基于可視化套筒的數(shù)控仿真顯示方法

基于可視化套筒的數(shù)控仿真顯示方法

0總結(jié)1點或單元格例如，與氣候有關(guān)的數(shù)據(jù)集的結(jié)構(gòu)是地圖。地圖可以是柵格地圖vtkimagerata或矢狀地圖vtkpros官僚地圖，無論位置如何。數(shù)據(jù)集中的點和元素可以包含來自壓力、溫度、濕度、風向等與時間的信息。這些信息可以作為數(shù)據(jù)屬性分配給點或單元格。這些信息中即包括氣壓、溫度、風力等標量信息,也包括風向等矢量信息,這些信息和數(shù)據(jù)集結(jié)構(gòu)一起構(gòu)造出一個完整的天氣預報數(shù)據(jù)集。2關(guān)鍵技術(shù)2.1數(shù)據(jù)管道的配置2.2vtk-rolussdcse-sra都是單元格的結(jié)構(gòu)編碼,引起道德保護刀位點數(shù)據(jù)集對象“self.TravePth”是vtkPolyData類型的數(shù)據(jù)集,vtkPolyData數(shù)據(jù)集的結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中vtkPoints保存的是所有點的空間坐標,是一個vtkDataArray類型的數(shù)組;vtkCellArray保存的是所有Cell(單元格),是一個結(jié)構(gòu)數(shù)組,每個Cell的信息包括該單元格由多少個點組成(即后面n個點的Id為一個單元格),構(gòu)成單元格的點序列的Id(注意圖中p1、p2、p3是點在vtkPoints中的Id號);vtkCellTypes保存的是每個單元格的類型,vtkPolyData包括14種單元格類型,在這里所有類型均為VTKPOLYLINE(多義線);vtkCellLinks保存的則是單元格之間的連接關(guān)系。3傳統(tǒng)線框仿真關(guān)鍵技術(shù)由于刀位點軌跡數(shù)據(jù)集由程序維護并記錄,因此仿真窗口可任意關(guān)閉或切換,當前加工狀態(tài)可以得到保留而不受影響;由于作者的方法巧妙地在VTK數(shù)據(jù)管道接入了程序動態(tài)維護的數(shù)據(jù)集,并完整地采用了VTK的顯示與交互子系統(tǒng),所以在獲得良好3DOpenGL顯示的同時,也獲得了縮放、平移、相機固定視角設置等全交互操作能力;另外,該仿真組件可以以任意視角顯示所有的加工細節(jié),在2008年北京機床展期間給予了用戶優(yōu)秀的操作體驗而獲得廣泛好評。面向?qū)ο箝_源可視化工具箱VisualizationToolKit(VTK)以它特有的管道技術(shù)(Pipeline)、定義規(guī)范的數(shù)據(jù)集、豐富的二次開發(fā)接口以及強大的計算機圖形、圖像處理及可視化算法得到到廣泛應用。在數(shù)控系統(tǒng)中,將刀位點數(shù)據(jù)進行實時仿真,不僅可以直觀地顯示當前數(shù)控加工狀態(tài),也是驗證數(shù)控加工代碼可靠性和判斷切削過程是否穩(wěn)定的圖形化工具。作者提出了一種基于VTK的數(shù)控加工線框仿真實現(xiàn)方法,在VTK數(shù)據(jù)管道中接入由程序動態(tài)維護的數(shù)據(jù)集,完整采用了VTK的顯示與交互子系統(tǒng),在獲得良好3D顯示的同時,也獲得了VTK提供的全交互操作能力。VTK的數(shù)據(jù)集是表達圖形或圖像類數(shù)據(jù)的內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),VTK數(shù)據(jù)集由數(shù)據(jù)集結(jié)構(gòu)(Structure)和屬性數(shù)據(jù)(DataAttributes)兩部分組成,其中數(shù)據(jù)集結(jié)構(gòu)規(guī)定了數(shù)據(jù)集中點或單元格(Cell)的拓撲和幾何關(guān)系(一個單元格是數(shù)據(jù)集的原子單位,是數(shù)據(jù)集中點的連接關(guān)系)。對圖像數(shù)據(jù),其點和單元格是隱式表示的,而圖形數(shù)據(jù)是顯式表示的(圖1)。VTK支持的數(shù)據(jù)集結(jié)構(gòu)包括6種:StructuredPoints(圖像),RectiLinearGrid(矩形網(wǎng)格),StructuredGrid(結(jié)構(gòu)網(wǎng)格),UnstructuredPoints(散亂點),PolygonalData(圖形數(shù)據(jù))和UnstructuredGrid(無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格)。而屬性數(shù)據(jù)則規(guī)定了結(jié)構(gòu)中的某個點或單元格的屬性,常見的屬性數(shù)據(jù)類型包括標量、矢量、張量等。使用VTK實現(xiàn)的線框仿真關(guān)鍵技術(shù)是在構(gòu)造好的數(shù)據(jù)管道中由程序向管道中插入坐標數(shù)據(jù)集,因此主要涉及數(shù)據(jù)管道設置和動態(tài)插入坐標數(shù)據(jù)集兩步。VTK數(shù)據(jù)管道反映了待處理的信息的處理及顯示流程,由源(Source)、過濾器(Filter)、映射器(Mapper)、演員(Actor)、渲染器(Render)、交互器(Interactor)等對象構(gòu)成。在標準VTK應用中,源和過濾器對象構(gòu)成了數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng);映射器、演員、渲染器及交互器等構(gòu)成了VTK管道的顯示與交互子系統(tǒng):源對象用于文件讀入或程序生成數(shù)據(jù)集作為數(shù)據(jù)管道的輸入;過濾器封裝了VTK中的所有圖形、圖像處理算法對數(shù)據(jù)集進行處理;映射器、演員、渲染器及交互器等對象則以底層OpenGL或DirectX圖形系統(tǒng)為基礎,主要完成三角片離散、紋理映射、LOD處理(LevelofDetail)、拾取與交互、相機與光照設置等處理。在作者所提方法涉及的數(shù)據(jù)管道中,沒有源對象和過濾器對象,數(shù)據(jù)集由線框仿真程序根據(jù)當前及歷史刀位點數(shù)據(jù)動態(tài)生成,在上述代碼中“self.TravePth”即為刀位點數(shù)據(jù)集對象。代碼中出現(xiàn)的花朵對象是一種只有提示文本信息的演員對象,在3D環(huán)境中用戶旋轉(zhuǎn)相機視角時,該對象根據(jù)當前相機視角自動將提示文本旋轉(zhuǎn)到用戶正視方向。提出的基于VTK的數(shù)控加工線框仿真組件已經(jīng)在華中數(shù)控基于工業(yè)以太網(wǎng)的新一代數(shù)控系統(tǒng)HNC-32系統(tǒng)中得到成功應用,圖3是加工洗衣機波輪的刀位點軌跡跟蹤界面。從圖2可以看到,vtkPolyData的幾何和拓撲信息均為顯式表示,而且結(jié)構(gòu)復雜,但在線框仿真中,由于軌跡僅為一連續(xù)的空間折線,因此僅涉及圖2中的前兩部分結(jié)構(gòu):vtkPoints和vtkCellArray。構(gòu)造vtkPolyData數(shù)據(jù)集的代碼如下:在上述代碼所示的函數(shù)“Travesed”中,獲得數(shù)據(jù)集vtkPoints對象后直接調(diào)用“InsertNextPoint”函數(shù)即可將新刀位點插入圖2所示的vtkPoints中;由于數(shù)據(jù)是依次插入的,所以這個新插入的點的Id值為點集點數(shù)減1(Id從0開始編號),在函數(shù)“LinkPoints”中代碼“pnum=pts.GetNumberOfPoints()”即為獲得點集點數(shù)以計算改點Id值;在函數(shù)“Link-Points”中,每加入一個刀位點即在點集Id列表“self.PtsIdList”中插入新的Id值,并新建一個空的vtkCellArray將上述Id列表插入,也就是說線框仿真數(shù)據(jù)集拓撲結(jié)構(gòu)僅有一個單元格,這個單元格將所有點連接成一個折線。當然按照類似維護Id列