三维吊装仿真系统三维草绘的设计与实现.pdf

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1、三维吊装仿真系统三维草绘的设计与实现王树华１，张靖２，梁友国３，高顺德３（１．中石化第二建设公司，江苏南京２１００３３；２．大连理工大学电子信息与工程学院，辽宁大连１１６０２３；３．大连理工大学工程机械学院，辽宁大连１１６０２３）［摘要］为了解决在三维吊装仿真系统中二维草绘绘制烦琐，不能实时查看模型渲染效果等问题，基于ＯＧＲＥ渲染引擎，应用经典设计模式开发了交互式三维建模系统。阐述了三维草绘的总体架构及关键技术的设计与实现，通过实例验证了三维草绘系统的可用性。［关键词］三维建模；交互式；仿真系统［中图分类号］ＴＰ３９１．９［文献标识码］Ｂ［文章编号］１００１－５

2、５４Ｘ（２０１０）０９－００７２－０５Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆ３Ｄｄｒａｆｔｉｎｇｔｏｏｌｕｓｅｄｔｏ３ＤｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｆｏｒｌｉｆｔｉｎｇｐｒｏｊｅｃｔＷＡＮＧＳｈｕ－ｈｕａ，ＺＨＡＮＧＪｉｎｇ，ＬＩＡＮＧＹｏｕ－ｇｕｏ，ＧＡＯＳｈｕｎ－ｄｅ三维吊装仿真系统是面向吊装行业、用于辅助二维草绘模块实现作业环境和吊装设备的绘［１］［３］［４］吊装设计人员定制方案并对吊装过程进行仿真模拟制，但绘制和修改过程相对烦琐，不能实时的系统，该系统可以让用户在虚拟场景中直观地看查看三维模型的渲染效果，界面的直观性及功能全到起重机实施吊装作业

3、的过程，通过仿真和比较寻面性都有待进一步完善，如图１所示。求最佳吊装方案。三维吊装仿真系统１．０版本采用图１二维草绘模块目前，较好的三维建模软件（如３ＤｓＭａｘ、ＸＭＬ文件，这些建模系统中，有的绘制界面是二ＰｒｏＥｎｇｉｎｅｅｒ、Ｍａｙａ等）都可实时观察物体的渲维的，不够直观，不能实时观察所绘制物体的渲染染效果，方便直观，但这些软件所导出的模型文件保存了大量的三角型网格顶点信息，文件的读取和［收稿日期］２０１０－０４－２７存储效率低。除了这些保存物体网格模型文件的软［通讯地址］张靖，辽宁省大连市大连理工大学电子信息与件外，还有一些三维建模软件是保存模型信息的工程

4、学院７２２０１０．０９（上半月刊）效果；也有的是三维界面，如由佛罗里达大学开发半球、椭球、椭球冠、扇形柱和Ｈ型钢等，由这些的ｒｕｂｅ三维建模工具，但系统所保存的ＸＭＬ文基本几何体所组成的扩展几何体包括钢架结构、直件中的数据结构不适用三维吊装仿真系统。针对三梯、劳动保护、顶部平台等，模板库中含有管式吊［２］维吊装仿真系统，本文基于ＯＧＲＥ渲染引擎和耳、单板式吊耳、溜尾吊耳、吊盖、吊盖连接件、［９］ＶｉｓｕａｌＣ＋＋．Ｎｅｔ开发平台，应用经典设计模式法兰和管口等模板；模型编辑器可通过鼠标或键盘实现可实时查看模型的渲染效果，界面直观、功能编辑已经创建的模型，对模型进行

5、选取，编辑尺寸、全面、可交互操作，为实际吊装提供完整数据结构设置材质或纹理贴图等编辑；模型操作器可对已经［１０］文件的三维建模工具。创建的模型进行平移、旋转、缩放、复制、粘贴、成组、解组、对齐、删除、撤销／重做等操作。１系统总体功能框架２交互式建模系统三维草绘系统总体功能框架是以交互式建模为中心，形成文件系统及交互式建模系统两部分。总ＯＧＲＥ（Ｏｂｊｅｃｔ－ＯｒｉｅｎｔｅｄＧｒａｐｈｉｃｓＲｅｎｄｅｒ－体功能框架如图２所示。ｉｎｇＥｎｇｉｎｅ，面向对象图形渲染引擎）是ＳｔｅｖｅＳｔｒｅｅｔｉｎｇ开发小组从２００１年底开始用Ｃ＋＋程序设计语言开发的，专注于实现先进

6、的图像渲染技术的图形渲染引擎。目前已经发展成为一个成熟、稳定、可靠、灵活、跨平台而且拥有丰富功能的实时３Ｄ图形库，是国际上著名的开源图形渲染引擎。系统为了更好地支持交互式三维建模，在基于Ｏ－ＧＲＥ图形渲染引擎的基础上对其功能进行了相应的扩展，增加了模型创建、模型编辑和模型操作功能，从而构成交互式三维建模系统。２．１模型创建器模型创建器类似于图形加工工厂，可以根据不同需要加工出不同的规则几何体。模型创建器中ＧｒａｐｈｉｃＣｒｅａｔｏｒ是一个抽象类，向下派生出具体的子创建器，根据当前构造步骤完成特定创建功能，因此在创建几何体前系统需注册当前几何体创建类型，从而获取相

7、应创建器而创建出对应的几何体。模型建模接口基于鼠标和键盘，因此设计了处理鼠标和键盘的相应功能函数，可根据不同动作进行不同的处理，方便使用者完成所需图２三维草绘系统总体功能框架功能。（１）文件系统：可实现保存吊装设备或作业环２．２模型编辑器境文件、打开吊装设备或作业环境文件、导入其他交互式模型建模系统需要提供给使用者编辑三维建模软件的模型文件等。模型的功能，使系统能够在图形构造结束后随时（２）交互式建模系统：分为模型创建器、模型进行模型的编辑工作，并能随时查看编辑结果。编辑器、模型操作器。模型创建器可通过鼠标或键模型编辑器中ＧｒａｐｈｉｃＥｄｉｔｏｒ是一个抽象的编

8、辑器盘创建基本几何体、扩