CN117077246A - 一种cad图纸中构件放样自动化生成与俯视图制图方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CAD图纸中构件放样自动化生成与俯视图制图方法。首先，该方法主要实现了设计师通过使用放样自动化生成软件创建部件框，绘制轮廓和路径，软件自动生成放样三维实体的顶视图块参照，并插入到图纸中。其次，该方法以IFC格式文件输出三维放样扫掠体模型，使得设计师可以在不同的IFC模型浏览器上查看。最后，该方法描述了如何通过CAD中的Section投影方式，生成三维扫掠体实体的俯视图，并插入到图纸中完成制图的过程。通过运用该方法，可以极大提高设计师针对CAD的图纸构件放样实体生成以及从三维构件放样实体到俯视图生成制图流程的工作效率。

Description

一种CAD图纸中构件放样自动化生成与俯视图制图方法

技术领域

本发明属于CAD图纸识别与IFC模型生成领域，尤其涉及一种CAD图纸中构件放样自动化生成与俯视图制图方法。

背景技术

构件放样广泛应用于建筑设计、机械制造、船舶设计与制造、家具制造、纸箱和包装制造等领域。在建筑行业，构件放样在建筑设计和结构制作中广泛应用，用于生成屋顶、墙板、门窗等构件的展开图纸，确保建筑结构的精确制作和安装。其中构件放样扫掠(sweep)方法CAD建模与制图领域也有应用，扫掠主要需要扫掠路径(route)和扫掠轮廓(profile)两个部分。在构件放样中，设计师往往希望通过扫掠得到三维扫掠实体，同时生成的三位扫掠实体需要转换成二维俯视图，将其放在二维图纸中以方便制图。因此，生成三维扫掠体的放样与二维俯视图的生成就成为了设计师利用放样扫掠与制图的重要环节。

对于上述放样扫掠生成三维扫掠体与生成扫掠体的二维俯视图过程，现有技术方案的步骤可归纳分析为四步：首先，设计师在CAD软件的三维图纸中画好扫掠轮廓线(profile)和扫掠路径(route)。其次，调用CAD中的sweep扫掠命令，并且指定以扫掠轮廓固定还是扫掠路径固定，生成三维扫掠实体(solid)。然后，为了后续能够将生成的三维实体导入到二维建筑图纸中，设计师需要在布局窗口里用Solprof(如AutoCAD中的Solprof)命令生成三维扫掠实体的二维俯视图，其中需要剔除实体隐藏线，保留实体之间的遮挡关系，生成俯视图的块参照。最后，将俯视图的块参照定位到原图纸中，完成俯视图制图。

对于上述方案步骤，现有方案主要存在以下三个方面的缺点：第一：速度慢。由于sweep命令只能将一个扫掠路径与一个扫掠轮廓生成扫掠体，是一对一生成的，对于一个完整的构件而言，往往是需要不同扫掠体组合而成，因此设计师在这个过程中需要逐个生成，从而导致速度慢。第二：工序繁琐。在生成俯视图的过程中设计师需要新建一个布局，然后从布局窗口中调用Solprof命令，在选择一系列Solprof设置之后得到生成的俯视图，最后将生成的俯视图块参照复制会原模型窗口。整个过程繁琐而切换布局窗口时编辑界面会发生闪动的情况，会导致设计师的不适应等劣势。第三：功能单一。直接用sweep命令生成的三维扫掠体之间不能进行相似的拉伸操作。需要设计师手动调整拉伸扫掠路径。对于多个扫掠体结合起来的部件而言，该方式操作繁琐，且影响精确度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是通过CAD的二次开发技术(如AutoCAD中的ObjectARX)以及IFC(Industry Foundation Classes,行业基础类)通用模型规范将设计师绘制构件的三维扫掠体以及三维扫掠体生成二维俯视图并完成制图的流程自动化、规范化、统一化，并以此来极大提高设计师绘图与制图效率。

一种CAD图纸中构件放样自动化生成与俯视图制图方法，包括以下步骤：

(1)从CAD图纸中提取部件框内绘制的扫掠路径与扫掠截面信息，由于一个部件是由多个子部件组成，则需提取部件框内所有的水平放样框与垂直放样框；

(2)读取步骤(1)中部件的扫掠轮廓与扫掠路径信息，将其结构化处理，再将读取到的扫掠路径和扫掠轮廓分别按照垂直放样与水平放样的位置关系分别进行坐标变换，并用IFC的扫掠格式生成三维扫掠体；

(3)将得到的三维扫掠体数据传回程序，并用扫掠路径与扫掠轮廓在CAD中用ObjectARX中的Sweep函数生成CAD格式的三维扫掠体，然后在CAD中定义一个截面用来得到三维扫掠体的俯视投影，最后将俯视投影生成块参照完成制图。

进一步地，所述步骤(1)具体为：设计部件框UI，并完成创建部件框功能，使得设计师能通过创建部件框按钮创建出一个基本的部件框，并能够调整部件框的基本信息，所述基本信息为部件名和角度；

进一步地，所述步骤(2)具体包括以下子步骤：

(2.1)对于水平放样，由于是在二维XY平面上画的扫掠轮廓与扫掠路径，当进行扫掠时，先将扫掠路径转换成XZ平面，然后使用IFC中的扫掠函数进行三维扫掠体生成；

(2.2)对于垂直放样，要先将扫掠轮廓转换成XZ平面，然后使用IFC中的扫掠函数进行三维扫掠体生成；

(2.3)在使用IFC函数生成扫掠体中，需要针对不同的情况来使用不同的IFC函数。

进一步地，所述步骤(2.3)包括如下子步骤：

(2.3.1)如果扫掠路径是普通折线的情况，即由直线或多根直线构成的多段线，则使用ifcExtrudedAreaSolid函数来生成三维扫掠体；

(2.3.2)如果扫掠路径是复杂曲线的情况，即由多根弧线组成或多根弧线和直线共同构成的多段线，则使用ifcSurfaceCurveAreaSolid函数来生成三维扫掠体。

进一步地，所述步骤(3)具体包括以下子步骤：

(3.1)先将构件中所有单独生成的扫掠体进行合并成一个扫掠体。这里用到Unite函数(如AutoCAD的ObjectARX中的solid.Unite函数)，将所有的扫掠实体合并成一个扫掠体；

(3.2)通过遍历扫掠体中所有的点得到三维扫掠体的最高点，并以此为基准，往Z轴正方向上升固定高度，并默认高度为10000mm，来定义一个截面平面，其与XY平面平行；并使用截面设置对投影平面(Section，如AutoCAD的ObjectARX中的Section定义)设定相关参数，若截面设置中隐藏线参数设为false，则部件生成的俯视图投影保留遮挡关系；

(3.3)通过Section的生成截面几何对象函数生成俯视图投影的相关信息。这里的相关信息主要是俯视图中打散的各种基础弧线、直线等。将所得到打散的数据打包成块参照，并通过定位点来将块参照进行坐标变换，插入到图纸中完成制图操作。

本发明的有益效果如下：

1、效率高。本发明中设计师在部件框中画好了部件的各部位的扫掠体之后，可以自动生成三维扫掠体的IFC文件，方便设计师预览是否生成正确的三维扫掠体模型。而且生成的三维扫掠体模型可以进行复用，因为部件之间往往具有一定的相似性，因此，设计师可以调整水平拉伸线以及垂直拉伸线进行相应的放样拉伸。以此可以提高设计师生成三维扫掠体的效率。

2、双向定位。设计师通过本发明的程序生成的部件扫掠体模型(三维)与插入的部件俯视图(二维)双向关联。设计师可以通过二维的俯视图预览其对应的三维扫掠体模型，也可以通过三维扫掠体模型定位到图纸中的二维俯视图位置。

3、操作简化。本发明中扫掠体俯视图生成是自动化生成的，不需要设计师如原方案一样经过繁琐的操作来生成俯视图。而且生成的俯视图也具备遮挡关系，能够方便设计师对不同的部件俯视图进行分辨。简化了设计师的操作步骤，也提高了设计师出图效率。

4、兼容性强。由于生成的三维扫掠实体模型是IFC格式的，可以借助IFC的兼容性强的优势，可以在不同的平台上预览IFC模型。同时，部件扫掠体种类支持多样。本发明中，支持扫掠路径由多折线与多圆弧组合的情况，也支持扫掠截面带洞的情况，可以更加多元地帮助设计师生成复杂的部件放样操作。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1为构件放样自动化步骤流程图；

图2为创建部件框示例图；

图3为IFC挤压面拉伸体函数定义图；

图4为IFC旋转面拉伸体函数定义图；

图5为IFC参考面曲线截面拉伸体函数定义图。

具体实施方式

这里将详细地对示例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。

下面根据附图详细说明本发明，需要指出的是，本发明可以应用到所有提供二次开发能力的CAD软件，本发明以AutoCAD为例。

针对构件放样自动化生成步骤总体概述如图1所示：

(1)首先点击放样自动化生成软件中的“部件创建”按钮，再在图纸中的相应位置选取左上和右下点可以创建部件框，部件框如图2所示。

部件框包含：部件名、扫掠角度两个变量，这两个变量可以在部件框的块参照-属性栏进行相应的更改，其对应的文本也会随之更改。

(2)部件框创建好之后，需要在部件框内选择定位点，定位点是部件扫掠的起始点，也是之后将结果导入图纸中的参考点。

(3)接着在部件框内点击“创建放样框”，根据部件框中角度的说明(部件框中说明是水平放样还是垂直放样)创建对应的放样框。

(4)然后，设计师需要在放样框内绘制轮廓，在放样框外及部件框内绘制路径。绘制的路径和轮廓通过颜色进行一对一匹配。因此，在部件框内绘制好所有的水平放样以及垂直放样的路径和轮廓图之后，就可以进入生成放样阶段。

(5)如果不需要拉伸，即可点击插入部件，程序会生成放样三维实体的顶视图的块参照。设计师可以把生成的块参照插入到定位点。定位点是俯视图块参照在图纸中的定位参考信息。

(6)如果需要拉伸，且拉伸的部件与原部件仅有宽度或高度尺寸的变化，其他都一样时，可以复制原部件修改拉伸设置，新增新的部件出来。其中，拉伸的效果由横向拉伸线和纵向拉伸线控制。设计师在拉伸设置中设置好拉伸距离之后，程序会根据拉伸距离生成拉伸之后的三维实体的俯视图，再插入到图纸对应位置中。

本发明的技术内容包含两部分：

1、放样扫掠体生成部分

放样扫掠体主要由扫掠路径、扫掠轮廓、扫掠起始点生成。扫掠路径和扫掠轮廓分别在XY二维平面上。根据扫掠体的定义，扫掠体是由扫掠轮廓沿着扫掠路径进行扫掠生成的，针对扫掠路径上的任意一点即为扫掠轮廓所在平面的原点，且扫掠轮廓的截面与扫掠路径所在的平面垂直。

在本发明中，放样扫掠体以IFC格式文件的形式输出，可以在不同的IFC模型浏览器，如Solibri、FZKViewer等上查看生成扫掠体。本发明中所涉及的扫掠路径大致可分成两类：

A1：扫掠路径是简单的直线或弧线的情况；

A2：扫掠路径是由直线及弧线组合而成的多段线的情况。

本发明中所涉及的扫掠轮廓大致可分成以下三类：

B1：扫掠轮廓简单的由折线构成的闭合多段线；

B2：扫掠轮廓由弧线及折线组合而成的闭合多段线；

B3：扫掠轮廓在B1和B2的基础上再加上开洞的情况。

对于类型A1中的简单直线拉伸的情况，即扫掠路径是简单直线的情况，处理方式是选择IFC挤压面拉伸体(ifcExtrudedAreaSolid)函数。参考图3，输入拉伸方向(ExtrudedDirection)、拉伸长度(Depth)以及扫掠截面(SweptArea)(图3灰色填充部分)即可生成一个挤压面拉伸体。

对于类型A1中简单弧线的情况可以用ifcRevolvedAreaSolid函数，参考图4，需要输入扫掠截面扫掠的旋转轴(Axis)，旋转角度(Angle)，以及扫掠截面(图4灰色阴影部分)，即可生成扫掠截面沿着简单弧线扫掠出的扫掠实体。

对于类型A2的由直线与弧线组合而成的多段线，我们把多段线的每段Segment拆分成类型A1情况进行处理。具体算法如下：

foreach segment in Polyline

if segment is Line in A1

use ifcExtrudedAreaSolid；

else

use ifcRevolvedAreaSolid；

由于该算法生成的扫掠体在每段segment的首尾处会存在断裂的情况。即扫掠体每段segment首尾没有做到缺口处理，只是单一的生成每段的扫掠体，当拼凑起来时，会衔接不流畅，则使用ifcSurfaceCurveAreaSolid函数，参考图5，该函数由参考曲面(Reference Surface)、扫掠截面(Swept Area)、扫掠路径(Directrix)构成，其中扫掠路径在参考曲面上，这里的参考曲面包括平面，在扫掠路径上的点生成的横截面与参考曲面处处垂直，扫掠截面沿着参考曲面上的扫掠路径扫掠成的拉伸体即为参考面截面拉伸体(ifcSurfaceCurveAreaSolid)。

对于不同的扫掠轮廓类型B1和B2用IFC组合曲线(ifcCompositeCurve)，可以将多个圆弧与直线组合的多段线表达成组合曲线，后续可用ifcCompositeCurve生成闭合的面域(polygon)。对类型B3，IFC任意带洞面轮廓定义(ifcArbitraryProfileDefWithVoid)，可以将扫掠轮廓用外轮廓与内轮廓结合起来表达一个面域。该面域由外部轮廓线(OuterCurve)和内部轮廓线(Inner Curves)所包含的区域组成，使用此方法可以解决类型B3的扫掠轮廓IFC表达问题。

2、俯视图生成与制图

以上分析了使用IFC中的相关函数生成三维扫掠实体的过程。接下来就是将三维扫掠实体生成俯视图，并以此插入到图纸中完成制图的操作。

俯视图生成选择通过CAD中先通过扫掠体的轮廓与路径生成三维扫掠体实体，再通过Section投影的方式，生成三维扫掠体实体的俯视图。

首先扫掠体轮廓和路径分别时设计师画在XY平面上的多段线，对扫掠体轮廓的多段线与扫掠体路径多段线进行处理，为了保证扫掠路径所在的平面与扫掠轮廓所在的平面相互垂直，因此要先对其进行坐标变换。如，扫掠路径在XY平面，由于扫掠轮廓沿着扫掠路径水平放样，因此，先要将扫掠路径旋转到XZ平面上。之后需要将XY平面上的扫掠轮廓进行重新定位，使其转换到扫掠路径的局部坐标系之下。

其次，调整好扫掠路径与扫掠轮廓位置关系之后，就可以用Sweep(如AutoCAD的ObjectARX中的Sweep)函数将扫掠轮廓沿着扫掠路径扫掠生成三维扫掠实体。

接着，有了生成的三维扫掠实体之后，定义一个Section(如AutoCAD的ObjectARX中的Section)其作用是将扫掠实体的俯视图投影到Section之上。具体算法如下：

C1:遍历所有三维实体(solid，如AutoCAD中的solid定义)，找到所有三维实体中最高的顶点坐标；

C2:用Unite(如AutoCAD的ObjectARX的solid.Unite)函数将所有的solid合并成一个solid；

C3:将该坐标的Z轴上升一个预设高度(默认为10000mm)，并在该高度下定义一个长宽分别为10000mm的Section平面；

C4:设置SectionSettings(如AutoCAD中ObjectARX的SectionSettings)，SectionSettings主要是调整Section的各项属性，将BackgroundGeometry(背景几何数据，如AutoCAD的ObjectARX中的SectionSettings.BackgroundGeometry)的HiddenLine(隐藏线,如AutoCAD的ObjectARX中的SectionSettings.HiddenLine)属性设置为false；

C5:调用generateSectionGeometry(如AutoCAD中ObjectARX的generateSectionGeometry)函数生成俯视图投影的相关信息；

C6:保留由generateSectionGeometry函数生成的前景(foreground)参数内容，该参数得到的即为投影生成的直线或圆弧组合而成的对象数组，该数组保留了俯视图的相关信息；

C7:数组内的直线或圆弧一起打包成块参照，并将其坐标变换到定位点，加入到图纸对应的位置，完成俯视图生成。

通过以上算法，得到多个三维实体组合而成的俯视图并且该俯视图保留了多个三维实体之间正确的遮挡关系，可以通过该俯视图判断生成的结果是否正确，并且可以生成的俯视图与多个三维扫掠实体生成的构件结合起来。实现由二维图纸中的构件俯视图，检索到三维实体的3D图，也可以通过三维实体的3D图重新定位到二维图纸中的俯视图，因此生成的俯视图插入到图纸后，有一个双向定位的功能。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。

Claims (5)

1.一种CAD图纸中构件放样自动化生成与俯视图制图方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)从CAD图纸中提取部件框内绘制的扫掠路径与扫掠截面信息，由于一个部件是由多个子部件组成，则需提取部件框内所有的水平放样框与垂直放样框；

(2)读取步骤(1)中部件的扫掠轮廓与扫掠路径信息，将其结构化处理，再将读取到的扫掠路径和扫掠轮廓分别按照垂直放样与水平放样的位置关系分别进行坐标变换，并用IFC的扫掠格式生成三维扫掠体；

(3)将得到的三维扫掠体数据传回程序，并用扫掠路径与扫掠轮廓在CAD中调用扫掠体生成函数生成CAD格式的三维扫掠体，然后在CAD中定义一个截面用来得到三维扫掠体的俯视投影，最后将俯视投影生成块参照完成制图。

2.根据权利要求1所述的一种CAD图纸中构件放样自动化生成与俯视图制图方法，其特征在于，所述步骤(1)具体为：设计部件框UI，并完成创建部件框功能，使得设计师能通过创建部件框按钮创建出一个基本的部件框，并能够调整部件框的基本信息，所述基本信息为部件名和角度。

3.根据权利要求1所述的一种CAD图纸中构件放样自动化生成与俯视图制图方法，其特征在于，所述步骤(2)具体包括以下子步骤：

(2.1)对于水平放样，由于是在二维XY平面上画的扫掠轮廓与扫掠路径，当进行扫掠时，先将扫掠路径转换成XZ平面，然后使用IFC中的扫掠函数进行三维扫掠体生成；

(2.2)对于垂直放样，要先将扫掠轮廓转换成XZ平面，然后使用IFC中的扫掠函数进行三维扫掠体生成；

(2.3)在使用IFC函数生成扫掠体中，需要针对不同的情况来使用不同的IFC函数。

4.根据权利要求1所述的一种CAD图纸中构件放样自动化生成与俯视图制图方法，其特征在于，所述步骤(2.3)包括如下子步骤：

(2.3.1)如果扫掠路径是普通折线的情况，即由直线或多根直线构成的多段线，则使用ifcExtrudedAreaSolid函数来生成三维扫掠体；

(2.3.2)如果扫掠路径是复杂曲线的情况，即由多根弧线组成或多根弧线和直线共同构成的多段线，则使用ifcSurfaceCurveAreaSolid函数来生成三维扫掠体。

5.根据权利要求1所述的一种CAD图纸中构件放样自动化生成与俯视图制图方法，其特征在于，所述步骤(3)具体包括以下子步骤：

(3.1)先将构件中所有单独生成的扫掠体进行合并成一个扫掠体。这里用到CAD中的联合函数，会将所有的扫掠实体合并成一个扫掠体；

(3.2)通过遍历扫掠体中所有的点得到三维扫掠体的最高点，并以此为基准，往Z轴正方向上升固定高度，并默认高度为10000mm，来定义一个截面平面，其与XY平面平行；并使用截面设置对投影平面设定相关参数；

(3.3)通过Section的生成截面几何对象函数生成俯视图投影的相关信息。这里的相关信息主要是俯视图中打散的各种基础弧线、直线等。将所得到打散的数据打包成块参照，并通过定位点来将块参照进行坐标变换，插入到图纸中完成制图操作。