三維模型輕量化技術(shù)

1、三維模型輕量化技術(shù)1.模型輕量化的必要性設(shè)計(jì)模型是一種精確的邊界描述(B-rep)模型，含有大量的幾何信息，在現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)軟硬件條件下，使用設(shè)計(jì)模型直接建立大型復(fù)雜系統(tǒng)裝配、維修仿真模型是不可能的，因此需要使用輕量化的模型建立仿真模型，以達(dá)到對(duì)仿真模型的快速交互、渲染。2.細(xì)節(jié)層次輕量化技術(shù)90年代中期以來(lái)，模型輕量化技術(shù)得到了快速的發(fā)展，出現(xiàn)了抽殼(hollowshell)技術(shù)和細(xì)節(jié)層次(LevelofDetails,LOD)技術(shù)。抽殼技術(shù)只關(guān)心產(chǎn)品模型的幾何表示而不考慮產(chǎn)品建模的過(guò)程信息；LOD技術(shù)將產(chǎn)品幾何模型設(shè)定不同的顯示精度和顯示細(xì)節(jié)，根據(jù)觀察者眼點(diǎn)與產(chǎn)品幾何模型之間的距離來(lái)使用不同

2、的顯示精度，以此達(dá)到快速交互模型的目的。LOD技術(shù)是當(dāng)前可視化仿真領(lǐng)域中處理圖形顯示實(shí)時(shí)性方面十分流行的技術(shù)之一。LOD模型就是在不影響畫(huà)面視覺(jué)效果的條件下，對(duì)同一物體建立幾個(gè)不同逼近精度的幾何模型。根據(jù)物體與視點(diǎn)的距離來(lái)選擇顯示不同細(xì)節(jié)層次的模型，從而加快系統(tǒng)圖形處理和渲染的速度。保證在視點(diǎn)靠近物體時(shí)對(duì)物體進(jìn)行精細(xì)繪制，在遠(yuǎn)離物體時(shí)對(duì)物體進(jìn)行粗略繪制，在總量上控制多邊形的數(shù)量，不會(huì)出現(xiàn)由于顯示的物體增多而使處理多邊形的數(shù)量過(guò)度增加的情況，把多邊形個(gè)數(shù)控制在系統(tǒng)的處理能力之內(nèi)，這樣就可以保證在不降低用戶(hù)觀察效果的情況下，大大減少渲染負(fù)載。通常LOD算法包括生成、選擇以及切換三個(gè)主要部分。目前輕

3、量化的技術(shù)有多種，具有代表性的有JT和3DXML兩種。3DXML是Dassault、微軟等提出的輕量化技術(shù),T是JT開(kāi)放組織提出的輕量化技術(shù)。SIEMENS公司的可視化產(chǎn)品都采用JT技術(shù)，如我們使用的VisMockup軟件OJT技術(shù)用小平面表示幾何模型，采用層次細(xì)節(jié)技術(shù)，具有較高的壓縮比，模型顯示速度很快。jt、ajt模型及其結(jié)構(gòu)jt模型文件是三維實(shí)體模型經(jīng)過(guò)三角化處理之后得到的數(shù)據(jù)文件，它將實(shí)體表面離散化為大量的三角形面片，依靠這些三角形面片來(lái)逼近理想的三維實(shí)體模型。模型精度不同，三角形網(wǎng)格的劃分也各不相同。精度越高，三角形網(wǎng)格的劃分越細(xì)密，三角形面片形成的三維實(shí)體就越趨近于理想實(shí)體的形狀。

4、模型曲面精度由Chordal、Angular兩個(gè)參數(shù)控制。圖1(a),Chordal表示多邊形的弦高的最大值，圖1(b),Angular表示多邊形相鄰弦的夾角的最大值。圖1Chordal和Angular示意圖jt模型有三種結(jié)構(gòu)形式，都保持了原來(lái)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。分別是：1)Standard(標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)形式)。包含一個(gè)裝配文件和多個(gè)零件文件，其中零件文件都放在一個(gè)和裝配文件同名的目錄下。我們建立的虛擬樣機(jī)模型都采用這種結(jié)構(gòu)形式。2)Shattered分散結(jié)構(gòu)形式)。包含多個(gè)子裝配文件和多個(gè)零件文件，其中子裝配文件和零件文件都放在一個(gè)目錄下。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是有子裝配文件，并可以直接使用子裝配，缺點(diǎn)是文件管

5、理比較亂、不清晰。3)Monolithic(單一結(jié)構(gòu)形式)。所有的裝配體和零部件都在一個(gè)文件中。另外，在Word、PowerPoint文件中嵌入的jt模型也采用這種結(jié)構(gòu)形式。TessUG.config文件中的structureOption控制著jt的輸出結(jié)構(gòu)。ajt是jt裝配文件的文本文件，并可編輯，由裝配節(jié)點(diǎn)和零件節(jié)點(diǎn)的層次構(gòu)成，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有位置變換信息和屬性信息。手工修改ajt文件可以改變jt裝配文件各節(jié)點(diǎn)的位置、層次、屬性、位置變換矩陣、隸屬關(guān)系等。見(jiàn)附錄D。jt工具集提供了如下幾個(gè)命令：asciitojt.exe。將文本結(jié)構(gòu)的jt裝配文件轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制結(jié)構(gòu)的jt文件。jttoascii.exe。將二進(jìn)制結(jié)構(gòu)的jt裝配文件轉(zhuǎn)換為文本結(jié)構(gòu)的jt裝配文件