三维模型轻量化技术

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轻量化模型使用教程

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轻量化模型使用教程
BIM 360 Glue使用教程一、Revit导出*.nwc格式文件。 1、打开revit某一*.rvt项目文件，用该文件链接其他专业的项目文件。 2、链接模型。
3、使用剖面框功能。步骤1：点击进入三维视图。
步骤2：在“属性”选项栏中找到“范围”内的剖面框。
三、nwd文件导入pad 四、在pad中操作（看视屏资料）
步骤3：调整剖面框6个方向的操作柄，
剖到你想要的位置。步骤4：如果想整体都导出来，就不用使用剖面框功能。 4、导出*.NWC文件。
步骤1：步骤2：导出选择当前视图，其它按图例点上对勾，文件名你可以按自己要求更改。
பைடு நூலகம்
步骤3：得到*.nwc格式文件。二、打开*.NWC格式文件保存为*.NWD格式文件。步骤1：打开之前保存的NWC格式文件。步骤2：另存为*.NWD格式文件

基于轻量化三维模型的CAD／CAPP／CNC系统集成技术研究

２１０１年８月
西北工业大学学报
ＪｕａｆＮｒｈｅｔｒｏｙｅｈｉａｎｖｒｉｏｒｌｏｏｔｗｓｅｎＰｌｔｃｎｃｌＵｉｅｓｔｎｙ
Ａｕ．２１ｇ０１
第２９卷第４期
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基于轻量化三维模型的ＣＤＣＰ／ＮＡ／ＡＰＣＣ系统集成技术研究
岛” 。与采用二维工程图的传统产品设计方式相
比，应用三维模型进行产品设计具有其天然的优越性，维ＣＤ系统在企业得到了广泛的应用，三Ａ而ＣＰ、ＡＡＰＣＭ及ＣＣ系统却仍停留在基于二维图的Ｎ传统设计方式上，法共享上游Ｃ无ＡＤ系统的三维模型信息，导致系统间信息共享和交换困难。基于三维产品模型的设计、工艺规划及制造集成技术已经成为制造企业的迫切需求。
基金项目：国家８３计￣（０７Ａ４５３资助６Ｊｌ２０Ａ０００）
作者简介：李洲洋（９９）西北工业大学讲师、士，１７一，博主要从事ＣＤＣＰ、Ａ、ＡＰ企业信息化的研究。
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第２９卷
关键词：算机输助设计，算机辅助制造，算机集成制造，征提取，算机数字控制，算计计计特计计
机辅助工艺设计，型，量化三维模型模轻
中图分类号：Ｈ１４Ｔ６

基于轻量化模型的三维装配动画研究

基于轻量化模型的三维装配动画研究
华中科技大学硕士学位论文基于轻量化型的三维装配动画研究姓名：赵伟申请学位级别：硕士专业：数字化设计及制造指导教师：朱林;刘云华 20061027
华中科技大学硕士学位论文
摘
要
CAD 技术从上世纪 50 年代出现以来，得到了迅速的发展和广泛的应用，并从绘图发展到三维造型，目前已经成为各个设计行业中不可或缺的辅助工具。传统的产品设计通常采用平面图形表示机械零件及其装配关系，设计结果是机械模型在某一位置的静态平面图形。这种方法难以反映机械模型在运行过程中各零件的运动状态及其相对位置关系，无法直观地判断运动是否合理，各零件之间是否存在干涉等。随着 CAD 技术的发展，三维造型及计算机动画技术逐步得到应用，这些技术生成产品的三维实体动画和运动仿真动画，可有效地解决上述问题本文首先对计算机动画发展进行了概述，针对目前主流的三维造型软件在产品模型数据浏览中存在的问题，特别是若模型仅用于显示，当前的三维模型中存在大量的冗余信息，采用了一种集三维显示模型和几何模型为一体的轻量化文件解决方案，既可实现对模型的快速浏览，又可实现对几何模型信息进行精确查询。轻量化模型通过数据压缩和删减大幅度减少文件大小，可方便三维产品数据在网上进行数据发布和交流，并且给出了实现产品三维数据浏览整体解决方案，并以此理论为基础实现了三维产品数据浏览系统和从当前流行的三维设计平台中生成轻量化文件的接口。本文的另一重点在于利用产品轻量化模型实现三维模型装配动画，动画实现主要采用关键帧动画思想，本文还对产品自动装配动画相关的关键技术进行了讨论，在分析现有的序列规划方案后采用交互式规划方法进行序列规划，在装配路径规划方面提出了基于A*搜索算法的动态步长扩展算法，减少了扩展次数，提高了算法效率。并对整个装配过程用关键帧动画进行动态显示，在系统实现里面给出了一个车架模型的装配动画工程实例，并对几种路径规划的算法进行了比较。最后部分对全文工作进行了总结，根据自己在研究中碰到的问题，对未来的工作进行了展望。关键词：轻量化模型，自动装配，路径规划，关键帧，A*算法

DMU

DMU的情况1.Digital Mockup、Virtual Prototyping和DigitalPrototyping这三个术语的区别在英文中，Mockup是一种结构或装置，一般用于教学、演示、检查设计方案等。

Prototype 是指产品开发过程中开发出来的原型产品。

Prototype通常具有功能，即便可能不是完整的功能；而Mockup仅仅是看起来像真实的产品，不具有功能。

Mockup：假雷达; 制造模型; 制造样机;实体模型Prototype：原型, 雏形, 蓝本2.关于Digital Mockup相关厂商对其功能的描述是：DMU技术能够使工程师能够对任何复杂的模型进行内部观察、漫游、检查和模拟。

DMU包括以下功能：1.与CAX系统完全集成。

2.提供强大的可视化手段，除了虚拟显示和多种浏览功能，还集成了DMU漫游和截面透视等先进手段。

3.具备各种功能性检测手段，如安装/拆卸、机构运动、干涉检查、截面扫描等。

4.具有产品结构的配置和信息交流功能。

由此，我们可以看出，DMU的基础是三维CAD，而DMU的主要用途，是在产品的详细设计过程中，针对产品的装配模型，提供快速的浏览、可视化和装配模拟等功能。

其应用特点是围绕着三维模型的。

其底层支撑技术是轻量化的三维模型技术。

事实上，DMU技术的产生，就是由于当时的计算机硬件性能还不够理想，对于汽车、飞机等复杂的产品模型，即通常说的大装配，如果要调出完整的产品结构、特征信息，要装配环境下编辑零件，进行各种编辑操作，效率极低。

因此，诞生了以轻量化三维模型为核心的DMU技术，将涉及到“看”的功能，与涉及到详细“编辑”的功能区分开来，以解决硬件性能不足的问题。

由此，我们可以得出一个结论，即DMU是特指在三维CAD环境下，对复杂产品的大装配模型进行浏览、可视化和装配模拟的相关技术。

随着计算机硬件技术的发展，尤其是CPU、内存和专业显卡技术的发展，以及CAD软件本身性能的提升，对于大装配的处理技术逐渐提高，中端三维CAD也逐渐可以处理大装配，对于复杂产品的“看”和“编辑”的矛盾逐渐没有那么突出了。

3dtile 纹理压缩格式

3DTile 是一种用于三维模型轻量化的纹理压缩格式。

在三维建模过程中，纹理数据通常占据了模型数据的大部分，因此纹理压缩对于3DTile 格式轻量化压缩来说至关重要。

3DTile 纹理压缩格式主要采用了以下几种压缩技术：1. DXT/S3TC压缩：DXT（DirectX Texture Compression）或S3TC（S3 Texture Compression）是一种广泛使用的纹理压缩技术，主要用于实时3D 渲染。

它将纹理图像划分为4x4 的小块，并对每个小块使用相同的颜色和透明度信息进行编码。

这样可以显著地减少所需的存储空间，但可能会引入一些视觉噪声。

2. ASTC 压缩：ASTC（Adaptive Scalable Texture Compression）是由ARM 开发的一种纹理压缩技术。

与DXT/S3TC 压缩不同，ASTC 压缩可以根据需要选择不同大小的纹理块进行编码。

这使得ASTC 压缩在压缩率和视觉质量之间有更大的灵活性。

3. ETC 压缩：ETC（Ericsson Texture Compression）是另一种常用的纹理压缩技术，主要用于OpenGL 和OpenGL ES 环境。

ETC 压缩使用一种名为“修订的颜色映射”的技术来压缩纹理数据，以实现高效的压缩和良好的视觉效果。

4. PVRTC 压缩：PVRTC（PowerVR Texture Compression）是由Imagination Technologies 开发的一种纹理压缩技术，主要用于iOS 设备。

PVRTC 压缩可以提供非常高的压缩比，但需要专门的硬件支持。

5. 基于图像的压缩：除了上述针对纹理的专门压缩技术，我们也可以使用一些通用的图像压缩技术（如JPEG、PNG、WebP 等）来压缩纹理数据。

这些方法虽然在压缩比上可能不及专门的纹理压缩技术，但具有更广泛的兼容性，可以在更多的设备和环境中使用。

国内外BIM轻量化引擎发展现状及前景

国内外BIM轻量化引擎发展现状及前景摘要：文章对BIM轻量化引擎的概念进行了阐述，并分析了当前国内外BIM轻量化引擎发展现状，最后对其应用发展前景进行了探究，希望可以为相关从业人员提供些许借鉴。

关键词：BIM；轻量化；引擎；发展现状；前景前言：近年来，随着BIM技术的快速发展与更新，BIM模型数据处理软件也在不断更新，BIM轻量化也慢慢成为了现代建筑设计过程中的必备技能，深入探究其应用于发展前景，有利于进一步拓宽其实际应用范围，充分发挥其自身作用和价值。

1、BIM与BIM轻量化技术简述1.1、BIM技术BIM技术最早起源于西方国家，如今已经被广泛应用于世界各地，BIM技术能够对建筑施工各个环节的信息数据集成，包括设计、施工以及后期运行等全生命周期，并将信息整合之后构建三维立体模型，有利于设计、施工等各个单位之间协同工作，大大提高了实际效率、并节省成本，确保建筑行业稳定可持续发展。

近年来，该技术得到了迅速的发展，同时得到了极其广泛的应用，该技术已经逐渐成为了建筑行业的主要技术之一，随着技术的不断更新，今后也将会推动产业的精细化与智能化发展，进一步提升建筑产业的高质量、高水平发展。

1.2、BIM轻量化技术BIM轻量化技术具体指的是建筑项目构建BIM模型后，采用压缩处理技术，让BIM能够在不同的WEB浏览器、移动APP上被应用的技术。

BIM轻量化技术能够使得三维可视化、BIM模型不只是停留在设计环节，更多的被应用于施工、运维阶段，并覆盖工程项目的全生命周期。

可应用于各类信息化软件平台，有效拓展了BIM技术的实际应用场景与范围，还能够实现不同格式模型之间的全面融合，打破了不同产品之间存在的技术壁垒，从而实现数据格式统一化，降低了BIM实际应用复杂程度。

BIM轻量化技术也有效拓展了实际应用人群范围，让许多非专业技术人员能够更加便捷的使用该技术，最大程度上发挥BIM技术的数据化、可视化功能及作用，充分展现协同效应[1]。

产品三维数据模型轻量化表示实现

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BIN轻量化三角化数模分离

什么是BIM模型轻量化？如何才能实现模型轻量化？BIM模型的轻量化是为了尽可能缩小BIM模型的体量，使其可以更加适宜web、移动端。

在这个过程中，BIM模型实际经历了两阶段处理过程：1）几何转换；2）渲染处理。

模型几何信息主要指日常生活中可见的二维、三维模型，可以通过参数化方式描述单个构件的几何信息可以对其轻量化。

除此之外还可以通过三角面片、相似性算法减少图元等方式对模型进行几何优化转换。

渲染处理过程可使用八叉树快速剔除不可见图元，减少进入渲染区域的绘制对象，这部分技术在桌面端的三维显示引擎已非常成熟。

此外还可以使用多重LOD（LevelsofDetail），加速单图元渲染速度。

WebGL轻量化BIM引擎技术原理分析WebGL轻量化BIM引擎要在确保BIM模型的数据不损失的情况下，实现BIM 模型的轻量化，让BIM模型能够在Web浏览器或App上更快的加载和使用。

WebGL轻量化BIM引擎对BIM模型的轻量化处理实现，一般可以分为以下几步。

1)数模分离BIM模型包含三维几何数据和模型结构属性等非几何数据两部分。

首先，WebGL轻量化BIM引擎需要将几何数据和非几何数据进行拆分。

通过这样的处理，原始BIM模型文件中约20%-50%的非几何数据会被剥离出去，输出为数据文件供BIM应用开发使用。

2)三维几何数据轻量化处理剥离非几何数据后剩下的三维几何数据，我们还需要进一步轻量化处理优化，以降低三维几何数据数据量，节约客户端电脑的渲染计算量，从而提高BIM模型下载、渲染和功能处理的速度。

三维几何数据优化这块，一般采取的方案包括：a)参数化或三角化几何描述通过采用参数化或三角化的描述手段来降低三维几何数据的数据文件大小，让模型数据变得更小。

b)相似性算法减少构件存储量；在一个工程BIM模型中很多构件长得一模一样，只是所处位置或角度不同，这时就可以采用相似性算法进行数据合并，即：只保留一个构件的数据，其他相似构件只记录一个引用+空间坐标即可。

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三维模型轻量化技术 1 模型轻量化的必要性设计模型是一种精确的边界描述(B-rep)模型，含有大量的几何信息，在现有的计算机软硬件条件下，使用设计模型直接建立大型复杂系统装配、维修仿真模型是不可能的，因此需要使用轻量化的模型建立仿真模型，以达到对仿真模型的快速交互、渲染。

2 细节层次轻量化技术 90年代中期以来，模型轻量化技术得到了快速的发展，出现了抽壳(hollow shell)技术和细节层次(Level of Details, LOD)技术。抽壳技术只关心产品模型的几何表示而不考虑产品建模的过程信息，LOD技术将产品几何模型设定不同的显示精度和显示细节，根据观察者眼点与产品几何模型之间的距离来使用不同的显示精度，以此达到快速交互模型的目的。

LOD技术是当前可视化仿真领域中处理图形显示实时性方面十分流行的技术之一。LOD模型就是在不影响画面视觉效果的条件下，对同一物体建立几个不同逼近精度的几何模型。根据物体与视点的距离来选择显示不同细节层次的模型，从而加快系统图形处理和渲染的速度。保证在视点靠近物体时对物体进行精细绘制，在远离物体时对物体进行粗略绘制，在总量上控制多边形的数量，不会出现由于显示的物体增多而使处理多边形的数量过度增加的情况，把多边形个数控制在系统的处理能力之内，这样就可以保证在不降低用户观察效果的情况下，大大减少渲染负载。

通常LOD算法包括生成、选择以及切换三个主要部分。目前轻量化的技术有多种，具有代表性的有JT和3DXML两种。3DXML是Dassault、微软等提出的轻量化技术，JT是JT开放组织提出的轻量化技术。SIEMENS公司的可视化产品都采用JT技术，如我们使用的VisMockup软件。

JT技术用小平面表示几何模型，采用层次细节技术，具有较高的压缩比，模型显示速度很快。

jt、ajt模型及其结构 jt模型文件是三维实体模型经过三角化处理之后得到的数据文件，它将实体表面离散化为大量的三角形面片，依靠这些三角形面片来逼近理想的三维实体模型。

模型精度不同，三角形网格的划分也各不相同。精度越高，三角形网格的划分越细密，三角形面片形成的三维实体就越趋近于理想实体的形状。模型曲面精度由Chordal、Angular两个参数控制。图1(a)，Chordal表示多边形的弦高的最大值，图1(b)，Angular表示多边形相邻弦的夹角的最大值。 ?????????????????????????????? 图1 Chordal和Angular示意图 jt模型有三种结构形式，都保持了原来的产品结构。分别是： (1)Standard(标准结构形式)。包含一个装配文件和多个零件文件，其中零件文件都放在一个和装配文件同名的目录下。我们建立的虚拟样机模型都采用这种结构形式。

(2)Shattered(分散结构形式)。包含多个子装配文件和多个零件文件，其中子装配文件和零件文件都放在一个目录下。这种结构的优点是有子装配文件，并可以直接使用子装配，缺点是文件管理比较乱、不清晰。

(3)Monolithic(单一结构形式)。所有的装配体和零部件都在一个文件中。另外，在Word、PowerPoint文件中嵌入的jt模型也采用这种结构形式。

TessUG.config文件中的structureOption控制着jt的输出结构。 ajt是jt装配文件的文本文件，并可编辑，由装配节点和零件节点的层次构成，每个节点有位置变换信息和属性信息。手工修改ajt文件可以改变jt装配文件各节点的位置、层次、属性、位置变换矩阵、隶属关系等。见附录D。

jt工具集提供了如下几个命令： (1)asciitojt.exe。将文本结构的jt装配文件转换为二进制结构的jt文件。 (2)jttoascii.exe。将二进制结构的jt装配文件转换为文本结构的jt装配文件。jt模型文件不能被转换为文件结构的jt文件。 (3)jtcreateassembly.exe。将多个jt装配文件合成为一个jt装配文件。使用该命令可以复制的设备及组件基于轻量化模型的CAD/CAPP系统集成技术研究

0.引言随着计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing System，CIMS)在企业中应用的不断深入，作为连接设计与制造桥梁的计算机辅助工艺设计(Computer Aided Process Planning，CAPP)已经成为CIMS的关键。在过去的几十年中，虽然计算机辅助设计(Computer Aided Design，CAD)、CAPP和计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing，CAM)在各自领域内都得到了巨大的发展，但却是在相互独立的情况下发展起来的，忽略了各个系统之间的相互集成，出现了很多“信息化孤岛”。制造企业越来越多地采用三维CAD进行产品设计，但基于三维模型的CAPP研究才刚刚起步，CAPP仍然沿用传统的基于二维工程图的设计方式，效率低且不直观，因此基于三维模型的CAPP已经成为企业的迫切需求。三维模型数据繁大，处理效率低，且由于不同CAD软件产生的数据在异构平台下不兼容，导致CAD/CAPP系统间三维模型信息的交换和共享比较困难。

目前，国内外对CAD/CAPP集成的方法和关键技术进行了大量的探索和研究，如基于中间格式文件(IGES，PDES，STEP，STEP-NC)的系统集成、基于产品数据管理(Product Data Management，PDM)的集成、直接集成等，上述研究虽然取得了一定成果，但始终没有解决三维模型信息的集成和共享问题。为方便三维模型的重用和可视化，各个主要的CAD厂商都推出了自己的轻量化格式，如达索的3DXML格式、UGS的JT格式，但不同格式在异构平台下不能够兼容。为解决该问题，由英特尔、Adobe和微软等25家公司组成的3D工业论坛(3D Industry Forum，3DIF)同欧洲计算机制造商协会(ECMA international)联合推出了轻量化3D标准通用3D(Universal 3D，U3D)文件格式。它通过去除与显示无关的非几何信息来简化三维模型，提高了三维模型的显示与处理效率，使得三维模型的应用延伸到了产品全生命周期内的各个阶段。本文在研究U3D标准的基础上构建了一个基于轻量化模型的CAD/CAPP系统集成模型，并对系统集成的关键技术进行了研究。

l.基于轻量化模型的CAD/CAPP集成模型基于轻量化模型的CAD/CAPP系统集成的功能模型如图1所示，主要包括轻量化模型的生成、制造特征提取、CAPP工艺设计、CAM刀位轨迹计算和集成仿真五部分。U3D轻最化模型中仅包含了与显示有关的几何信息，这些几何信息层次较低，不能满足CAPP系统的需求。为使CAD/CAPP系统能够在一个较高层次上实现集成，需要从轻量化模型巾提取零件的制造特征，该制造特征不但能够表示零件的几何信息，而日.对于工艺设计所需要的形位公差、表面粗糙度、材料等非儿何信息也能够很好地进行表达。通过制造特征提取工具，应用特征识别算法提取零件的制造特征，并为每一个制造特征加入工艺信息，建屯零件的制造特征模型，可以满足CAPP系统对信息的需求。

图1.基于轻量化模型的CAD/CAPP系统集成功能模型提取制造特征之后，结合工艺资源库中的工艺知识及企业资源的使用状况进行可视化工艺设计，确定零件的加工工序;然后由工序驱动生成数字控制(Numerical Control，NC)程序;最后基于轻营化模型财每道工序进行装夹仿真和加工过程仿真，检查加工过程中存在的问题，及时反馈给工艺设计和CAM，避免实际加工过程中造成的损失。

2.基于轻量化模型的工艺信息建模传统工艺设计中产品的信息关联性差，工艺信息模型中的尺寸公差、形位公差、表面粗糙度等非几何信息通常与三维模型分离，或者工艺信息模型中根本就不涉及三维模型。同时，由于工艺设计过程中的信息量大、牵涉面广，而且信息的类型和关系都很复杂，难以保证工艺信息的完整性和一致性。因此，需要建立一个统一的工艺信息模型，并采用可扩展标记语言(eXtensible Markup Language，XML)文件来表示信息，不但可以实现CAPP与CAD系统间的信息交流，还可以实现CAPP与PDM等系统的信息集成和共享。通过对工艺设计过程涉及到的各种信息进行分析，建立了基于轻量化模型的工艺信息模型，包括制造特征模型、工艺设计模型和资源模型三个子模型，如图2所示。

图2.工艺信息模型制造特征指零件上一个具有语义的几何实体，它描述一个工件上需要加工的区域，表达一个加工过程的结果，包括材料特征、精度特征、形状特征以及该特征的加工方法。通过对企业内所有零件的制造特征进行统计分析，获取该企业的典型制造特征，根据组成特征的面集合及其之间的拓扑关系定义制造特征的形状特征模板，并根据企业的制造资源为每一个制造特征定义相应的加工方法。

工艺设计过程是工艺信息不断产生、流转和完善的过程，工艺设计模型总体上可分为工艺规划信息、工艺设计信息和工艺过程信息。工艺规划信息主要指零部件的工艺分工路线，根据车间的资源使用情况合理分配每个车间的任务，实现车间资源的有效利用;工艺设计信息描述零件从毛坯到成品的加工方法和过程信息，主要是一些工艺文档;工艺过程信息描述工艺状态、工艺版本及工艺更改等信息。加工元是工艺设计模型的核心，是组成零件工艺规程的最基本单元，它是以特征为核心的、有关特征加工所需要的信息实体，包括制造特征、该特征的加工方法、加工该特征所需要的机床和刀具等制造资源以及加工该特征的加工参数等信息。通过加工元将制造特征模型和工艺设计模型相关联，如一个外圆特征的加工方法可以包括粗车、半精车和精车三个加工元。零件的资源模型包括制造资源和工艺资源。制造资源包括机床设备、工艺装备、材料等;工艺资源包括典型零件工艺信息、切削参数信息等。

3.基于轻量化模型的制造特征提取及其算法基于轻量化模型制造特征的提取过程如图3所示。轻量化模型仅包含了与显示有关的三角网格信息，这些三角网格层次较低，不便于制造特征的提取。因此，首先需要重新表示轻量化模型，结合U3D的数据结构及工艺需求，采用边界表示法(Brep)对三维轻量化模型进行表示;其次利用制造特征提取工具，通过遍历零件的几何/拓扑信息并与制造特征库中的特征进行比较，获得零件的制造特征;最后对制造特征进行必要地编辑，加人工艺设计所需要的尺寸公差、形位公差、表面粗糙度等工艺信息。

图3.制造业特征的提取过程 3.1轻量化模型的边界表示 3.1.1 基于轻量化模型的几何信息提取