[发明专利]一种可重构的机械结构基本体形态构建方法

说明书

本发明涉及基本几何体建模技术领域，尤其是一种可重构的机械结构基本体形态构建方法，它包括以下步骤：(1)根据基本体的特征，建立相应的扫掠基面、扫掠导线和轮廓约束线；(2)建立扫掠约束角度;(3)建立扫掠基面相对于坐标原点的等比例缩放变换矩阵;(4)建立扫掠基面相对于初始时刻扫掠基面位置的旋转变换矩阵；(5)构建扫掠基面在运动过程中的齐次坐标转换矩阵；(6)根据转换模型中的扫掠基面和扫掠导线的尺寸关系，构建基本体的结构形态；本发明实现了对基本体的结构形态的构建，从而便于使用人员高效率地构建所需要的结构模型，并且根据同一结构形态快速构建不同的结构模型，进而有利于实现对机械结构模型的检索和重用。

技术领域

本发明涉及基本几何体建模技术领域，尤其是一种可重构的机械结构基本体形态构建方法。

背景技术

目前，基本几何体(简称基本体)建模方法主要有边界表示法、实体几何构造法、线框表示法、扫描表示法等。为了提高结构模型的重用率，在结构模型检索领域也大量研究了结构模型的简化，但许多方法是采用图像点集的处理，没有直接利用上述建模方法所已知的机械结构模型解析几何知识；另一方面，上述建模方法没有提供可以进行直接结构简化的统一表达要素。

由上可知，当前的建模方法不利于模型的简化，导致模型检索过程信息处理复杂。因而提供一种可重构的基本体建模方法，对于大幅度地提高建模效率显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的就是要解决现有的基本体建模方法不利于模型的简化，导致模型检索过程信息处理复杂的问题，为此提供一种建模效率高的可重构的机械结构基本体形态构建方法。

本发明的具体方案是：一种可重构的机械结构基本体形态构建方法，其特征是：包括以下步骤：

第一步：根据基本体的特征，建立相应的扫掠基面、扫掠导线和轮廓约束线：扫掠基面为基本体在某一方向上最大截面；扫掠导线为扫掠基面形心的运动轨迹，该运动轨迹为基本体内部的点集；轮廓约束线为扫掠基面边界的某一点在扫掠基面运动过程中所形成的轮廓轨迹；所述扫掠导线和轮廓约束线均为光滑的曲线；在任意时刻，通过扫掠导线的切线上某点作扫掠基面的垂线，其垂足不能落在扫掠基面的形心到此时轮廓轨迹点的连线上，不包括切线与扫掠基面垂直的情况；

第二步：建立扫掠约束角度：在扫掠基面沿着扫掠导线运动过程中，确保扫掠导线的切线与扫掠基面的夹角保持不变，并且扫掠导线的切线与扫掠基面的形心到此时轮廓轨迹点连线的夹角保持不变；

第三步：根据初始时刻与当前时刻的扫掠基面上形心到轮廓轨迹点的距离比值，建立扫掠基面相对于坐标原点的等比例缩放变换矩阵；

第四步：根据第二步建立的扫掠约束角度条件，确定当前时刻扫掠基面相对于初始时刻扫掠基面位置的旋转变换矩阵；

第五步：根据三维坐标变换方法构建扫掠基面在运动过程中的齐次坐标转换矩阵，并以此构建基本体的转换模型；

第六步：根据转换模型中的扫掠基面和扫掠导线，比较扫掠基面和扫掠导线的尺寸关系，构建基本体的结构形态。

在本发明中，令扫掠基面的形心轨迹点为C_i，轮廓轨迹点为A_i，则在初始时刻，扫掠基面的形心表示为C₀，相应的轮廓点表示为A₀；在t时刻，扫掠基面的形心表示为C_t，相应的轮廓点表示为A_t；初始时刻与t时刻的扫掠基面上形心到轮廓轨迹点的距离比所述基本体的统一转换模型为T＝T₁T₂T₃T₄；T₁表示扫掠基面在初始时刻，其形心在C₀处平移到坐标原点的变换矩阵，令C₀的点坐标为(x₀，y₀，z₀)，则