也谈三维CAD技术之几何图形对比

水类滕

图形搜索已成为与远程协同、智能开发等技术一起成为三维CAD技术在下一阶段的发展方向。

纠其表里，图形搜索顾名思义是以三维CAD环境下的数字化模型为搜索项在使用者设定的存储区域内进行相似性的判断性搜索，从而依据一定的判据帮助使用者找到几何相似甚至相同的零部件模型。





图形搜索技术目前已为包括PTC等知名业内厂商所关注，目前的图形搜索技术的发展也正逐步被引向深入。具体而言，该技术的关键核心节点在于：

1．如何判断所谓的图形或几何相似；

在三维环境下，物体展现在使用者面前的是沿笛卡尔坐标系延伸的立体属性，系统后台通过特征扫描最终寻找到有效的相似曲面，从而达到图形相似性比较的功能。在此定义下，具备某些特殊属性的零部件模型和特征，如钣金件（在厚度方向上不明显）、螺栓孔（孔的位置和大小）等都可能成为影响相似性判断的条件，此也是第二代图形搜索技术的发展瓶颈之一。

2．图形搜索域的设置；

图形搜索操作往往在图形工作站、服务器中进行，当然针对CAD终端的图形搜索技术也在得到普及。图形搜索由其所占用的计算机显示功能的特性决定了其过程的复杂性，以及对电子设备软硬件要求的不断提高，同时参与图形搜索的范围，我们称之为“搜索域”的设置，就可对图形搜索的时间和效率进行提高和优化。一般而言搜索域一般是本地计算机或服务器的指定存储区域，当然也可以是PDM的存储库，这些已经在第一代图形搜索技术中予以了解决。现在该技术的发展要点是，需要实现对多种CAD系统的文件进行检索激活，也就是说，需要检索系统是中性的，起码可以进行所谓的兼容搜索。目前图形搜索技术的顶尖速度基本控制在100万个数模/五分钟。

3.图形搜索的意义何在；

首先，图形搜索可以帮助工程师进行概念设计，迅速在企业家底中找到已经完成的类似产品，从而将再设计变为优化设计，在提高设计可靠性的同时，节约可观的设计周期，众所周知的空客A380和A400项目即使用德国一家公司提供的相似性模块进行CATIA V4/V5数据的图形搜索；

其次，图形搜索帮助信息化管理部门进行物料缩减操作。

4.实现图形比对功能；

几何搜索的结果往往是由系统列出相应的搜索结果，这个结果的数量与使用者指定的搜索域的容量有关，大多数是几十组数模（当设定相似度为不低于80%时）。那么此时，用户需要针对某一搜索结果与搜索项进行几何相似度的人工比对，从而完成相似件的选型。



那么作为提供图形搜索和几何比对的软件系统需要为使用者提供什么样的功能才能实现预期目标呢，一般设计内容如下：

a) 坐标系变换

需要将“方向”不同零部件在同一相对坐标系下进行方向调换，从而实现有人为干预的几何比对

b) 设置相对于某一对象的锁定位置

如同我们日常生活中比较手掌大小的游戏一样，将两个人的手腕对齐，然后彼此舒展手掌再比较指尖的长度，当然图形搜索要复杂得多，但也需要一个固定在坐标系或某一对象的锁定位置，它可以是零部件的端面、基准点，也可以是某个已知绝对相似的曲面。此时两个对象会出现彼此重合，而实现几何比对，当然这里需要一个小功能，模型预染色，比如红绿对比，或黑白对比。




设定锁定平面或点


c) 布尔运算

在设置完成模型的重合操作后，往往需要借助布尔运算实现几何体间的可视化操作，如“显示差异部分”，系统往往将二者的“不同点”通过高亮或闪烁的形式进行显示，当然如果设置“显示相同部分”，其所谓的不同的区域的几何部分就会被反灰显示，以突出几何体间的相似部分。




布尔运算设置

d) 尺寸缩放

在中学数学中我们知道了“相似”与“相等”的概念，同样，在几何对比操作中，你需要为系统设置相似的属性，即是否考虑尺寸差异，这直接影响了搜索的结果，就如同瓢虫的爷爷并不比孙子在个头上大多少，但是大象和长颈鹿的祖孙在尺寸上就完全不同了，引申一下，空调管路上面的法兰也许真的和我们手表中的钢圈很“相似”，但你决不会彼此借用，无论是多大的手表，还是多细的管路。

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