成内部空箱基础单元22，用几何尺寸约束；
具体参数为：单个空箱X轴向长度4500，单个空箱Y轴向宽度，单个空箱Z轴向高度7000，空箱倒角尺寸300。
如图4所示，再对空箱基础单元22实体在X和Y方向同时进行阵列，形成XY坐标系平面空箱集合体21，阵列用参数和几何尺寸约束；
具体参数为：X轴向阵列个数为X轴向空箱个数2，间距为单个空箱X轴向长度+X轴向中隔墙厚度；Y轴向阵列个数为Y轴向空箱个数3，间距为单个空箱Y轴向长度+Y轴向中隔墙厚度。
如图5所示，对XY坐标系平面空箱集合体21整体在Z轴向进行阵列，形成挡土墙内部全部空箱实体2，阵列用参数和几何尺寸约束；
具体参数为：Z轴向阵列个数为Z轴向空箱个数2，间距为单个空箱Z轴向长度+Z轴向横隔板厚度。
利用上述建立的外部轮廓实体和全部空箱实体2进行布尔减运算，得到空箱实体。
在XZ坐标系平面，分别绘制齿墙3和空箱顶部悬臂4挡土墙横截面草图，用截面尺寸约束；
具体参数为：齿墙3深度800，齿墙3水平段长度800，齿墙3斜坡段水平投影长度800，悬臂挡土墙厚500，悬臂挡土墙高2000，悬臂挡土墙倒角尺寸300。
由横截面草图分别拉伸形成齿墙3和顶部悬臂4挡土墙的实体；拉伸范围为空箱两侧面之间。
如图6所示，对上述建立的空箱实体分别和齿墙3及空箱顶部悬臂4挡土墙进行布尔加运算，得到空箱挡土墙三维模型。
进行结构化封装，以尺寸设计参数为输入参数。通过输入或修改结构尺寸设计参数，从而实现可快速生成或修改全参数化空箱挡土墙三维模型，能够更加有利于进行计算分析、结构优化设计和混凝土配筋等工作。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于特征模型的空箱挡土墙全参数化三维模型构建方法，其特征在于，包括：
建立挡土墙外部轮廓的全局坐标系，得到挡土墙外部轮廓实体并提取特征参数；
在挡土墙外部轮廓实体的内部建立空箱基础单元的局部坐标系，得到空箱基础单元的实体，及阵列化的全部空箱实体，提取全部空箱实体及阵列的特征参数；
建立齿墙及顶部悬臂的局部坐标系，得到齿墙及顶部悬臂的实体并提取特征参数；
根据空箱挡土墙及提取的特征参数，结构化封装得到全参数化的三维模型。
2.根据权利要求1所述一种基于特征模型的空箱挡土墙全参数化三维模型构建方法，其特征在于，所述建立挡土墙外部轮廓的全局坐标系，得到挡土墙外部轮廓实体并提取特征参数的具体步骤包括：
建立挡土墙的全局坐标系XYZ，以挡土墙前趾端点为原点建立右手系坐标系；
在XZ坐标系平面上，绘制挡土墙的外部轮廓横截面，所述外部轮廓尺寸由挡土墙参数决定；
将外部轮廓横截面进行拉伸，形成挡土墙外部轮廓实体。
3.根据权利要求2所述一种基于特征模型的空箱挡土墙全参数化三维模型构建方法，其特征在于，所述在挡土墙外部轮廓实体的内部建立空箱基础单元的局部坐标系，得到空箱基础单元的实体，及阵列化的全部空箱实体，提取全部空箱实体及阵列的特征参数的具体步骤包括：
建立空箱基础单元的局部坐标系UW，其中该局部坐标系的原点为全局坐标系原点的法向投影，U轴与X轴同向，W轴与Z轴同向；
在局部坐标系中绘制内部空箱基础单元的草图，将草图拉伸、倒角形成内部空箱基础单元的实体；
对空箱基础单元实体在全局坐标系X轴和Y轴方向同时进行阵列，形成XY坐标系平面的空箱集合体；
再对XY坐标系平面的空箱集合体在Z轴向进行阵列，形成挡土墙内部的全部空箱实体；
利用得到的挡土墙外部轮廓实体与全部空箱实体进行布尔减运算，得到空箱挡土墙实体，其中空箱基础单元尺寸及实体阵列个数、间距均由挡土墙参数决定。
4.根据权利要求3所述一种基于特征模型的空箱挡土墙全参数化三维模型构建方法，其特征在于，所述建立齿墙及顶部悬臂的局部坐标系，得到齿墙及顶部悬臂的实体并提取特征参数的具体步骤包括：
在全局坐标系的XZ坐标系平面中分别绘制齿墙和顶部悬臂的横截面草图；
根据横截面草图分别拉伸形成齿墙和顶部悬臂的实体，齿墙和顶部悬臂的尺寸由挡土墙参数决定；
将空箱挡土墙实体分别与齿墙和顶部悬臂的实体进行布尔加运算，得到目标空箱挡土墙实体，并形成空箱挡土墙全参数化三维模型。
5.根据权利要求4所述一种基于特征模型的空箱挡土墙全参数化三维模型构建方法，其特征在于，所述形成空箱挡土墙全参数化三维模型，其中挡土墙的外部轮廓尺寸、空箱基础单元尺寸、实体阵列个数、阵列间距，以及齿墙和顶部悬臂的尺寸均为挡土墙的外部输入参数决定。
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