Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций
Каталог

Обратная связь

Я ищу:

Содержимое электронного каталога российских диссертаций

Диссертационная работа:

Тюрина Валерия Александровна. Разработка методов преобразований каркасной модели в задаче синтеза образа 3D-объекта по его проекциям : Дис. ... канд. техн. наук : 05.01.01 : Н. Новгород, 2003 170 c. РГБ ОД, 61:04-5/1061


Для получения доступа к работе, заполните представленную ниже форму:


*Имя Отчество:
*email



Содержание диссертации:

Введение. .................................. .............. .......... ............................. 4

Глава 1* Постановка задачи и проблемы исследования 13

  1. Постановка задачи 13

  2. Возможности синтеза 3D моделей нсплоских объектов в современных графических системах 24

1.2 Л Система автоматизации черчения AutoCAD 25

L2.2 Система моделирования Autodesk Mechanical Desktop
(AMD) и её расширение CADMECH DESKTOP 26

  1. Система Prelude 28

  2. Система Intergraph 29

  3. Система Personal Designer 29

  4. Система твердотельного трёхмерного моделирования КИТЕЖ (НИИ механики ННГУ им. Н.И.Лобачевского,

ННГАСУ) 30

1.2.7. Система геометрического моделирования КОМПАС-КЗ.. 31

  1. Существующие подходы к решению задачи восстановления образа объекта по многовидовому техническому чертежу 36

  2. Существуюшие подходы и методы преобразования каркасных моделей в граничные модели 52

1.5. Выводы по главе 1 58

Глава 2, Преобразование восстановленной по чертежу каркасной модели

3D объекта в граничную модель 61

2.1. Классы графической информации, регламентированной ЕСКД,. позволяющие восстанавливать 3D образы объектов в случае

ортогонального проецирования 61

2.J.1 Изображения 64

2.1.2 Условные обозначения 66

2.2. Этап автоматического создания каркасной модели..», 70

  1. Общая схема формирования каркасной модели 70

  2. Причины возникновения ЛГЭ 78

  3. Область существования множества ЛГЭ . 80

  4. Анализ проекций 86

23. Математическая модель каркаса 90

  1. Подготовка входной информации 92

  2. Алгоритм преобразования каркаса 94

  1. Алгоритм построения фундаментальной системы циклов графа « 94

  2. Первичная редукция 100

  1. Алгоритм выявления разрешимых аномалий 106

  2. Получение списков граничных моделей, удовлетворяющих исходным проекциям 114

2.6. Выводы по Главе 2 , 116

Глава 3. Практическая реализация алгоритма преобразования каркасной

модели в граничную модель 119

ЗЛ, Краткое описание блок-схемы решения общей задачи синтеза
моделей по чертежу * 119

3.2, Описание блок-схемы алгоритма преобразования
предварительной каркасной модели в набор граничных моделей.... 122

3.3. Программная реализация алгоритма 123

преобразования КМ в ГМ . 123

3.4. Выводы по Главе 3 , 135

Заключение 136

Список литературы « 137

Приложения 153



Введение диссертации:

Академик Б.С- Воинов в монографии «Информационные системы» пишет: «.. .задачи синтеза в соответствии с классификацией теории познания относятся к высшему уровню по своей значимости и сложности в сравнении с задачами анализа. Поэтому подходы к постановке и решению задач синтеза должны составлять одно из приоритетных мест в системных науках, научных и образовательных дисциплинах» [10],

К таким задачам, в частности, относится проблема синтеза геометрических моделей пространственных объектов по его проекциям.

Данная задача известна в начертательной геометрии как обратная задача начертательной геометрии, а в машинной графике - как задача "автоматического чтения" чертежа. До сих пор не доказано утверждение, что рассматриваемая задача может быть решена (или не решена) в общем виде для всего многообразия геометрических элементов, составляющих изображения на поле чертежа.

Как отмечал один из основоположников отечественной машинной графики профессор В.С.Полозов: "Процессы чтения и построения чертежа являются основными в системе графического конструирования. Они обеспечивают возможность построения различных изображений одного и того же объекта...", [40].

Сущность операции проецирования такова, что между двумя изображениями одного и того же объекта стоит его пространственный образ, анализ которого необходим для образования структуры нового изображения. В некоторых моделирующих системах предусмотрен ввод непосредственно пространственного образа. Однако такой ввод неудобен, по крайней мере, по двум причинам [40]:

1). сложность описания пространственного образа по сравнению с описанием его проекций, которые являются естественным и универсальным языком в инженерной графике;

2). трудности мысленного представления и анализа объекта на уровне 3D образа в связи с ограниченностью процесса мышления человека.

Поэтому естественной исходной информацией для алгоритмов построения и чтения чертежа, является некоторый набор проекционных изображений объекта (в частном случае, набор ортогональных видов). Он может быть введён в память ЭВМ, например, средствами 2D пакетов компьютерной графики.

Возможность автоматически восстанавливать образы объектов в процессе автоматического проектирования полностью соответствует современной идеологии С ALS-технологий. Под С ALS-технологиями (Computer Aided Acquisition and Life Cicle Support) понимается совокупность информационных технологий, позволяющих интегрировать в единый комплекс материальные и информационные потоки, существующие на всех этапах существования изделия [83, 101]. Практически на каждом таком этапе, в том или ином виде, генерируется или обрабатывается геометрическая и графическая информация об объекте проектирования и производства. При различных структурах данных и алгоритмах решения задач каждая из составляющих CALS-технологий решает одну и ту же функциональную задачу преобразования размерности пространства [70, 79]. Следовательно, современные системы геометрии и графики, используемые на различных этапах CALS, должны работать одновременно в двух пространствах измерений таким образом, чтобы между моделью объекта (3-х мерное пространство, далее 3D) и его изображением (2-х мерное пространство, далее 2D) была двухсторонняя взаимно однозначная информационная связь (далее 3D <-» 2D).

Подавляющее большинство систем предоставляют только связь 3D-*2D, что существенно ограничивает возможности проектирования.

Актуальность

Для систем геометрии и графики, работающих одновременно в двух пространствах измерений, необходим совершенный алгоритмический аппарат. Наименее разработана алгоритмизация процесса преобразования 2D —> 3D, т.е. задачи автоматического "чтения чертежа". В большинстве разработок под "чертежом" понимается многовидовый технический чертеж.

Так как данная проблема относится к разряду сложных для формализации задач, то её удобно разделять на подзадачи, решение которых может базироваться на определённых методах и подходах. Можно выделить три основных задачи:

  1. Автоматический синтез каркасной модели 3D объекта.

  2. Преобразование каркасной модели в граничную модель.

  3. Визуализация пространственного образа 3D объекта. Каркасная модель (КМ) представляет тело множеством

принадлежащих ему вершин и информацией об их соединении. Граничная модель (ГМ) - множеством отсеков поверхностей, ограничивающих тело.

Как показывает анализ литературы, алгоритмы, реализующие учет всей информации, содержащейся на многовидовом техническом чертеже, до сих пор не разработаны [79]. Поэтому КМ, полученные известными способами автоматического синтеза [40], часто несут в себе ложную геометрическую информацию, что существенно затрудняет дальнейшее преобразование модели и её последующую визуализацию.

Нельзя не учитывать также тот факт, что достаточно часто в реальной работе встречаются неполные чертежи, а также чертежи, изображения объекта на которых выбраны неудачно. Поэтому чертежи, с которыми придётся иметь дело алгоритмам автоматического синтеза объекта, могут быть неоднозначными, допускающими различное толкование.

В связи с этим становится актуальной разработка алгоритмов, позволяющих на этапе создания каркасной модели отфильтровывать ложную геометрическую информацию, а также получать весь набор возможных каркасных моделей, удовлетворяющих исходным проекциям.

Дальнейшее преобразование каркасной модели заключается в необходимости выделить информацию о поверхностях, ограничивающих тело, т.е. получить граничную модель (или набор моделей) объекта.

Этап преобразования каркасной модели в граничную модель является одним из наиболее значимых в задаче восстановления образа объекта и наименее изученным в литературе по рассматриваемой теме. Данный этап является достаточно сложным с точки зрения алгоритмической реализации. Кроме того, на него затрачивается значительное количество времени действия всего алгоритма синтеза.

Алгоритмы построения моделей твердых тел по проекциям, даже с ограничениями на входную информацию, могут находить большое применение в CAD/САМ системах [122], например, в таких областях, как:

синтез моделей проектируемых или изготавливаемых объектов по архивным чертежам;

связь 2D и 3D CAD систем;

создание новых интерактивных инструментальных средств для описания твердых тел в CAD системах.

Таким образом, необходимой является разработка новых подходов к этапу преобразования каркасной модели внутри задачи синтеза объекта по чертежу, с целью повышения эффективности и увеличения быстродействия алгоритма решения этой задачи.

Внедрение подобной технологии будет способствовать скорейшему переходу отечественной промышленности на безбумажную технологию проектирования, производства и сбыта продукции.

Системная характеристика предлагаемого научного направления приведена на рис Л -

Целью работы является:

исследование и разработка методов исключения из каркасной модели, восстановленной по проекциям объекта, ложных геометрических элементов;

исследование и разработка эффективных методов преобразования каркасной модели в граничную модель;

разработка и создание алгоритмов, осуществляющих данные преобразования.

Научная новизна состоит:

в разработанных методах автоматического поиска и удаления ложных геометрических элементов, возникающих в структуре каркасной модели, восстановленной по проекциям, путём моделирования логики рассуждений конструктора при "чтении чертежа";

в разработанном алгоритме преобразования каркасной модели ЗО-объекта в граничную модель, использующем преимущественно топологическую информацию о каркасе;

в разработанных методах автоматического поиска и удаления ложных геометрических элементов, возникающих в процессе преобразования каркасной модели в граничную модель.

Практическая ценность.

Практическая ценность работы, выполненной в рамках фундаментальной НИР «Разработка теоретических основ, алгоритмов и программ геометрии и графики для параллельных технологий проектирования (ГР № 01970004538, Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет)», состоит в разработке

фрагмента алгоритмических основ новой информационной технологии обработки и преобразования архивной чертежно-конструкторской документации в электронные модели изделий, а также технологии организации банков 3-х мерных объектов на основании ввода их проекций* Практическая ценность работы также состоит в возможности реализации данных алгоритмов средствами целочисленной арифметики ЭВМ.

Апробация.

Материалы диссертации докладывались:

на Международных конференциях по компьютерной геометрии и графике: "Графикон-96", г. Санкт-Петербург, 1996 г,; "Графикон-97", г. Санкт-Петербург, 1997 г.; "Графикон-2002", г. Нижний Новгород, 2002 г.

на Всероссийских семинарах-совещаниях заведующих кафедрами начертательной геометрии и машинной графики вузов РФ, Нижний Новгород, 1996, 1997, 1999;

на Всероссийской конференции по компьютерной геометрии и графике "КОГРАФ-99'\ Нижний Новгород, 1999.

на научно-практических конференциях аспирантов и студентов ННГАСУ, 1996-2000 гг.;

Публикации.

Материалы диссертации изложены в 9 печатных работах,

  1. Тюрина, В.А. Автоматическое определение ложных граней в задаче преобразования каркасной модели пространственного объекта в граничную модель / СИ. Ротков, В.А. Тюрина // Сб. тр. VII межд. науч. конф, по комп. графике и визуализации "Графикон-97". - С.-Петербург, 1997.-т.2,-С 97-101.

  2. Тюрина, В.А. Алгоритм построения фундаментальной системы циклов графа / В.А. Тюрина // Начертат. геометрия» инженерн. и компьютера

графика: Материалы семинара-совещания зав. каф. начертат. геометрии и графики вузов Поволжской зоны РФ. - НЛовгород, 1996. - С.60-63.

  1. Тюрина, В.А. Алгоритм проверки истинности каркаса в задаче преобразования каркасной модели пространственного объекта в граничную модель / В.А. Тюрина // Начертат. геометрия, инженерн. и компьютеры, графика: Материалы семинара-совещания зав. каф. начертат. геометрии, инженерн. и компьютерн. графики вузов Центральной, Поволжской, Южной, Уральской и Северо-западной зон РФ. - Н.Новгород, 1997--С.102-105.

  2. Тюрина, В.А. Алгоритм редукции фундаментальной системы циклов графа, описывающего 3D объект / В.А, Тюрина // КОГРАФ-99: Тез. докл. Всероссийской научно-практ. конф. - Н.Новгород, 1999. -С.67-68,

  3. Тюрина, В.А. Анализ ложных геометрических элементов каркаса в задаче синтеза образа ЗО-объекта по его проекциям. / ВЛ. Тюрина // Архитектура и строительство-2000: Тез. докл. научно-техн. конф. проф.-преподават. состава, докторантов, аспирантов и студентов. — Н.Новгород: ННГАСУ, 2000. - 43. - С. 7-8.

  4. Тюрина, В.А. Информационная модель каркаса трёхмерного геометрического объекта для задачи синтеза 3D объекта по ортогональным проекциям / В.А. Тюрина, СИ. Ротков // Начертат, геометрия, инженерная и компьютерная графика. — Н.Новгород, 1999, — ВыпА-СЛ49-156.

7. Тюрина, В.А, Использование матрицы интерактивности в процессе
преобразования каркасной модели в граничную / В.А. Тюрина //
Строительный комплекс - 96: Тез. докл. науч.-техн, конф. проф.-
преподават. сост. аспирантов и студентов: - Н. Новгород, 1996, - С. 91.

8> Тюрина, В А, Нахождение множества ложных геометрических элементов каркасной модели 3D объекта, восстановленной по трём

неоднозначно читаемым ортогональным проекциям / В.А. Тюрина // Сб. тр. междунар. научи, конф. по комп. графике и визуализации "Графикон-2002'\ - Н. Новгород, 2002. - т.2. - С. 112-116, 9. Тюрина, В.А, Преобразование каркасной модели трёхмерного геометрического объекта в конструктивную модель / В.А. Тюрина, СИ. Ротков // Труды 6-й Меящунар. конф. по комп. графике и визуализации Графикон-96. - С- Петербург, 1996. - С. 56-58.

Струетура диссертации* Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения, списка литературы и двух приложений- В диссертации 170 стр. текста, 40 рис, 4 таблицы- Список использованных литературных источников включает в себя 136 позиций.

Необходимость повышения конкурентоспособности отечественной промышленности на мировых рынках

Интеграция в единый комплекс материальных и информационных потоков, существующих на всех этапах жизненного цикла изделия (CALS-технологии)

Преодоление противоречия между ручной технологией проектирования и современными требованиями CALS-технологий

Переход на безбумажную

технологию проектирования (CAD),

производства (САМ), инженерных

расчетов (САЕ) н сбыта продукции»

Использование накопленных

архивов чертежно-

конструкторской

документации

і

Синтез 3D модели объекта по его проекциям

Раскрыть актуальное научное направление "Разработка методов преобразований каркасной модели в задаче синтеза образа ЗО-объекта по его

проекциям"

1. Исследовать и усовершенствовать

методы преобразований каркасной

моделис целью исключения из её

структуры ложных геометрических

элементов

2. Исследовать и разработать

методы преобразования

каркасной модели в граничную,

использующие преимущественно

топологическую информацию

3. Разработать и создать алгоритмы, позволяющие осуществить данные преобразования средствами целочисленной арифметики ЭВМ

н о в и

В разработанных алгоритмах

автоматического поиска и удаления

ложных геометрических элементов,

возникающих в процессе синтеза

В разработанном алгоритме,

позволяющем осуществить

преобразования каркасной модели 3D-

объекта в граничную преимущественно

на основе топологической информации

РисЛ- Системная характеристика научного направления

Реклама


2006-20011 © Каталог российских диссертаций