利用二维工程图重建三维实体模型

生产技术与经验交流
铸造技术 07/2011
皮带张紧装置设计在机尾,采用螺旋张紧装置即可满足输送带要求。

此外,在机架上每个适当位置设置一对调偏立辊,机架下部设置下平行托辊,以防皮带过度下垂,机头处还设计有进料砂斗,机尾处有出料砂斗,出料斗直接连接斗式提升机,由提升机把造型工序所需要的砂子提升到储存砂斗上。

改造后整个砂处理工艺流程如图1所示。

图1 旧砂处理工艺流程
5 结语
(1)此改造设计方案简便可行,资金投入少,冷却效率高,为旧砂再生、企业可持续发展创造了有利
条件。

(2)旧砂处理工序大大简化,可缩减操作人员,为企业实现减员提效、人员优化创造有利条件。

参考文献
[1] 秦文强.消失模铸造新工艺新技术与生产应用实例[M ].
北京:北方工业出版社,2007.
[2] 张尊敬,汪鲠.DT (A )型带式输送机设计手册[M ].北
京:冶金工业出版社,2003.
[3] 成大先.机械设计手册[M ].北京:化学工业出版社,
1999.
收稿日期:2011 01 25; 修订日期:2011 02 20
作者简介:梁玉星(1971 ),广西武鸣县人,工程师.主要从事机械设计
工作.
Email:lian gyu xing001@
利用二维工程图重建三维实体模型
杨晓龙1,晁晓菲2
(1.西安航空技术高等专科学校机械工程系,陕西西安710077;2.西北农林科技大学信息工程学院,陕西杨凌
712100)
3D Solid Models Reconstruction with 2D Engineering Drawings
Y ANG Xiao long 1
,CHAO Xiao fei
2
(1.Faculty of Mechanical Engineering,Xi an Aerotechnical College ,Xi an 710077,China;2.C ollege of Infor mation Engineering,Northwest A&F University,Yangling 712100,C hina)
中图分类号:T P391.7 文献标识码:A 文章编号:1000 8365(2011)07 1034 03
为了适应大规模的机械化生成,以平面图来表达
三维实体为设计思想,二维工程图在指导生产、装配和技术交流等方面起到了举足轻重的作用。

目前,随着计算机技术的飞速发展,现代设计越来越注重三维实体造型的应用,因为通过三维造型可以分析产品的动态特性、直观地表达设计效果和构造动画模型等[1]。

由此可知,三维实体模型要比二维工程图容易理
解,且效果直观。

本文将介绍如何充分利用已有的二维图形信息来辅助建立三维模型,这既能提高三维建模的速度,又不会因采用三维造型技术而抛弃原有二维绘图的宝贵技术资源[2]。

1 三维模型重建的基本原理
图1 三视图的整体与局部都符合三等规律
根据画法几何学的基本理论,空间点在两个不同方向上的正投影可以完全确定点在空间中的位置,即点和线在不同视图中的坐标值应具有对应相等的关
系。

对于三视图(亦称正投影工程图),若用F(front)、T(to p)、S(side)分别表示主视图、俯视图和左视图上点的集合,那么主视图中的点f(f F)具有x 、z 坐标,
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用x(f)、z(f)表示;同理俯视图和左视图上的点分别用x(t)、y(t)和y(s)、z(s)表示。

那么空间中的某一点在不同视图中的坐标值应满足以下的投影特性:
x(f)=x(t);y(t)=y(s);z(f)=z(s)
(1)
若主视图、俯视图和左视图中的二维点(x (f),z (f))、(x (t),y(t))、(y(s),z(s))满足表达式(1),则它们对应三维空间中的唯一点(x (f)、y (t)、z(s))。

因此点在空间中的坐标对应关系就成为三维模型重建的基本出发点
[3]。

所以,若是知道了一个物体的三视图,则
该物体的结构和形状是可以确定的。

如图1所示,根据三等规律[4]
,将几个视图联系在一起确定物体结构和形状,是正投影的一个可逆过程,正是这个可逆过程,将物体的结构和形状重新建立出来。

2 AutoCAD 下的建模思路
在Auto CAD 中创建三维模型的基本思路,第一步是直接生成基本形体(使用相关命令直接建立长方体、球体、圆柱体等)或生成标准特征体(对平面图形通过拉伸、旋转、放样和扫掠等产生的几何形体);第二步是对第一步所形成的形体进行相关的编辑,使之成为设计所需的结构形状。

最常使用的编辑方式就是布尔
操作。

布尔是英国的数学家,在1847年发明了处理二值之间关系的逻辑数学计算法,包括布尔 并 、 交 和 差 等三种运算。

对于图形处理操作,引用这种逻辑运算方法可以使简单的基本形体组合产生新的形体。

其中 并 与 差 两种运算容易理解,最不易理解但功能又十分强大的运算就是 交 运算[5]。

交 运算是指得到2个或2个以上实体的公共部分,而每个实体非公共的部分都被删除,该运算过程表示为:
A B
(2)
或
A B C
(3)
本文所处理的二维工程图是主视图、俯视图和左视图,它们是按照正投影得到的视图,因此按照三维重建的基本原理和布尔 交 运算的定义,就可以利用二维工程图快速地重建三维模型。

3 实例应用与分析
实例1如图2a 所示,现已知某零件的二维工程图,要求生成相应的三维实体模型。

按照上面所述的原理和思路,其建模步骤如下:
图2 某零件工程图重建实体模型的过程
步骤一:构形处理。

所谓构形,就是将各个视图所反映的零件的最大轮廓形状特征提取出来,可供拉伸、旋转或放样、扫掠的平面轮廓图。

必须指出,这里的构形并不是完全照抄三视图的图形。

例如主视图只需画出其最大边框线,而俯视图和左视图不但画出了最大边框线,而且还
要画个圆,代表通过对象的孔。

然后再生成相对应的面域,如图2b 所示的阴影部分。

步骤二:生成标准特征体。

将构形处理后的主、俯、左所对应的面域分别进行拉伸(Extrude),拉伸的距离分别是该零件的最大宽度、最大高度和最大长度,如图2b 所示,从而生成三个
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标准特征体。

步骤三:将创建出的三个标准特征体按照位置关系进行对齐(Alig n),如图2c 所示。

步骤四:使用布尔操作中的 交 运算(Intersect)对这三个形体进行操作,结果如图2d 所示,若再进行渲染(Render),效果如图2e 所示。

实例2如图3a 所示的某形体的二维工程图,按照实例1所述的建模步骤,建立出的三维模型如图3d 所示。

但这个三维模型和形体的实际结构不一样,在相应的位置没有出现筋板,它只是一个大体轮廓形状的
实心模型,我们称之为外轮廓实心胚体[6]。

外轮廓实心胚体出现的主要原因:在构形处理时,是将形体在三个视图上的最大轮廓形状特征提取操作的,若形体在同一投影方向上出现的大小不同的重叠结构,就会产生遮掩(如主视图中的立板将筋板给遮掩住了)。

所以,一般会生成外轮廓实心胚体,此时,再利用布尔操作中的 减 运算或其它的实体编辑命令来除掉图3d 上的多余形体,就能最终完成如图3e 所示的实际形体结构,渲染后的模型效果如图3f 所示。

图3 某形体工程图重建实体模型的过程
4 结论
通过上述的两个实例,按照 构形处理(提取最大轮廓特征) 生成标准特征体 对齐 交运算 这种流程,可以很方便地得到零件产品的外形。

若出现了外轮廓实心胚体,那么使用布尔操作中的 减 运算或其它实体编辑命令,除掉多余的实体部分,就能得到零件的实际结构形状。

很明显,使用此流程方法进行三维模型重建,操作简便,思路清晰,充分地利用了二维工程图的宝贵信息,既提高了三维建模的速度,又丰富了形体造型的手段。

参考文献
[1] 秦 健.基于A uto CA D 的三维实体造型[J].装备制造技
术,2008,(9):188.
[2] 李士才等.从已有二维图样实例重建三维参数化特征模
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[3] 董军辉.基于A utoCA D 的三维重建系统的研究[D].四
川:四川大学,2003.
[4] 周晓艳,罗 建.机械制图与CA D[M ].广州:华南理工大
学出版社,2006.
[5] 隆文革, 交 运算在A uto CAD 三维造型中的妙用[J].机
床与液压,2004,(1):155.
[6] 朱春耕.工业产品造型中布尔运算的运用[J].包装工程,
2006,(2):204 205.
收稿日期:2011 05 03; 修订日期:2011 06 06
作者简介:杨晓龙(1976 ),陕西咸阳人,讲师,硕士.研究方向:自然语
言理解,CAD 创新设计.
Email:yx lalexis 94047@
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