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Tribon參數化建模之__對型材端切的參數化建模解析

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摘要:參數化建模是工業設計軟件普遍使用的建模技術，通過參數化可以提高建模速度的同時提高模型的標準化。Tribon中也大量使用了參數化建模技術，一條上萬零件有幾百人參與的船舶設計，很好的做到了標準統一。型材端切是參數化建模的典型，從端切入手研究Tribon在參數建模方面的程序設計思路是一個不錯的方式。

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關鍵詞:Tribon,端切,參數化建模

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1.????? 概述

當一個型材加工時，也就是對原材料進行切割，型材端部必須加工成合適的形狀，型材端部的形狀叫端切(endcut)。在三維模型的表示中，需要通過輸入CUT參數對型材的端部進行控制。參數由用戶輸入，自動計算和初始化設置三部分組成。這篇文章將講解如何通過研究Tribon的端切定義，來在外部CAD程序中重構一個筋模型。

2.????? Tribon端切標準，原理

Tribon包含大量的內置端切標準，提供給用戶，此標準被分成大量預定義的端切類型。一個端切類型對應于一個特定的幾何形狀。它的實際外形由設定在標準表中的參數控制。其它的由設計者給出或自動計算出。如，根據型材端部連接。一扁鋼端切的典型例子被說明如下(Tribon標準端切類型11)

2.1???端切類型

端切類型是范圍10~326的數字，可用端切被覆蓋且出版在Tribon中的端切標準。在M3中用戶無法增加端切類型，而AM的新版本已經能夠提供自定義端切類型。如上例是端切類型11。

2.2???端切代碼

端切代碼是端切類型的實例，以一定的標準值的組合對于直接的端切參數。端切類型的端切代碼必須為數字，并加上兩個類型數而生成，如屬于某一個端切類型的端切代碼限為100，(然而，每個端切代碼有大量事件由直接給出參數的標量，在上例中僅角度V).

Tribon供給大量已定義的端切代碼作為標準。例如，下表顯示端切的一些端切代碼屬于端切類型11，每一代碼以某種組合R1,R2,這些值可由用戶更改。此標準化得代碼參數設于端切表中，存在SB_OGDB相關聯的數據庫，由initHull維護。

2.3???顯示的端切參數

相關直接給出的參數及其它的解釋以單獨至某一端切，它們總數目前限制為6，大多數三個是尺寸參數(長度)(由參數名識別A,B,C)并去除三個端切角(V1,V2,V3)，V1為型材腹板的角度，V2和V3是型材面板上的角度。這些參數必須一定次序給出，對每個端切類型規定。角度參數總在參數清單的后面，也總為可選項，如果它們不給出將由Tribon自動計算，如型材端部連接，否則，它們缺省為90度，如用戶直接分配一個角度將代替，自動計算的一個。用戶給出參數一般不更改。如果上述端切類型11，角度V就是顯示的端切參數。

2.4端切建模的使用

設計者通過給出的端切代碼制定其想用的端切類型，下述為顯示的參數，如板架生成端切在Type:11，可由寫入選擇。

CUT=1112,80

這將導致端切類型11,R1=R2=35,V=80，作為比較。

CUT=1112

將按照連接計算V值，如無連接V=90。

2.5? 端切標準的用戶設定

如上述，用戶可以通過端切表修改內置的端切標準參數，假定任一端切的幾何能由一限定的參數控制。如，清單中型材加工草圖，這些參數的解釋對每一端切類型是單獨的，參數是A,B,C,R1,R2,V1,V2,V3,V4。A,B,C是長度，R1和R2是切角半徑，V1,V2,V3,V4是端切角，根據端切類型，一些參數的無關的。這九個參數就是Tribon內部控制型材端切的。

2.6? 端切表的初始化

用戶由端切表控制端切，在SB_OGDB內由initHull創建并更新，端切表應分配至Tribon環境變量，SB_ECUT后可用于運行程序。

可能有工程根據端切表，因為僅這些端切類型/代碼能再目前用的端切表中使用，可能限制端切的使用，通過去除它們，如某一工程可僅用總端切標準的子集，也可能在工程間更改內置參數，如一個小船可要求較小的由切角半徑相比大船，用戶可加新的端切代碼，只要數量規格遵守。

輸入文件創建端切表目前是在單記錄類型的文件文本，一個標準輸出文件包含，所有現存端切類型的例子在Tribon中有舉例。

輸入由兩個記錄類型并以下述方法組織

<record type 600>

<record type 601>(1…)

因此必須以一記錄類型600開始，接以任意數的記錄類型601

記錄類型600簡單包含分至SB_ECUT的端切表名，它有下述格式:

600 ‘<endcut table name>’

每一記錄類型601定義一行表，如下述布置

601 <type><npar><par1><par2>…<par<npar>>

這有兩種記錄類型，選擇行和參數行

2.6.1選擇行

在選擇行<type>是端切類型(在10~326),這表示它們僅為一端切類型的選擇行，參數被固定，必須是9，參數是選擇代碼，對每種結果參數，按上表次序如A,B,C,等，對無關參數選擇代碼參數可為-1。其中選擇代碼是內置代碼，是對參數靈活控制的一種方式，這方面值得我們軟件開發學習。選擇代碼的詳細說明在下面會提到。

注：實際上，選擇行必須由Tribon公司設定，并不能由用戶更改

2.6.2參數行

參數行規定了與某一端切代碼相關的初始化參數，典型切角半徑及固定角度，<type>為端切代碼，因此每個參數代碼必須有一參數行。

當用戶想要增加一個新的端切代碼時，如一個端切類型的新例子，它可由新端切代碼增加一個新的參數行，更方便的方法就是拷貝一個已存在的行，屬于目前類型并更改相關參數。

參數的數量可變化，目前最大數是4，一般最少3個參數被給出，不相關的參數被定義為-1，但也不是必須。此每一參數的解釋由選擇代碼控制，選擇代碼在當前端切代碼出現的端切類型的選擇行。如參數定義一切角半徑，但切角應被一個削斜角，削斜的尺寸由負值給出KS切角。

2.7選擇代碼與端切參數

在描述選擇代碼前，先把其中的一些參數進行說明

a)、A,B,C,R1,R2,V1,V2,V3,V4是根據端切幾何能被建立的參數，這9個參數是系統內置參數，是直接生成內置端切形狀的控制參數。

b)、Acut,bcut, ccut,ang1,ang2,ang3(有時ang1和ang3被ang4代替)為顯示參數，是建模時設計員輸入或者系統自動計算出來的參數，并且與船體模型一起存儲。

2.7.1選擇代碼

選擇代碼(SC)最多4個整數(=XYZW)根據在選擇行的位置，有效的結果幾何參數，如果選擇代碼有幾個數字組成，必須從右向左解釋，又是以幾步進行，參數應以A,B,C等次序評估，因為幾個評估參數可在下述一個評估中，在正選擇代碼的缺少肩頭的數字應解釋為，如X=0,Y=0,Z=1,W=0對應于選擇代碼為10。

對于選擇代碼為負的參數，相應的參數將設為0，否則，參數應進行如下初始化：

A is set = acut,

B is set = bcut,

C is set = ccut

然而，這些值可以根據選擇代碼改變，具體描述如下：

選擇碼	選擇碼值	參數	說明
W	?	?	W>0,那么從當前端切代碼的值取為其參數行的W列值， W值記錄列位置值
Z	?	?	如Z>0 那么從acut(bcut,ccut)取值，如果Z=1 (2,3)
Y	=1	V1	如果輸入角度ang1>0,設V1= ang1,默認為90
?	=2	V2	設V2由W顯示的值,默認為90
?	?	?	?
X	=1	B	如果B=0分配的值由W顯示
?	=1	C	如果C=0,那么設置C=(aprof-bcut)/2
?	=1	R1	設置R1=0,如果B=0
?	=1	V1	設V1=0,如果B=0
?	=2	B	如果bcut不等于0,那么設B=bcut,否則設置B=aprof并按W減去數值
?	=5	?	?
?	=9	R2	R2按用戶具體規格計算

規格看起來復雜，實際上非常復雜的例子很少，如上述，當新的端切類型實施時，帶有選擇代碼的選擇行必須由Tribon解決方案定義，一般不會有用戶更改，一旦你知道給出的參數具有什么適當的幾何，改變參數行的參數是相當方便的

2.7.2 例子

下述為端切22的選擇行，接以端切代碼2211為參數行,

?	Type	?	A	B	C	R1	R2	V1	V2	V3	V4
601	22	9	10	1021	-1	1	-1	100	202	-1	-1
601	2211	2	35	30	?	?	?	?	?	?	?

假設設計員建模時扶強材端部由下述輸入：

CUT=2211,150,50,80(*)? (* 一般自動計算)

端切類型22的選擇行所表示的參數選擇解釋如下：

A(選擇代碼 = 10, i.e X=0, Y=0, Z=1, W=0),由于Z=1,設置A=acut(150)

B(選擇代碼=1021)，第一個設定B=bcut(=50).因B有一個值，忽視由W(和X)顯示的值，如果bcut為0,那么B將被設置等于R1(=35)

C=0 (選擇代碼=-1)

R1(選擇代碼=1),將R1到參數值1 的參數行(=35)

R2=0(選擇代碼=-1)

V1(選擇代碼=100).因為Y=1,設V1=ang1(=80),由于X=0不進一步更改

V2(選擇代碼=202),由于W=2,設置V2等于參數行(30)第二參數，因為V2<90 V2不受條件Y=2的影響

V3=0(選擇代碼=-1)

V4=0(選擇代碼=-1)

3.????? 參數化端切的程序化

上面寫了那么多實際上市幫助文檔里面的說明，只是為了更好的理解列舉在此。這篇文章當然不是簡單的工程初始化說明，而是要自己開發一下端切的建模程序。

3.1 參數說明

幫助文檔中的概念很多，開發程序前需要把這些概念理順。下面就對其中的一些概念進行簡單的說明。

a)、端切類型是Tribon系統固定在程序中的(Aveva Marine新版本可以自定義添加)。也就是說端切類型種類固定，在程序制作中每種類型需要編寫一個處理方式。

b)、端切代碼是初始化定義的標準代碼，端切代碼所在初始化行叫參數行，里面所表示參數意義是通過初始化中的選擇行選擇代碼決定的。由于選擇行無法更改，實際上端切代碼初始化參數的意義對于某一個端切類型是固定的。

不過，這種參數化的程序設計方式，也是值得我們學習的。往后可以更加靈活的控制。

c)、一個端切的幾何描述需要把A,B,C,R1,R2,V1,V2,V3,V4這9個參數進行設置，參數包括用戶輸入參數和初始化參數。

3.2CSG建模

?? 計算方式確定之后，就需要考慮如何把模型顯示在計算機上面。計算機上面顯示三維模型的方式很多，其中有一種叫CSG(Constructive Solid Geometry)建模法，也叫體素建模法。是CAD軟件中比較產用的構件實體模型的方式。

?????? CSG建模法，一個物體被表示為一系列簡單的基本物體(如立方體，圓柱體，圓錐體)的布爾操作的結果，數據結構為樹狀結構。樹葉為基本體素或變換矩陣，節點為運算，最上面的節點對應著被建模的物體。

?????? CSG建模方法簡潔，生成速度快，處理方便。而且能夠詳細地記錄構成實體的原始特征參數，甚至在必要時可修改體素參數或者附加體素進行重新拼合。

?????? 在Tribon型材建模中，型材可以考慮為CSG模型的父節點，兩端的端切作為子節點。通過端切與型材進行邏輯上面的減運算，這樣就可以生成一個包含具體端切類型的型材模型。這種拓撲減實際上吧端切模型作為一種負實體(Negative Geometry)，這在PDMS軟件中大量使用。從側面說明我們的推測Tribon內部的建模方式還是合理的。

3.3 例子

在這里我們按照上面的思路編寫了一個基于AutoCAD的插件程序。通過讀取Tribon中的數據庫，重新構建了一個筋模型的顯示程序。

下圖為Tribon中的模型，

下圖為AutoCAD中顯示的模型。

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4.????? 小結

Tribon作為一款成熟的船舶三維設計軟件，能夠實現整船的三維建模，功能強大且用戶自定義豐富，這是軟件中大量使用參數化建模的原因，也是參數化建模的優勢。

雖然，計算機三維建模技術已經很成熟。但是，還是很有必要研究一下成熟產品的軟件架構方式，尤其是這種參數化建模程序，這對我們自己開發新軟件將有很大的幫助。這篇文章只是從型材端切這一小塊入手，從分析它的數據結構，到程序的設計，到最后模型的顯示。從而論證我們的想法的可操作性，也為我們開發參數化建模程序提供了有益的借鑒。

?????? 三維模型在計算機中的顯示往往給用戶帶來一種全新的體驗，尤其當下各種VR和AR技術流行的當下，能否實現傳統CAD所建的模型，能夠無障礙的顯示在各個平臺，將有很大的技術應用前景和經濟價值。這篇文章從參數化建模和CSG建模的角度提供了一個很意思的模型創建和顯示的解決方法。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Tribon参数化建模之__对型材端切的参数化建模解析的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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