基于復(fù)雜裝配體特征抑制的輕量化方法

董 健，董玉德，劉 福，王 帥，時(shí)曉蕾，陶高周

基于復(fù)雜裝配體特征抑制的輕量化方法

董 健1，董玉德1，劉 福1，王 帥1，時(shí)曉蕾2，陶高周2

(1. 合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，安徽 合肥 230009；2.陽光電源股份有限公司，安徽 合肥 230088)

針對(duì)大型復(fù)雜三維模型加載速度慢，裝配體在裝配時(shí)由于零部件眾多導(dǎo)致裝配效率低的問題，提出一種基于裝配體特征抑制的輕量化方法。在充分分析裝配體組織結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，給出裝配約束父子關(guān)系以及特征路徑提取思路，以保留裝配接口為前提，首先采用無關(guān)零部件抑制、按體積抑制比抑制、微小特征抑制等方法，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜裝配體的輕量化表示；然后提出特征恢復(fù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)輕量化模型的特征還原；最后以Creo 2.0為二次開發(fā)平臺(tái)，結(jié)合MFC對(duì)話框技術(shù)開發(fā)出一套裝配體輕量化系統(tǒng)，并應(yīng)用于企業(yè)產(chǎn)品模型測試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用該系統(tǒng)得到的輕量化模型簡化效果明顯，模型數(shù)據(jù)量大大減小，不僅加快了模型加載速度，而且提高了裝配效率。

裝配接口；輕量化方法；特征抑制；特征還原；對(duì)話框

CAD/CAM技術(shù)的飛速發(fā)展，大大提高了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期和設(shè)計(jì)效率。隨著產(chǎn)品復(fù)雜度的提高出現(xiàn)裝配件占內(nèi)存越來越大、裝配定位效率低下、硬件設(shè)備跟不上等一系列問題[1-2]。輕量化三維模型成為一種趨勢[3]。眾多學(xué)者在三維模型簡化及輕量化問題上已經(jīng)做過許多研究工作，韓國的SONG和LEE[4]提出的將復(fù)雜模型分成一系列細(xì)節(jié)層次的片段對(duì)模型進(jìn)行邊界表示以期達(dá)到模型簡化目的；LI等[5]提出了一種利用兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來控制3D VRML模型中邊緣的折疊過程以減少信息量的關(guān)鍵因素的算法來達(dá)到模型簡化目的；GAO等[6]提出一個(gè)基于特征抑制的CAD網(wǎng)格模型簡化框架，利用泊松方程和用于混合特征的方法簡化CAD網(wǎng)格模型；耿維忠等[7]充分利用CAD模型的特征參數(shù)和草圖中所蘊(yùn)含的細(xì)節(jié)特征信息采用比較特征投影尺寸，識(shí)別草圖中短圖元等手段快速識(shí)別并抑制細(xì)節(jié)特征；王啟富等[8]提出一種復(fù)雜產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)輕量化算法，算法基于非幾何信息過濾，曲線、曲面簡化，通過數(shù)據(jù)壓縮對(duì)初始模型進(jìn)行簡化；葛超群[9]利用Pro/E提供的二次開發(fā)接口采用零部件特征刪除以及零部件融合技術(shù)來減少裝配體的數(shù)據(jù)量，但得到的模型僅有特征標(biāo)識(shí)，無法進(jìn)行特征操作；閆濤等[10]提出一種基于三角形刪除的簡化算法，通過刪除相應(yīng)的三角網(wǎng)格模型區(qū)域，達(dá)到模型簡化目的；楊榮等[11]采用參數(shù)手段描述并替代CAD模型表面的簡單曲面來實(shí)現(xiàn)模型的壓縮；上述學(xué)者提出的三維模型簡化方法取得了很好的簡化效果，但有的輕量化模型如網(wǎng)格模型只有三角面片信息，缺乏幾何特征信息[12]，大量的原始數(shù)據(jù)丟失，裝配拓?fù)潢P(guān)系失效，無法進(jìn)行約束定義；有的輕量化方法只針對(duì)簡單曲面進(jìn)行簡化，對(duì)于模型其他設(shè)計(jì)特征未作處理，簡化程度不高。同時(shí)，目前已研究的模型輕量化方法大都是單向簡化，即輕量化的不可逆性，輕量化后的模型無法進(jìn)行模型還原。

基于上述情況，本文提出一種裝配體輕量化以及輕量化模型的特征恢復(fù)方法，并以Creo 2.0為二次開發(fā)平臺(tái)，開發(fā)出一套復(fù)雜裝配體輕量化系統(tǒng)。主要解決以下問題：

(1) 在不改變模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和保留裝配接口的前提下，利用MFC樹控件篩選裝配接口，通過裝配體模型Id表獲得元件路徑，結(jié)合特征遍歷技術(shù)抑制干擾裝配的元件。

(2) 提取裝配體元件體積信息，并按體積抑制比快速實(shí)現(xiàn)模型簡化，縮短輕量化用時(shí)；通過特征標(biāo)識(shí)號(hào)獲取所有特征類型，匹配特征類型抑制所有倒圓/角、孔等微小特征，進(jìn)一步減少模型數(shù)據(jù)量。

(3) 匹配狀態(tài)標(biāo)識(shí)識(shí)別所有被抑制的特征，重新將這些特征調(diào)入內(nèi)存，實(shí)現(xiàn)輕量化模型后續(xù)操作完成后的特征還原。

1 裝配體特征關(guān)系

參數(shù)化建模軟件建立的裝配體模型均由特征構(gòu)成。對(duì)裝配體而言，元件是其特征，并由一些零件或子裝配體組成；對(duì)零件而言，拉伸、孔等特征是其基本特征。基于特征抑制的輕量化方法的關(guān)鍵研究對(duì)象是復(fù)雜模型的特征。模型特征路徑的獲取以及對(duì)特征之間依賴關(guān)系的探究是輕量化技術(shù)實(shí)現(xiàn)的前提。

1.1 裝配體特征路徑獲取

以Pro/E軟件為例，裝配體的組成結(jié)構(gòu)以樹形圖呈現(xiàn)[13]，圖1為裝配體的樹形結(jié)構(gòu)圖。其中圓代表裝配體，方框代表零件，由圖可知一個(gè)頂層裝配體由許多零件和子裝配件組成，子裝配件同樣由零件和次子裝配體組成，且同一個(gè)零件可能出現(xiàn)多次，因此Pro/E在內(nèi)部給每個(gè)零部件標(biāo)記一個(gè)唯一Id號(hào)。裝配體中某元件(零件或子裝配件)在裝配件的位置可以用Id表表示，如圖1元件E的Id表為：

table_num=3

comp_id_table[0]=3

comp_id_table[1]=8

comp_id_table[2]=6

其中，comp_id_table為元件的Id表；table_num為元件中元素個(gè)數(shù)。要獲得元件的路徑，需要用到MFC對(duì)話框樹控件，并在樹控件的樹節(jié)點(diǎn)存放一個(gè)參數(shù)記錄元件的Id號(hào)，通過獲得父節(jié)點(diǎn)的隱藏參數(shù)，依次訪問到元件所在節(jié)點(diǎn)，整個(gè)訪問過程結(jié)束得到元件完整的Id表，元件的路徑即被確定。

圖1 裝配體樹形結(jié)構(gòu)圖

1.2 元件父子特征約束關(guān)系

元件父子特征定義：裝配體中作為約束參考對(duì)象并優(yōu)先加入裝配體的元件稱為父特征，依賴于父特征定義約束后裝配進(jìn)來的元件稱為子特征。

裝配接口定義：用于元件之間定義約束關(guān)系的面、邊等基準(zhǔn)。

如圖2所示，裝配體D由零件E和零件F組成，首先在軟件裝配界面添加零件E，零件F以零件E為參考定義裝配約束后添加進(jìn)來，因此零件F對(duì)零件E來說屬于子特征，零件E對(duì)于零件F屬于父特征。零件E和零件F之間存在多個(gè)約束關(guān)系，在參數(shù)化軟件中，父特征的級(jí)別高于子特征，當(dāng)子特征被抑制時(shí)，父特征仍然保留，而父特征被抑制后子特征將一并被抑制。復(fù)雜裝配體裝配存在2種情況：一是已經(jīng)裝配好的模型作為子裝配體裝配到其他組件下且不與除頂層裝配體外的其他元件存在約束關(guān)系；二是作為裝配主體需要添加其他元件。對(duì)于第二種情況需要考慮裝配接口所屬元件是否存在父子特征關(guān)系，若存在，首先應(yīng)打斷子特征與父特征的約束參考關(guān)系。通常的三維建模軟件在進(jìn)行裝配時(shí)會(huì)提供重合、平行、共面以及固定等約束類型，除固定約束外，其他約束需要定義元件之間約束關(guān)系，因此可利用固定約束打斷父子關(guān)系，其雖與其他元件沒有約束關(guān)系，但實(shí)際上，軟件內(nèi)部會(huì)為其自動(dòng)分配一個(gè)參考。以Pro/E為例，該參考為“默認(rèn)”，在坐標(biāo)系統(tǒng)中，該參考實(shí)質(zhì)上是屏幕坐標(biāo)系，屏幕坐標(biāo)系是一個(gè)二維坐標(biāo)系統(tǒng)，用來描述當(dāng)前窗口位置，利用屏幕坐標(biāo)系作為約束參考來替換原有的約束，實(shí)現(xiàn)元件父子關(guān)系的打斷。關(guān)系被打斷后，元件所有約束變?yōu)閱我还潭s束，原先父特征任何信息的改變不會(huì)對(duì)該元件產(chǎn)生影響。

圖2 父子特征約束

屏幕坐標(biāo)系作為約束參考打斷元件父子關(guān)系過程如下：

步驟1. 通過元件裝配關(guān)系確定裝配接口面所屬元件是否含有父特征，若有，執(zhí)行下一步；否則，轉(zhuǎn)步驟5。

步驟2. 獲取元件路徑，并遍歷得到元件與父特征的所有約束，執(zhí)行下一步。

步驟3.剔除步驟得到的所有約束，獲得屏幕坐標(biāo)系，并將屏幕坐標(biāo)系作為約束參考，設(shè)置約束類型為固定，執(zhí)行下一步。

步驟4. 刷新屏幕，模型重生。

步驟5. 退出。

2 復(fù)雜裝配體輕量化技術(shù)實(shí)現(xiàn)

本文在深入研究模型特征特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合CAD建模軟件二次開發(fā)接口提供的API抑制和還原函數(shù)提出了無關(guān)零部件抑制、按體積抑制比抑制、微小特征抑制以及特征恢復(fù)技術(shù)對(duì)復(fù)雜裝配體進(jìn)行輕量化處理，如圖3所示，本文方法主要分為特征抑制和特征還原2大模塊。

圖3 輕量化模塊

對(duì)裝配體特征從不同層面進(jìn)行抑制達(dá)到模型輕量化的思維框圖如圖4所示。

圖4 輕量化思維框圖

(1) 首先加載待輕量化的裝配體，標(biāo)記裝配接口并用前文所述方法打斷約束關(guān)系；

(2) 從無關(guān)零部件抑制和按體積抑制比抑制層面對(duì)模型進(jìn)行簡化初步得到輕量化模型；

(3) 遍歷裝配體所有零件特征，孔、倒圓等特征作抑制處理，進(jìn)一步得到輕量化模型。

不同裝配件裝配接口的選取沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，視具體裝配而定，對(duì)于設(shè)計(jì)人員而言，需清楚組件中的裝配接口，因此，先確定要保留的零部件，對(duì)不參與裝配的零部件進(jìn)行抑制。

2.1 裝配接口的篩選

對(duì)裝配體輕量化之前，必須篩選出裝配接口所屬元件，為了讓系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別設(shè)計(jì)人員期望保留的元件，利用MFC的帶復(fù)選功能的樹狀結(jié)構(gòu)，記錄元件保留狀態(tài)，如圖5所示。MFC樹控件由眾多節(jié)點(diǎn)組成，每個(gè)節(jié)點(diǎn)前附加復(fù)選框，復(fù)選框通常存在2種狀態(tài)：選中和未選中。

圖5 帶復(fù)選框的樹控件

因此，遍歷樹節(jié)點(diǎn)獲得復(fù)選框狀態(tài)，即可記錄元件的保留狀態(tài)。本文設(shè)定復(fù)選框未選中表示該元件含裝配接口，即元件待保留。

2.2 無關(guān)零部件抑制

無關(guān)零部件指復(fù)雜裝配體模型進(jìn)行裝配時(shí)，大量不包含裝配接口的元件，其不僅干擾裝配而且占用內(nèi)存，許多三維軟件如Solidwoks，Pro/E等提供了類似“隱藏”功能，通常的做法是用戶手動(dòng)將這些零部件一一隱藏，然后完成裝配，這種操作單一重復(fù)，非常繁瑣，而且容易出錯(cuò)。無關(guān)零部件抑制的核心思想即利用三維軟件提供的二次開發(fā)接口遍歷裝配體所有元件，事先確定裝配接口所屬元件，并利用循環(huán)語句判斷元件的保留狀態(tài)，調(diào)用軟件接口提供的抑制函數(shù)自動(dòng)大批量完成所有無關(guān)元件的抑制。在剔除元件過程先判斷裝配接口面與被抑制的元件是否存在父子特征關(guān)系，若存在，則在輕量化裝配體之前，先利用如前所述的方法將所有父子關(guān)系打斷。

無關(guān)零部件抑制過程如下：

步驟1. 勾選樹控件復(fù)選框記錄待保留元件。

步驟2.打斷各個(gè)待保留元件的父子特征約束關(guān)系，執(zhí)行下一步。

步驟3.遍歷裝配體，得到裝配體元件總數(shù)。

步驟4.循環(huán)判斷第(從1開始)個(gè)元件的復(fù)選框check狀態(tài)，若選中，執(zhí)行下一步；否則加1，并判斷≤是否成立，若成立轉(zhuǎn)步驟4，否則轉(zhuǎn)步驟7。

步驟5. 獲得第個(gè)元件的存儲(chǔ)路徑，并利用抑制函數(shù)抑制該元件，執(zhí)行下一步。

步驟6.值加1，并判斷是否滿足≤，若滿足，轉(zhuǎn)步驟4，否則，轉(zhuǎn)步驟7。

步驟7.遍歷結(jié)束，獲得輕量化模型。

2.3 按體積抑制比抑制

將不參與上述裝配的所有零部件消去，取得較好的模型簡化效果，但當(dāng)不參與裝配的零部件過多，系統(tǒng)處理過程很長，并且裝配接口所屬元件占整個(gè)裝配體體積較大時(shí)，可以除去占體積較小的元件不僅不影響裝配而且處理速度加快很多。采用按體積抑制比抑制零部件[14]的方法可以達(dá)到此效果，即通過計(jì)算裝配體各個(gè)零部件的體積，并設(shè)置一個(gè)體積閾值，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)置的抑制比經(jīng)過邏輯處理將體積小于體積閾值的所有零部件消去，得到一個(gè)簡化模型。該模型雖不是最精簡模型，但眾多不影響裝配體外形且不含裝配接口的微小零部件及特征得到抑制，可以達(dá)到精簡裝配要求。系統(tǒng)先算出零件加權(quán)體積

的前提下，進(jìn)行如下處理

其中，保留為含裝配接口的元件。

圖6 體積抑制比設(shè)置

2.4 微小特征處理

產(chǎn)品設(shè)計(jì)是以三維模型的形式進(jìn)行建模裝配，模型是由設(shè)計(jì)特征組成的，部分常見設(shè)計(jì)特征見表1。

表1 常用設(shè)計(jì)特征

復(fù)雜裝配體存在大量不影響裝配體外形以及裝配接口的特征，如倒角、孔等，將這些特征稱為微小特征。由于這些特征數(shù)量眾多特導(dǎo)致數(shù)據(jù)量很大，在三維軟件初次打開一個(gè)復(fù)雜模型時(shí)，裝配體每一個(gè)特征都需要加載至內(nèi)存，加載時(shí)長可達(dá)數(shù)分鐘之久，這無疑加重計(jì)算機(jī)負(fù)擔(dān)和增加設(shè)計(jì)人員等待時(shí)間。為了進(jìn)一步減少模型的數(shù)據(jù)量，加快模型打開速度，利用特征識(shí)別技術(shù)來剔除這些微小特征。由于孔、倒角等實(shí)體特征出現(xiàn)頻率高，且多為輔助特征，不影響模型整體結(jié)構(gòu)，主要識(shí)別這些特征并抑制。

模型特征識(shí)別和提取技術(shù)早有研究[15-17]。諸如Pro/E，UG等建模軟件設(shè)計(jì)的特征都會(huì)提供對(duì)應(yīng)的特征標(biāo)識(shí)，以Pro/E為例，截取其API文檔提供的模型特征類型部分頭文件，如圖7所示，孔、倒圓、倒角特征標(biāo)識(shí)號(hào)分別為911，913，914。通過遍歷模型獲得所有特征的標(biāo)識(shí)號(hào)可以準(zhǔn)確判斷每個(gè)特征的類型，篩選并抑制指定特征。

圖7 模型部分特征標(biāo)識(shí)號(hào)

以孔特征抑制為例，抑制的基本過程如下：

步驟1.遍歷裝配體，得到裝配體元件總數(shù)。

步驟2.遍歷第(從1開始)個(gè)元件，獲得其特征總數(shù)目，執(zhí)行下一步。

步驟3. 獲得特征類型記作type，判斷第(從1開始)個(gè)type=911是否成立，若成立，執(zhí)行下一步；否則，值加1，并判斷≤是否成立，若成立轉(zhuǎn)步驟3；否則判斷≤是否成立，若成立，值加1，轉(zhuǎn)步驟2；否則轉(zhuǎn)步驟5。

步驟4. 抑制第個(gè)孔特征，并判斷≤是否成立，若成立，值加1，并轉(zhuǎn)步驟3；否則，值加1，并判斷≤是否成立，若成立，轉(zhuǎn)步驟2；否則轉(zhuǎn)步驟5。

步驟5. 遍歷結(jié)束，得到抑制孔后的模型。

圖8(a)元件表面存在大量孔特征，經(jīng)過孔特征抑制處理得到簡化后的圖8(b)模型，所有孔被剔除。倒角、倒圓特征的抑制方法類似。

(a) 簡化前(b) 簡化后

2.5 特征恢復(fù)技術(shù)

輕量化后的裝配件進(jìn)行后續(xù)的裝配及其他操作后，為了保證總裝的完整性，需要將被抑制的特征全部還原。

2.5.1 特征恢復(fù)的理論依據(jù)

經(jīng)過輕量化處理后，模型大量特征被抑制，裝配體數(shù)據(jù)量大大減小。與三維軟件常見的“隱藏”等功能不同的是這些被抑制特征已經(jīng)在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中解除占用，軟件內(nèi)存得以釋放，模型打開速度以及裝配效率得以提升，但實(shí)際上，這些特征并沒有被徹底刪除，仍存在于計(jì)算機(jī)硬盤中，特征抑制與常見的“隱藏”、“刪除”等使特征隱去的功能對(duì)比見表2。

表2 不同隱去特征功能對(duì)比

由表2可知，被抑制的特征較其他兩者相比，不僅不占用內(nèi)存而且特征可以恢復(fù)，揭示了輕量化模型減少計(jì)算機(jī)計(jì)算量提高模型加載效率及裝配效率的機(jī)制。據(jù)此理論，通過檢索所有被抑制特征的存放路徑，將其再次引用，并調(diào)入內(nèi)存即可實(shí)現(xiàn)特征恢復(fù)。

2.5.2 特征還原技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法

模型每個(gè)特征對(duì)應(yīng)一個(gè)狀態(tài)，以Pro/E為例，模型存在的特征狀態(tài)及狀態(tài)標(biāo)識(shí)見表3。

表3 特征狀態(tài)標(biāo)識(shí)號(hào)

上述狀態(tài)標(biāo)識(shí)在軟件內(nèi)部對(duì)應(yīng)不同特征的存在狀態(tài)，其中標(biāo)識(shí)號(hào)5代表特征被抑制，要實(shí)現(xiàn)特征恢復(fù)，首先循環(huán)獲得每個(gè)特征狀態(tài)；然后將獲得的狀態(tài)與特征標(biāo)識(shí)號(hào)5對(duì)比，二者若匹配，則將該特征放入一個(gè)特征數(shù)組里，直到所有狀態(tài)獲取完畢；最后獲得每個(gè)被抑制特征的Id表得到其存放路徑，利用API函數(shù)自動(dòng)將這些特征調(diào)入內(nèi)存并重新加載到軟件界面，實(shí)現(xiàn)模型特征的還原。

3 輕量化系統(tǒng)及案例分析

3.1 系統(tǒng)個(gè)性化定制

為了驗(yàn)證上述復(fù)雜模型輕量化理論，設(shè)計(jì)一套輕量化系統(tǒng)，本系統(tǒng)以參數(shù)化軟件Creo 2.0為開發(fā)環(huán)境，借助VS2010和Pro/Toolkit二次開發(fā)接口完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)主界面如圖9所示，主要分為裝配體的輕量化設(shè)計(jì)模塊和特征恢復(fù)模塊。

圖9 輕量化系統(tǒng)主界面

3.2 實(shí)例分析

針對(duì)具體裝配體模型，來驗(yàn)證系統(tǒng)輕量化效果以及對(duì)結(jié)果進(jìn)行相關(guān)分析。

3.2.1 輕量化效果

圖10為某企業(yè)的斷路器模型，該模型由許多零部件組成，每個(gè)零部件又包含大量細(xì)節(jié)特征，該裝配體主要由箱蓋、箱體作為裝配接口，其他元件逐一添加進(jìn)來。現(xiàn)以箱蓋、箱體作為待保留元件，驗(yàn)證輕量化系統(tǒng)的輕量化效果。

圖10 斷路器模型

(1) 驗(yàn)證無關(guān)零部件抑制效果。首先遍歷整個(gè)裝配體特征并將遍歷結(jié)果加載到樹形控件(圖9)，復(fù)選框勾選狀態(tài)表示元件是否保留(未勾選代表保留元件)，選擇好以后，先進(jìn)行微小特征的抑制(圖6)，分別選中倒角/圓以及孔；再單擊“抑制”按鈕，得到模型(圖11(a))，此時(shí)大量孔以及倒角、倒圓等特征已被抑制；最后點(diǎn)擊“批量選擇”按鈕，系統(tǒng)開始運(yùn)行，運(yùn)行結(jié)束得到輕量化模型。如圖11(b)所示，除了箱體和箱蓋被保留外，其他所有元件均被抑制。

(a) 去除微小特征(b) 輕量化模型

(2) 驗(yàn)證按體積抑制比抑制效果。同樣進(jìn)行相同的前期操作，不同的是，得到如圖11(a)的模型后，在圖6所示界面，首先計(jì)算所有零部件體積及占比，再設(shè)置不同的抑制比，分別觀察模型簡化情況。表4列舉了不同抑制比下的模型簡化效果。

表4 不同抑制比輕量化效果

由表4可知，隨著抑制比增大，元件數(shù)量逐漸變少，模型輕量化效果越明顯。

無關(guān)零部件抑制特征精度高，抑制徹底，相應(yīng)的處理時(shí)間偏長，當(dāng)裝配接口位于大元件上時(shí)，采取按體積抑制比，與抑制比無關(guān)零部件抑制效率更高。

(3) 驗(yàn)證特征恢復(fù)效果。在圖11(b)模型左側(cè)加裝一系列螺栓得到圖12(a)模型，裝配完成后，選中圖9“恢復(fù)所有特征”單選按鈕，再點(diǎn)擊“抑制特征恢復(fù)”按鈕，系統(tǒng)開始運(yùn)行，運(yùn)行結(jié)束得到圖12(b)模型，并彈出恢復(fù)完成提示，此時(shí)模型被抑制的特征全部恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)了特征操作的可逆性。

(a) 特征恢復(fù)前(b) 特征恢復(fù)后

3.2.2 輕量化結(jié)果分析

上述模型輕量化結(jié)果表明，在保留裝配接口的前提下，模型得到很好的簡化效果，為驗(yàn)證被抑制特征從內(nèi)存解除占用，對(duì)輕量化模型進(jìn)行加載效率測試，規(guī)定加載時(shí)間為模型調(diào)入內(nèi)存到所有特征生成完畢為止所用時(shí)長，以多個(gè)不同模型為例，測試結(jié)果見表5。

表5 模型加載效率測試

表5中抑制率指被抑制元件數(shù)量占元件總數(shù)的百分比(裝配體先進(jìn)行微小特征抑制)，對(duì)不同模型，輕量化模型的加載時(shí)間隨著特征抑制率的升高逐漸減少，加載效率最高提升70%左右，極大提升了模型加載效率，同時(shí)輕量化模型的裝配效率也會(huì)提高，表明被抑制的特征在模型重生過程中不會(huì)被調(diào)用，對(duì)于更龐大、更復(fù)雜的裝配體而言，輕量化極有必要。

3.2.3 輕量化方法比較

為了更直觀地展示本文輕量化方法的優(yōu)缺點(diǎn)，從特征抑制率、模型簡化前后大小、算法耗時(shí)3個(gè)方面與文獻(xiàn)[7]算法進(jìn)行對(duì)比說明。文獻(xiàn)[7]通過識(shí)別草圖短圖元來識(shí)別并抑制特征，將開發(fā)的簡化系統(tǒng)應(yīng)用于CATIA R19中，如圖13所示。

(a) 輕量化前(b) 輕量化后

圖14為本文算法得到的模型輕量化前后對(duì)比圖。

(a) 輕量化前(b) 輕量化后

2種算法輕量化數(shù)據(jù)對(duì)比見表6。

表6 輕量化方法數(shù)據(jù)對(duì)比

從表中數(shù)據(jù)可知，同樣是對(duì)一些微小特征作抑制處理，對(duì)于模型大小差不多的模型，在抑制率近似相同的情況下，本文模型簡化程度(55.4%)較耿維忠算法(53.7%)更高，算法所用時(shí)間也較少。同時(shí)，文獻(xiàn)[7]算法主要適用于規(guī)則機(jī)械零件模型的簡化，不能識(shí)別并抑制自由曲面模型中的特征，抑制結(jié)果只體現(xiàn)在零件級(jí)別的細(xì)節(jié)特征消除。而本文算法不僅適用于零件，也適用于裝配體，對(duì)零件是否規(guī)則也沒有限制，抑制的結(jié)果表現(xiàn)在零件以及特征的消除。在處理復(fù)雜裝配體時(shí)，本文方法更具有優(yōu)越性。

4 結(jié)束語

為減小復(fù)雜裝配體模型的數(shù)據(jù)量，提高模型加載和裝配效率，文中提出的基于復(fù)雜裝配體特征抑制的輕量化方法，從模型特征入手，提出一種打斷元件父子特征關(guān)系的方法實(shí)現(xiàn)裝配接口的保留，抑制干擾裝配的無關(guān)零部件，并通過特征標(biāo)識(shí)號(hào)識(shí)別微小特征，匹配特征類型并抑制，還給出了按體積抑制比抑制元件的快速簡化方法。同時(shí)解決了已有輕量化方法生成的輕量化模型無法還原特征的問題，即利用特征狀態(tài)標(biāo)識(shí)匹配法識(shí)別被抑制的特征，將特征重新調(diào)入內(nèi)存實(shí)現(xiàn)特征的完全恢復(fù)。最后，通過實(shí)例分析，本文方法生成的輕量化模型大大提高模型加載速度，提高裝配效率，針對(duì)各種CAD建模軟件具有良好的普適性和有效性。但是，該方法仍存在以下問題：

(1) 裝配接口的篩選需要人工通過復(fù)選框點(diǎn)選，不夠智能；

(2) 元件父子特征關(guān)系被打斷，破壞局部拓?fù)潢P(guān)系，需提出一種拓?fù)潢P(guān)系還原方法。這些問題將成為后續(xù)研究的關(guān)注點(diǎn)。

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Lightweight Method Based on Complex Assembly Feature Suppression

DONG Jian1, DONG Yu-de1, LIU Fu1, WANG Shuai1, SHI Xiao-lei2, TAO Gao-zhou2

(1. School of Mechanical Engineering, Hefei University of Technology, Hefei Anhui 230009, China;2. Sungrow Power Supply Co., Ltd., Hefei Anhui 230088, China)

Aiming at the problems of the slow loading speed of large complex 3D models and the low assembly efficiency due to the large number of components during assembly, an lightweight method based on feature suppression of assembly is proposed. Based on a thorough analysis of the assembly structure and the retention of the assembly interface, a method of breaking the parent-child relationship of assembly constraints and the idea of feature path extraction were proposed. Firstly, a lightweight representation of a complex assembly is realized by means of irrelevant component suppression, suppression according to volume suppression ratio, slight feature suppression. Then, a feature restoration technology is put forward to achieve feature restoration of the lightweight model. Finally, Creo 2.0 is taken as a secondary development platform which combined with MFC dialog technology to develop an assembly lightweight system for enterprise product model testing. Experimental results show that the lightweight model obtained by the system has obvious simplification effect, and the amount of model data is greatly reduced. It not only accelerates the loading of the model, but also improves assembly efficiency.

assembly interface; lightweight method; feature suppression; feature restoration; dialog

TP 391

10.11996/JG.j.2095-302X.2019050968

A

2095-302X(2019)05-0968-08

2019-04-23；

2019-05-17

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51775159)

董 健(1993-)，男，安徽合肥人，碩士研究生。主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)輔助機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)。E-mail：1803060728@qq.com

董玉德(1966-)，男，安徽舒城人，教授，博士，碩士生導(dǎo)師。主要研究方向?yàn)镃AD/CAE/PDM、CG、制造業(yè)信息化等。E-mail：dydjiaoshou@126.com