CN115100357B - 几何特征描述的数据文件生成方法及格式转换方法 - Google Patents

Abstract

一种几何特征描述的数据文件生成方法及几何特征格式转换方法，描述方法包括：基于几何模型的几何特征，分解为多个块，获得块的块类型；当块类型是预设的第一类型块时，获得块的块形状位置参数；当块类型是预设的第二类型块时，获得块对应的所有表面的法向量以及表面类型；当表面类型是预设的第一类型表面时，获得表面的表面形状位置参数；当表面类型是预设的第二类型表面时，获得表面上所有的顶点坐标、边线类型和线形状参数。本公开将特定几何模型拆分成多个基础块结构，并通过数据点的不同组合方式对块结构的线、面进行表达，进而实现特定几何模型的简易表达。

Description

几何特征描述的数据文件生成方法及格式转换方法

技术领域

本公开属于参数化建模技术领域，具体涉及一种几何特征描述的数据文件生成方法及格式转换方法。

背景技术

数值仿真技术是推进航空发动机发展水平的重要手段，数值仿真前处理阶段包含几何预处理和网格划分过程。在航空发动机领域，对于特定叶轮机械构件来说，参数化建模相比于给定多个几何约束尺寸的建模方式更加便捷和准确。然而目前常用的几何图形文件不能满足特定叶轮机械构件的参数化建模需求，所以如何定义满足叶轮机械特征参数表达的3D图形文件是航空发动机叶轮机械数值仿真的关键问题之一。当前存在的几何模型表达文件，常用网格划分软件支持输入的几何模型格式有限，因此，重新构建叶轮机械几何特征描述的数据文件生成方法并将自定义参数文件格式转换到通用三维图形文件是十分必要的。

发明内容

为了解决上述技术问题，本公开的目在于提供一种几何特征描述的数据文件生成方法及格式转换方法，可以提取特定几何模型的特定几何特征参数并转换为数据文件。

为了实现本公开的目的，本公开所采用的技术方案如下：

一种几何特征描述的数据文件生成方法，包括：

基于所述几何模型的几何特征，分解为多个块，获得所述块的块类型；

当所述块类型是预设的第一类型块时，获得所述块的块形状位置参数；当所述块类型是预设的第二类型块时，获得所述块对应的所有表面的法向量以及表面类型；

当所述表面类型是预设的第一类型表面时，获得所述表面的表面形状位置参数；当所述表面类型是预设的第二类型表面时，获得所述表面上所有的顶点坐标、边线类型和线形状参数；

生成所述几何模型的数据文件，所述几何模型的数据文件包括块类型、块形状位置参数、法向量、表面类型、表面形状位置参数、顶点坐标、边线类型和线形状参数中的多种组合。

可选地，所述基于所述几何模型的几何特征，分解为多个块，获得所述块的块类型的步骤中，

还获得所述块的块布尔运算参数，所述块布尔运算参数用于识别所述块与其它块的块布尔运算；

所述几何模型的数据还包括所述块对应的所述块布尔运算参数。

可选地，所述数据文件包括块列表，所述块列表用于存储每个块的块类型、块布尔运算、块形状位置参数和/或面列表，所述面列表包括法向量、表面类型、表面形状位置参数和/或线列表，所述线列表包括所述顶点坐标、边线类型和/或线形状参数。

可选地，所述当所述表面类型是预设的第二类型表面时，基于所述表面，获得表面上所有的顶点坐标、边线类型和线形状参数的步骤中：

还识别所述表面上是否有圆角的虚拟顶点，获得所述圆角的虚拟顶点参数。

可选地，所述虚拟顶点参数包括所述圆角的圆弧与边线的两个切点坐标。

可选地，当所述块是拉伸、旋转、扫描、放样中的任意一种特征能够产生的块时，所述块是第一类型块，否则，所述块是第二类型块。

可选地，当所述表面是长方形、圆形中的一种时，所述表面是第一类型表面，否则，所述表面是第二类型表面。

本公开还提供一种几何特征描述的数据文件格式转换方法，包括：

基于上述几何特征描述的数据文件生成方法，建立所述几何特征描述的数据文件生成方法的数据文件与预设格式的数据文件之间的映射关系；

将几何模型按照所述几何特征描述的数据文件生成方法获得所述数据文件；

将所述数据文件按照所述映射关系转化为预设格式的数据文件。

本公开还提供一种可读存储介质，其上具有可执行指令，当可执行指令被执行时，使得计算机执行上述的几何特征描述的数据文件生成方法的步骤。

本公开还提供一种电子设备，所述设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有适于所述处理器执行的计算机程序指令，所述计算机程序指令被所述处理器运行时上述的几何特征描述的数据文件生成方法的步骤。

本公开将特定几何模型拆分成多个基础块结构，其中简单块结构可以作为第一类型块，直接存储块形状位置参数，复杂块作为第二类型块，第二类型块继续拆解为面结构；其中，简单的面结构作为第一类型表面，可以直接储存表面形状位置参数，复杂面结构作为第二类型表面继续拆解为点和线结构，通过给定点的不同组合方式即可完整表达出某条线或某个面，最终实现将特定几何模型表达为数据文件。

附图说明

附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1为本公开中几何特征描述的数据文件生成方法的方法原理图。

图2为本公开中几何特征描述的数据文件格式转换方法的方法原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。

参阅图1所示，本公开的实施例提供一种几何特征描述的数据文件生成方法，用于基于几何模型特征生成数据文件，几何模型可以是叶轮、机械构建等各种结构模型，数据文件可以是通过本几何特征描述的数据文件生成方法通过软件方法转化而成，或者依据本几何特征描述的数据文件生成方法人为设置而成的数据文件。

几何特征描述的数据文件生成方法可以包括以下步骤：

S11、基于所述几何模型的几何特征，分解为多个块，获得所述块的块类型；其中，块的形状可以是长方体、圆柱、球体、环形体或不规则多面体等。

本步骤中，还可以获得所述块的块布尔运算参数，所述块布尔运算参数用于识别所述块与其它块的块布尔运算；例如，截面为矩形的环形体可以表示为两个圆柱块的减集，再如，相互连接且同心的两个直径不同的圆柱，可以标识未两个直径不同的圆柱块的并集；通过该方法可以将大部分几何模型分解成相比简单的块的布尔运算的组合体。

S12、当所述块类型是预设的第一类型块时，获得所述块的块形状位置参数；

在本步骤中，当所述块是拉伸、旋转、扫描、放样中的任意一种特征能够产生的块时，该块是较为简单的块，所述块可以预设为第一类型块，否则，所述块是第二类型块。

例如，当块类型为长方体时，块形状位置参数可以存储长方体对角线两点的x、y、z坐标值；当块类型为圆柱体时，块形状位置参数可以存储为圆心坐标x、y、z，半径r以及圆柱体高h；当块类型为球体时，块形状位置参数可以存储球心坐标x、y、z和半径r等；

又如，还可以依据基本表面和操作特征参数储存为块形状位置参数，如果面操作为拉伸，拉伸距离作为操作特征参数；如果面操作为旋转，旋转轴起始点的x、y、z坐标、旋转轴方向和旋转角度作为操作特征参数等。

当所述块类型是预设的第二类型块时，获得所述块对应的所有表面的法向量以及表面类型；第二类型块可以是自定义形式的块，可以是多面体；当识别是第二类型块时，首先保存各个面的法向量信息，再执行以下步骤；

S13、当所述表面类型是预设的第一类型表面时，获得所述表面的表面形状位置参数；

在本步骤中，当所述表面是长方形、圆形中的一种时，所述表面是第一类型表面，否则，所述表面是第二类型表面。

例如，当块类型为第二类型块时，首先保存各个面的法向量信息，依据读到的表面类型的不同分为以下几种情况：如果表面类型为长方形，表面形状位置参数为四个顶点的x、y、z坐标；当表面类型为圆形时，表面形状位置参数为圆心x、y、z坐标值和半径r。

当所述表面类型是预设的第二类型表面时，获得所述表面上所有的顶点坐标、边线类型和线形状参数，每条边线具有一个边线类型和对应的线形状参数；第二类型表面可以是多边形或者是不规则周边的表面。

例如，表面类型为多边形时，读取每一个顶点的x、y、z坐标值，继续获得边线信息，首先获得边数，根据边数循环，如果边线类型为直线，则使用边两端的顶点作为线形状参数；如果边线类型为圆角，则使用圆弧两个端点、下一个顶点及圆弧与原始顶点和圆心连线交点作为线形状参数；如果边线类型为弧，则使用起始点、半径和圆弧类型作为线形状参数；如果边线类型为样条曲线，则根据控制点控制样条曲线，将每个控制点的x、y、z坐标值作为线形状参数。

S14、生成所述几何模型的数据文件，所述几何模型的数据文件包括块类型、块形状位置参数、法向量、表面类型、表面形状位置参数、顶点坐标、边线类型和线形状参数中的多种组合；

例如，当几何模型的几何特征仅仅具有第一类型块时，所述几何模型的数据文件包括所述块类型和块形状位置参数；

当几何模型的几何特征具有第一类型块和第二类型块，且第二类型块上只有第一类型表面时，所述几何模型的数据文件包括所述块类型和块形状位置参数，以及所述表面的法向量、表面类型和表面形状位置参数；

当几何模型的几何特征具有第一类型块和第二类型块，且第二类型块上具有第一类型表面和第二类型表面时，所述几何模型的数据文件包括所述块类型和块形状位置参数，以及所述表面的法向量、表面类型和表面形状位置参数，和表面上所有的顶点坐标、边线类型和线形状参数。

该几何模型的数据文件还可以有其他情况的组合方式，在此不一一赘述。

所以，最终得到的数据文件包括块列表，所述块列表用于存储每个块的块类型、块布尔运算、块形状位置参数和/或面列表，所述面列表包括法向量、表面类型、表面形状位置参数和/或线列表，所述线列表包括所述顶点坐标、边线类型和/或线形状参数。

参阅图2所示，本公开还提供一种几何特征描述的数据文件格式转换方法，包括：

S21、基于上述几何特征描述的数据文件生成方法，建立所述几何特征描述的数据文件生成方法的数据文件与预设格式的数据文件之间的映射关系；该预设格式可以是STEP格式、IGS格式等各种三维模型文件的格式。

S22、定义数据文件格式，将几何模型按照所述几何特征描述的数据文件生成方法获得所述数据文件；

S23、将所述数据文件按照所述映射关系转化为预设格式的数据文件。

以转化为STEP格式为例，可以根据给定的几何类型以不同的数据格式按顺序依次读入参数文本的几何特征参数，随后根据定义好的数据文件的数据格式对几何特征进行实例化，最后根据国际通用图形文件STEP格式对几何数据进行标准化输出。

基于所述数据文件进行建模的具体执行方法是：

S31、根据所述数据文件中特定输入参数和输入格式解析并转化预设格式的数据文件；

转换程序首先针对输入数据文件进行解析，按照输入顺序依次读入关键几何参数，根据几何参数对变量进行赋值后计算得到各个表面上包含的顶点坐标，并给定边线类型(边线类型包括样条曲线、直线、圆弧线等)，每条边用起始点的索引信息和/或半径信息来确认。针对不同表面给定了以下操作类型：是否将上述表面做布尔运算、对表面进行拉伸还是旋转操作、拉伸距离多少、旋转轴以及旋转角度的确定。针对多个不同的块还需要确认是否对多个块进行布尔运算。

S32、将预设格式的数据文件经过转换后的通用STEP文件格式。

本步骤的具体执行方法是：

S321、首先保证CGM几何引擎初始化成功，接下来读取几何特征描述的数据文件生成方法的数据文件。在读取过程中，针对每个块类型对数据进行转换并加载直至读取完全部块。当读取当前块类型为长方体时，输入参数为长方体对角线两点的x、y、z坐标值，以此为依据创建块并添加进块列表；当读取当前块类型为圆柱体时，输入参数为圆心坐标x、y、z，半径r以及圆柱体高h，以此为依据创建块并添加进块列表；当读取当前块类型为球体时，输入参数为球心坐标x、y、z和半径r，以此为依据创建块并添加进块列表；当读取类型为自定义类型(第二类型块)时，首先保存各个面的法向量信息，依据读到的表面类型的不同分为以下几种情况：如果表面类型为长方形，输入参数为四个顶点的x、y、z坐标，同时创建面并添加进面列表；当面类型为圆形时，输入参数为圆心x、y、z坐标值和半径r，同时创建面并添加进面列表；当面类型为多边形时，读取每一个顶点的x、y、z坐标值、当前顶点是否倒圆以及圆角半径值，并将顶点信息存入点集内。对于非圆角的顶点来说直接添加进新顶点集中，如果当前顶点存在圆角，则在新顶点集中加入圆弧与边的两个切点坐标。保存完点集信息后继续读取边信息，首先读入边数，根据边数循环，如果边类型为直线，则使用边两端的顶点进行初始化并将边添加进边列表；如果边类型为圆角，则使用圆弧两个端点、下一个顶点及圆弧与原始顶点和圆心连线交点初始化边并将边添加进边列表；如果边类型为弧，则使用起始点索引、半径和圆弧类型进行初始化并将边添加进边列表；如果边类型为样条曲线，则根据控制点的个数进行循环，将每个控制点的x、y、z坐标值添加入点列表里，并根据样条曲线起始点和控制点初始化边并添加进边列表。最后初始化当前面并将面加入面列表。

S322、将所有顶点、边、面信息进行转换和保存后，还可以通过操作特征参数判断是否有特征操作，如果面操作为拉伸，继续读取拉伸距离，通过面法向量、面列表、面是否相交(用于判断是否干涉)、拉伸距离来初始化块；如果面操作为旋转，继续读取旋转轴起始点的x、y、z坐标、旋转轴方向、旋转角度，通过面法向量、面列表、面是否相交(用于判断是否干涉)、旋转参数来初始化块。最后将新创建的块加入块列表。

S323、进入输出过程。首先给定输出路径和名称，根据布尔值判断多个体之间是否需要通过布尔运算进行联合，最终实现输出几何模型。

本公开解决了特定几何模型，如叶轮机械模型无法使用通用图形文件进行表示的问题，同时将几何输出模型接口标准化为通用格式，制定通用输出规范，适应通用网格生成软件，为后续网格生成和求解计算做准备。

本公开还提供一种可读存储介质，其上存储有可执行指令，当可执行指令被执行时，使得计算机执行上述的几何特征描述的数据文件生成方法的步骤。计算机可读存储介质可以是：电子介质、磁介质、光介质、电磁介质、红外介质或半导体系统或传播介质。计算机可读存储介质还可以包括半导体或固态存储器、磁带、可移动计算机磁盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬磁盘和光盘。光盘可以包括光盘-只读存储器(CD-ROM)、光盘-读/写(CD-RW)和DVD。

本公开还提供一种的电子设备，其包括处理器和存储器，所述存储器中存储有适于所述处理器执行的计算机程序指令，所述计算机程序指令被所述处理器运行时执行上述的几何特征描述的数据文件生成方法的步骤。所述处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(CentralProcessingUnit，简称CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignalProcessing，简称DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，简称ASIC)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件，例如，处理器采用基于多核数字信号处理器6713，内置多个主频500MHz的DSP核，并且使用中断的方式来控制时间精度；所述存储器可能包含随机存取存储器(RandomAccessMemory，简称RAM)，也可能还包括非易失性存储器(Non-VolatileMemory)，例如至少一个磁盘存储器。所述存储器2也可以为随机存取存储器(RandomAccessMemory，RAM)类型的内部存储器，所述处理器、存储器可以集成为一个或多个独立的电路或硬件，如：专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)。需要说明的是，上述的存储器中的计算机程序可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，电子设备，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (8)

1.一种几何特征描述的数据文件生成方法，其特征在于，包括：

基于几何模型的几何特征，分解为多个块，获得所述块的块类型；

当所述块类型是预设的第一类型块时，获得所述块的块形状位置参数；当所述块类型是预设的第二类型块时，获得所述块对应的所有表面的法向量以及表面类型；

当所述表面类型是预设的第一类型表面时，获得所述表面的表面形状位置参数；当所述表面类型是预设的第二类型表面时，获得所述表面上所有的顶点坐标、边线类型和线形状参数；

生成所述几何模型的数据文件，所述几何模型的数据文件是块类型、块形状位置参数、法向量、表面类型、表面形状位置参数、顶点坐标、边线类型和线形状参数中的多种组合；

当所述块是拉伸、旋转、扫描、放样中的任意一种特征能够产生的块时，所述块是第一类型块，否则，所述块是第二类型块；

当所述表面是长方形、圆形中的一种时，所述表面是第一类型表面，否则，所述表面是第二类型表面。

2.如权利要求1所述的几何特征描述的数据文件生成方法，其特征在于，所述基于所述几何模型的几何特征，分解为多个块，获得所述块的块类型的步骤中，

还获得所述块的块布尔运算参数，所述块布尔运算参数用于识别所述块与其它块的块布尔运算；

所述几何模型的数据还包括所述块对应的所述块布尔运算参数。

3.如权利要求2所述的几何特征描述的数据文件生成方法，其特征在于，所述数据文件包括块列表，所述块列表用于存储每个块的块类型、块布尔运算、块形状位置参数和/或面列表，所述面列表包括法向量、表面类型、表面形状位置参数和/或线列表，所述线列表包括所述顶点坐标、边线类型和/或线形状参数。

4.如权利要求1所述的几何特征描述的数据文件生成方法，其特征在于，所述当所述表面类型是预设的第二类型表面时，基于所述表面，获得表面上所有的顶点坐标、边线类型和线形状参数的步骤中：

还识别所述表面上是否有圆角的虚拟顶点，获得所述圆角的虚拟顶点参数。

5.如权利要求4所述的几何特征描述的数据文件生成方法，其特征在于，所述虚拟顶点参数包括所述圆角的圆弧与边线的两个切点坐标。

6.一种几何特征描述的数据文件格式转换方法，其特征在于，包括：

基于权利要求1至5任意一项所述几何特征描述的数据文件生成方法，建立所述几何特征描述的数据文件生成方法的数据文件与预设格式的数据文件之间的映射关系；

将几何模型按照所述几何特征描述的数据文件生成方法获得所述数据文件；

将所述数据文件按照所述映射关系转化为预设格式的数据文件。

7.一种可读存储介质，其特征在于，其上具有可执行指令，当可执行指令被执行时，使得计算机执行如权利要求1-5任一项所述的几何特征描述的数据文件生成方法的步骤。

8.一种电子设备，其特征在于，所述设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有适于所述处理器执行的计算机程序指令，所述计算机程序指令被所述处理器运行时执行如权利要求1-5任一项所述的几何特征描述的数据文件生成方法的步骤。