图形数据交换规范IGES
基于飞机设计的IGES图形数据交换
I GES文件中，信息的基本单位是实体，通过实体描述产品形状、尺寸 以及产品的特性。实体可以分为几何实体和非几何实体，每种类型的实体 都有相应的类型号，几何实体的类型号是1 00—199 ，如直线为110，有理B样 条曲面为1 26，裁减曲面为14 4等。非几何实体又可分为注释实体和结构实 体，类型号为200—499，如注释实体有直径尺寸标注实体( 206) ，角度尺 寸标注实体( 202) 等，结构实体有单子图定义( 308) ，颜色定义(31 4) ，正文 显示模版( 312) 等。几何 实体和非几何 实体通过一定的 逻辑关 系和几何关系构成产品图形的各类信息，实体的属性信息记录在引导入口 段， 而参 数数 据记 录在参 数数 据段 。
( 1) 开始段，段标识符为S，向人们提供可读的文件序言，至少必须 有一 个记 录， 主要 记录 图形 文件 的最 初来 源等 。
( 2) 全局参 段，段标识符为G，用以描述处理器的信息以及处理该 文件的后处理器所需要的信息。全局参 以自由格式输入，用逗号分隔参
数，用分号结束一个参数的输入，主要参数有参数分界符、记录分界符、 文 件名 、前 置处 理 器版 本、 单位 标志 、 浮点 数的 数量 级 以及 机关 单位 等。
现在的飞机型号研制中大量使用CAD／CAM技术，一般各协作部门使用 不同的c AD／cAhI 系统，它们在实际的交流合作中，存在着图形数据交换的需 要。这种需要通常表现在以下三方面：不同的部门( 如设计、生产和加工 部门) 之间的图形数据传输；同一型号不同研制时期( 如总体设计、初步 设计和详细设计) 之间的图形数据交换；不同cAD／c AM系统( 女NCATI A和 UGI I ) 之间或者同一cAD／cAM系统不同版本之间的图形数据交换。解决这些 需要现有的方法就是用一种标准格式数据来实现数据交换接口[ 1 ] ( 图1) 。
IGES和step标准区别
访 问 内 存 结 构 数 据 的 应 用 程 序 界 面； 共 享 数 据 库 以 及 共 享 知 识 库。
无 疑， 这 将 会 给 商 业 和 制 造 业 带 来 一 场 大 变 革， 而 且STEP 标 准 在 下 述 几 个 方 面 有 着 明 显 的 优 越 性：
简单的说，STEP还包含了产品数据、装配数据等信息，
例如在PROE和UG之间进行装配的转换时，在用STEP转换后得到的仍然是保留的装配结构，
而IGES就不行了，得到的只是一堆面！试试就知道了！
标 准 的 制 订 过 程 进 展 缓 慢， 数 据 文 件 比IGES 更 大。
目 前 商 用CAD 系 统 提 供 的STEP 应 用 协 议 还 只 有AP203“ 配 置 控 制 设 计”，
内 容 包 括 产 品 的 配 置 管 理、 曲 面 和 线 框 模 型、
实 体 模 型 的 小 平 面 边 界 表 示 和 曲 面 边 界 表 示 等 以 及AP214“ 汽 车 机 械 设 计 过 程 的 核 心 数 据” 两 种。
这 一 标 准 还 允 许 采 用 不 同 的 实 现 技 术， 便 于 产 品 数 据 的 存 取、 传 输 和 归 档。
STEP 标 准 是 为CAD/CAM 系 统 提 供 中 性 产 品 数 据 而 开 发 的 公 共 资 源 和 应 用 模 型， 它 涉 及 到 了 建 筑、
工 程、 结 构、 机 械、 电 气、 电 子 工 程 及 船 体 结 构 等 无 所 不 包 的 所 有 产 品 领 域。
IGS标准
资料部分一、综述基本图形交换规范标准IGES在CAD/CAM技术的广泛应用的过程中，由于CAD/CAM系统的不同，提出了在各个系统中进行产品信息的交换的要求，从而导致了产品数据交换标准的制订。
1980年，由美国国家标准局主持成立了由波音公司和通用电气公司参加的技术委员会，制订了基本图形交换规范IGES（63）。
IGES功能最初开发IGES是为了能在计算机绘图绘图系统的数据库上进行数据交换；从1981年的IGES 1.0版本到1991年的IGES 5.1版本，和最近的IGES 5.3版本，IGES 逐渐成熟，日益丰富，覆盖了CAD/CAM数据交换的越来越多的应用领域。
作为较早颁布的标准，IGES被许多CAD/CAM系统接受，成为应用最广泛的数据交换标准。
制订IGES 标准的目的就是建立一种信息结构用来产品定义数据的数字化表示和通信，以及在不同的CAD/CAM系统间以兼容的方式交换产品定义数据。
IGES元素允许在CAD/CAM系统之间进行产品数据交换的文件结构至少要支持产品的几何数据、标注和数据组织方式的通信。
IGES标准定义的文件格式将产品数据看作元素（Entity）的文件。
每个元素是以一种独立于应用的，特定的CAD/CAM系统内部产品数据格式可以映射的格式来表示。
在IGES标准中定义了五类元素：曲线和曲面几何元素构造实体几何CSG元素边界B-Rep实体元素标注元素结构元素IGES文件结构IGES文件由五或六段组成：标志（FLAG）段；开始（START）段全局（GLOBAL）段元素索引（DIRECTORY ENTRY）段参数数据（PARAMTER DATA）段结束（TERMINATE）段其中，标志段仅出现在二进制或压缩的ASCII文件格式中。
固定长IGES文件分为5—6个段，分别是：S、G、D、P、T段。
在每段都有相应的参数格式，参数排列。
（那么每段中的参数的内容、个数、及排列顺序是否有固定的格式呢?）IGES文件格式IGES文件数据格式：①整型常数；②浮点常数；③串常数；④指针常数。
IGS与Step的格式比较
一、通过国际标准的中间格式：1 、初始图形交换规范IGES初始图形交换规范（IGES：Initial Graphics Exchange Specification）是美国国家标准局和工业界于19 75年共同制定并实施的。
CATIA V5提供的IGES接口（IGI：CATIA IGES Interface）可以帮助多个CAD/ CAM系统并存的制造企业通过IGES中性数据格式进行数据交换。
该实用程序支持IGES V5.3版本，并具有IGES元素名字和CATIA V5几何元素标识之间的名字匹配管理功能，能够处理3D线架元素、曲面和剪载曲面元素、等距偏置曲线、表皮和表皮边界、二次曲线和颜色。
转换完成后，同时产生一个HTML格式转换报告。
设计人员可以在两个完全不同的系统之间直接进行可靠的双向数据交换，也可以自动存取IGES 文件。
2、产品模型数据交换标准STEP1983年12月，国际标准化组织所属技术委员会TC184（工业自动化系统技术委员会）下的“产品模型数据外部表示”（External Representation of Product Model Data）分委会SC4所制定的国际统一CAD 数据交换标准：产品模型数据交换标准（STEP：Standard for the Exchange of Product Model Data），到1994年已完成了其中12个分号标准。
CATIA V5配备的STEP核心接口（STI：CATIA SETP Core Int erface）能自动识别STEP文件类型，支持几何体和装配结构，并能够输入、输出拓扑关系（如实体、壳体类零件）。
允许设计人员交互式地以STEP AP203和STEP AP214数据格式读写数据。
3、两种标准的比较初始图形交换规范（IGES）是一套美国国家标准，它使得图形和基本的几何数据可以在绘图和造型系统之间交换。
然而，几何交换仅仅是数据交换的一部分，产品数据涵盖许多图形和几何以外的东西。
(1)图形数据交换规范IGES - 西华大学
1
E4 E3 V3 V4
0, 0, 1 1, 0, 1 1, 1, 1 0, 1, 1 0, 0, 0 1, 0, 0 1, 1, 0 0, 1, 0
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1, 2 2, 3 3, 4 4, 1 5, 6 6, 7 7, 8 8, 5 1, 5 2, 6 3, 7 4, 8
第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
§2.1 CAD系统的组成与分类
（1）基本组成
CAD/CAM系统
硬件系统
软件系统
计算 机
外围 设备
联网 设备
系统 软件
支撑 软件
数据 库
应用 软件
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第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
（2）硬件要求
性能要求较高的图形输入、输出设备；
旋转表面 Revolved Surface
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第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
扫动曲面 Swept Surface
截面曲线沿由任意空间曲线代表的路径移动而构成的曲面。
路径可以有多条（如6, 7），截面曲线也可以有多条（如 1～5）。
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第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
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第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
（2）几何造型的主要作用
为图形的显示和输出提供信息；
为各种应用程序.（如，结构设计、受力分析、成型模 拟、图形变换、数控加工等）提供信息。
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第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
IGS标准
资料部分一、综述基本图形交换规范标准IGES在CAD/CAM技术的广泛应用的过程中，由于CAD/CAM系统的不同，提出了在各个系统中进行产品信息的交换的要求，从而导致了产品数据交换标准的制订。
1980年，由美国国家标准局主持成立了由波音公司和通用电气公司参加的技术委员会，制订了基本图形交换规范IGES（63）。
IGES功能最初开发IGES是为了能在计算机绘图绘图系统的数据库上进行数据交换；从1981年的IGES 1.0版本到1991年的IGES 5.1版本，和最近的IGES 5.3版本，IGES 逐渐成熟，日益丰富，覆盖了CAD/CAM数据交换的越来越多的应用领域。
作为较早颁布的标准，IGES被许多CAD/CAM系统接受，成为应用最广泛的数据交换标准。
制订IGES 标准的目的就是建立一种信息结构用来产品定义数据的数字化表示和通信，以及在不同的CAD/CAM系统间以兼容的方式交换产品定义数据。
IGES元素允许在CAD/CAM系统之间进行产品数据交换的文件结构至少要支持产品的几何数据、标注和数据组织方式的通信。
IGES标准定义的文件格式将产品数据看作元素（Entity）的文件。
每个元素是以一种独立于应用的，特定的CAD/CAM系统内部产品数据格式可以映射的格式来表示。
在IGES标准中定义了五类元素：曲线和曲面几何元素构造实体几何CSG元素边界B-Rep实体元素标注元素结构元素IGES文件结构IGES文件由五或六段组成：标志（FLAG）段；开始（START）段全局（GLOBAL）段元素索引（DIRECTORY ENTRY）段参数数据（PARAMTER DATA）段结束（TERMINATE）段其中，标志段仅出现在二进制或压缩的ASCII文件格式中。
固定长IGES文件分为5—6个段，分别是：S、G、D、P、T段。
在每段都有相应的参数格式，参数排列。
（那么每段中的参数的内容、个数、及排列顺序是否有固定的格式呢?）IGES文件格式IGES文件数据格式：①整型常数；②浮点常数；③串常数；④指针常数。
常见三维工程模型格式
常见三维工程模型格式
常见的三维工程模型格式有：
1. STL格式（Standard Tessellation Language）：一种用于表示三维对象的文件格式，适合用于快速建模和制造，广泛应用于3D打印和计算机辅助设计等领域。
2. OBJ格式（Wavefront OBJ）：一种用于存储三维几何信息等数据格式，可以存储多边形网格、贴图坐标和法线等信息，在计算机图形学和游戏开发中广泛使用。
3. FBX格式（Filmbox）：由Autodesk开发的一种用于保存
3D模型、动画、材质等多种属性的文件格式，支持多种软件之间的互操作性，被用于虚拟现实、影视制作、游戏开发等领域。
4. STEP格式（Standard for the Exchange of Product Data）：一种用于数值控制机床中集成制造系统之间交换CAD数据的标准格式。
5. IGES格式（Initial Graphics Exchange Specification）：一种用于CAD模型和几何数据交换的国际标准，支持各种几何表示和点、线、面、曲线、曲面等类型的图形。
6. DAE格式（Collada）：一种用于在不同3D软件之间共享数字资产（如图形和动画）的开放标准格式。
7. 3DS格式（3D Studio）：一种由Autodesk开发的3D编辑软件3D Studio Max使用的格式，主要用于游戏开发和建筑可视化等领域。
8. DXF格式（Drawing Exchange Format）：一种用于向不同的CAD软件之间交换和共享CAD数据的文件格式，适用于2D和3D图形数据的交换。
igs与与stp区别
.igs与.stp区别IGS是根据IGES标准生成的文件，主要用于不同三维软件系统的文件转换。
目前，在微机和工作站上用于数据交换的图形文件标准主要有：AutoCA D系统的DXF(DataEx changeFile)文件，美国标准IG ES(Initia l Graphics Exchan ge Specif ication, 即初始图形交换规范)及国际标准S T EP(Standa rd for the Exchan ge of Produc t modeld ata)。
其他一些较为重要的标准还有：在ESPRIT(欧洲信息技术研究与开发战略规划)资助下的CA D-I标准(仅限于有限元和外形数据信息)；德国的VDA-FS标准(主要用于汽车工业)；法国的SET标准(主要应用于航空航天工业)等等。
IGES标准最早是ANSI于80年代初制定的，是建立在波音公司CAD/CAM集成信息网络、通用电气公司的中心数据库和其他各种数据交换格式之上的。
其最初版本仅限于描述工程图纸的几何图形和注释，随后又将电气、有限元、工厂设计和建筑设计纳入其中。
1988年6月公布的IGES4.0又吸收了E SP中的C SG(Constr uctiv e SolidGeomet ry，意译为体素构造法)和装配模型，后经扩充又收入了新的图形表示法、三维管道模型以及对FE M(有限元模型)功能的改进。
而B-rep(边界表示法)模型则在IG ES5.0中定义。
然而，IGES在文件结构中却又不合理地定义了直接存取的指针系统。
其在应用中暴露的主要问题有：数据文件过大，数据转换处理时间过长；某些几何类型转换不稳定；只注意了图形数据转换而忽略了其他信息的转换。
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第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
其它曲面 如：孔斯（Coons）曲面、Bezier曲面、 B样条曲面、 非均匀有理样条(NURBS)曲面等。 • 优点：可以描述各种各样的面（如，平面、二次曲面和 自由曲面等）；便于曲面求交线和进行几何体的消隐处 理，能够为CAM提供加工信息。 • 缺点：对面存在于物体的哪一侧定义不明确；无法判断 建立的物体是实心体还是壳体，难以对表面模型进行物 性分析。
较高的运行速度—CAD软件中大量的复杂的数值计算； 足够的外部存储空间---计算过程中大量的图形、图像、 技术文件、优化分析结果、图形库、数据库和配套的 应用软件；
较好的网络性能—设计网络系统的速度、稳定性、安 全性等。
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第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
按照对这两方面信息的描述及存贮方法不同，三维几 何造型系统可划分线框建模、表面建模和实体建模三种主 要类型。
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第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
线框造型
利用基本线素来定义设计目标的棱线部分而构成的立 体构架图。在计算机内部，存贮的是该物体的顶点及棱线 信息，将实体的几何信息和拓扑信息层次清楚地记录在顶 点表及边表中。 顶点 x, y, z 棱边 顶点
旋转表面 Revolved Surface
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第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
扫动曲面 Swept Surface
截面曲线沿由任意空间曲线代表的路径移动而构成的曲面。
路径可以有多条（如6, 7），截面曲线也可以有多条（如 1～5）。
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第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
（2）几何造型的主要作用
为图形的显示和输出提供信息；
为各种应用程序.（如，结构设计、受力分析、成型模 拟、图形变换、数控加工等）提供信息。
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（3）几何造型的分类
（3）软件组成
操作系统 具有下述功能：管理CPU；管理存储器；管理外部 设备；管理文件；网络通信功能；其它为用户开发应 用软件服务的特定功能。 支撑软件 主要功能：图形处理；三维产品建模；有限元建模 与分析；机构运动分析；数据信息交换；工程数据管 理；二次开发工具。
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第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
（1）几何造型的定义
利用计算机系统描述物体的几何形状，建立产品几何模型 的技术。通过这种方法定义、描述的几何实体必须是完整的、 唯一的，而且能够从计算机内部的模型上提取该实体生成过 程中的全部信息，或者能够通过系统的计算分析自动生成某 些信息。
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第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
2 3 4 5 6 7 8
E9
E8
E12
V8 E7
E11
10 11 12
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第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
优点：节省存储空间，处理数据快（因数据量少，且结 构简单），修改和编辑非常方便。 缺点：缺乏表面信息，处理时容易产生二义性；不能自 动产生两曲面相交的交线；无法对模型取剖面；计算体积 困难。
蒙皮曲面 覆盖在一组线条上的曲面称为蒙皮 Skin。 规则表面 Ruled Surface 由两条互不相交的空间曲线扩展而成的规则表面。
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平坦表面 Planar Surface
由封闭的二维线框构成的表面。
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V1 E1 V2 E10 E5 V6 V5 E6 V7 E2
1
E4 E3 V3 V4
0, 0, 1 1, 0, 1 1, 1, 1 0, 1, 1 0, 0, 0 1, 0, 0 1, 1, 0 0, 1, 0
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1, 2 2, 3 3, 4 4, 1 5, 6 6, 7 7, 8 8, 5 1, 5 2, 6 3, 7 4, 8
F3
E10 E5 V5
E9
F6
E8
F5
E12
F4
E6
E11 V8
E7 V7
F2
V6
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第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
基本曲面： 能够用初等数学解析式描述的曲面。例如：
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第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
轨迹曲面 由二维曲线在三维空间运动的轨迹所构成的曲面。 拉伸表面 Extruded Surface（路径是直线）
问题：由于客观事物大多是三维的、连续的，而在计算机 内部的数据均为一线的、离散的、有限的，因此，在表达 与描述三维实体时，怎样对几何实体进行定义，保证其准 确、完整和唯一性？
将对实体的描述和表达建立在几何信息和拓扑信息 处理的基础上。
几何信息：物体在空间的形状、尺寸及位置的描述； 拓扑信息：构成物体的各个分量的数目及相互之间的连接关系
第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
§2.1 CAD系统的组成与分类
（1）基本组成
CAD/CAM系统
硬件系统
软件系统
计算 机
外围 设备
联网 设备
系统 软件
支撑 软件
数据 库
应用 软件
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第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
（2）硬件要求
性能要求较高的图形输入、输出设备；
数据库
把手册和资料中的数表、线图数据事先存放在数据库中， 要求具有图形和非图形数据处理的能力。
应用软件 面向用户（如某一企业、某一类产品或某一个工程），如 开目CAD、大恒CAD、华正CAD、圆方CAD、大方CAD。
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第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
§2.2 几何造型技术
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第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
表面造型
V1
E1 V2 E4 E2 F1 E3 V3 V4
表面 1 2 3 4 5 6
棱线 1, 2, 3, 4 5, 6, 7, 8 1, 10, 5, 9 2, 11, 6, 10 3, 12, 7, 11 4, 9, 8, 12