土石壩參數(shù)化設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)研究

李 娟， 王宗敏， 林予松， 楊海波

(1. 鄭州大學(xué)信息工程學(xué)院，河南 鄭州 450001；

2. 河南省信息網(wǎng)絡(luò)重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450052；3. 鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450001)

土石壩參數(shù)化設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)研究

李 娟1,2， 王宗敏2,3， 林予松2， 楊海波2,3

(1. 鄭州大學(xué)信息工程學(xué)院，河南 鄭州 450001；

2. 河南省信息網(wǎng)絡(luò)重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450052；3. 鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450001)

提出基于改進(jìn)方法的系統(tǒng)整體流程的參數(shù)化設(shè)計(jì)模式，以土石壩參數(shù)化設(shè)計(jì)為例，應(yīng)用參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件GC為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)完整參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)流程。首先利用幾何因果推理技術(shù)確定土石壩壩體模塊幾何元素的構(gòu)建序列；然后使用約束驅(qū)動(dòng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)土石壩壩體模塊參數(shù)的動(dòng)態(tài)修改；最后使用特征模型技術(shù)實(shí)現(xiàn)用戶自定義的土石壩壩體模塊特征庫(kù)的構(gòu)建和模型裝配。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明綜合運(yùn)用這三種技術(shù)能有效解決各個(gè)技術(shù)中的局限性，提高參數(shù)化設(shè)計(jì)的效率。

參數(shù)化設(shè)計(jì)；約束驅(qū)動(dòng)技術(shù)；幾何因果推理；特征模型技術(shù)；土石壩

參數(shù)化方法的本質(zhì)是基于約束的產(chǎn)品描述方法[1]。參數(shù)化設(shè)計(jì)的基本原理是系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中自動(dòng)地捕獲用戶的設(shè)計(jì)意圖，從而將用戶設(shè)計(jì)中的各個(gè)設(shè)計(jì)對(duì)象以及對(duì)象之間的關(guān)系記錄下來(lái)，而當(dāng)用戶通過(guò)修改圖紙中尺寸標(biāo)注或設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)對(duì)圖紙進(jìn)行必要的修改，使圖形中反映用戶設(shè)計(jì)意圖的設(shè)計(jì)對(duì)象之間的關(guān)系依舊得以維持。

目前參數(shù)化設(shè)計(jì)方法主要分為基于約束的模型參數(shù)化設(shè)計(jì)(例如約束驅(qū)動(dòng)技術(shù))，基于歷史的模型參數(shù)化設(shè)計(jì)(如幾何因果推理技術(shù))和基于特征模型的參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)[2]。三種參數(shù)化技術(shù)應(yīng)用側(cè)重點(diǎn)不同，約束驅(qū)動(dòng)技術(shù)關(guān)注的是局部推理過(guò)程，幾何因果推理技術(shù)更加關(guān)注于全局推理，而特征模型技術(shù)則看重軟件的復(fù)用。每種技術(shù)只能從一個(gè)方面解決參數(shù)化設(shè)計(jì)的問(wèn)題，因而在實(shí)際應(yīng)用中均有一定的局限性。文獻(xiàn)[3]從特征模型技術(shù)和約束驅(qū)動(dòng)技術(shù)出發(fā)進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，文獻(xiàn)[4]參數(shù)化設(shè)計(jì)的重點(diǎn)集中于模型構(gòu)建時(shí)期，而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體流程的參數(shù)化設(shè)計(jì)并不多。

本文以參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件 GC(generative component)為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，以土石壩模型的參數(shù)化設(shè)計(jì)為應(yīng)用背景，將三種技術(shù)結(jié)合使用以規(guī)避各自技術(shù)中的局限性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體流程的參數(shù)化設(shè)計(jì)。使用幾何因果推理技術(shù)確定土石壩壩體模塊的各個(gè)元素的構(gòu)建過(guò)程及各幾何元素的約束關(guān)系；采用約束驅(qū)動(dòng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)修改某一土石壩壩體模塊參數(shù)而與其相關(guān)聯(lián)所有模塊參數(shù)均發(fā)生規(guī)則性變化的功能；最后使用特征模型技術(shù)生成用戶自定義的土石壩壩體模塊的特征庫(kù)，并利用特征庫(kù)快速實(shí)現(xiàn)模型裝配功能。

1 關(guān)鍵技術(shù)與改進(jìn)

1.1 約束驅(qū)動(dòng)技術(shù)

約束是描述一組對(duì)象所必須滿足的某種特定關(guān)系的斷言，可表示為：

其中，Type表示約束的類型，ei表示受約束的元素。在約束中由用戶控制，能夠獨(dú)立變化的參數(shù)稱為主約束或者主參數(shù)，其他約束可由圖形結(jié)構(gòu)特征確定或與主約束有確定關(guān)系，稱為次約束。

約束驅(qū)動(dòng)過(guò)程如下[5]：當(dāng)用戶對(duì)原始模型的幾何元素主約束做出修改，會(huì)使得原本處于穩(wěn)態(tài)模型中的某些約束得不到滿足，這時(shí)可通過(guò)約束驅(qū)動(dòng)算法按照某一規(guī)則調(diào)整模型中該約束所限制的被約束元素的幾何特征點(diǎn)的分布位置，使得該約束重新滿足，如果被修改的約束元素使得約束集合中的其他約束得不到滿足，則重復(fù)上述過(guò)程，最終使得模型中所有的約束重新得到滿足。

約束驅(qū)動(dòng)的過(guò)程可由下面公式來(lái)表示：

其中，初始值P0為基點(diǎn)，其值可以任意取。Pn(n〉0)稱為從動(dòng)點(diǎn)，其值根據(jù)約束規(guī)則和幾何特征點(diǎn)Pn1的位置決定。?為約束規(guī)則，其具體內(nèi)容根據(jù)實(shí)際開(kāi)發(fā)系統(tǒng)而定。

約束驅(qū)動(dòng)過(guò)程的局限性表現(xiàn)為：①被修改約束元素的選擇必須要遵循一定的準(zhǔn)則，否則會(huì)造成約束驅(qū)動(dòng)過(guò)程的死循環(huán)；②若給定的約束集合中存在約束奇異(過(guò)約束或欠約束)，同樣會(huì)造成約束驅(qū)動(dòng)過(guò)程的死循環(huán)；③如果對(duì)某個(gè)約束元素的值修改幅度過(guò)大，有可能導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)過(guò)程出錯(cuò)。

1.2 幾何因果推理技術(shù)

幾何因果推理技術(shù)通過(guò)直接分析約束集中約束與被約束對(duì)象之間的關(guān)系將幾何對(duì)象求解次序直接計(jì)算出來(lái)，從而避免了約束驅(qū)動(dòng)技術(shù)中存在的幾何元素重復(fù)求解以及過(guò)約束或欠約束問(wèn)題[5-6]，是全局推理的過(guò)程。

幾何因果推理技術(shù)的基本原理是通過(guò)降低被約束元素的自由度獲取幾何元素的求解次序。幾何元素的自由度是指幾何元素內(nèi)部未知自由變量的個(gè)數(shù)，由約束引起的某個(gè)元素的自由度的減少量稱為該元素的約束度(或稱為自由度虧損)[7]。例如平面上一個(gè)點(diǎn)P(x,y)自由度為2，直線的自由度為2，圓的自由度為3，而指定圓心在點(diǎn)P(X0,Y0)上的圓，其自由度為1，約束度為2。

幾何因果推理技術(shù)的過(guò)程如圖1所示：①推理過(guò)程中以有向連通圖各頂點(diǎn)的入度代表該頂點(diǎn)的約束度，當(dāng)該頂點(diǎn)的入度等于其自由度時(shí)(即約束度等于自由度)，說(shuō)明此頂點(diǎn)被完全確定下來(lái)；②將約束作為有向邊引入時(shí)，其最初方向是任意的，然后根據(jù)頂點(diǎn)的入度和自由度進(jìn)行方向調(diào)整。對(duì)于連通圖的拓?fù)渑判蜻^(guò)程實(shí)際上是尋找強(qiáng)連通子圖的拓?fù)渑判蜻^(guò)程，這樣通過(guò)幾何因果推理技術(shù)可以得到幾何元素等價(jià)類上的半序關(guān)系，此半序關(guān)系就決定了模型構(gòu)建過(guò)程各個(gè)幾何元素的生成順序，同時(shí)將幾何元素之間的約束關(guān)系也考慮在內(nèi)。

幾何推理技術(shù)的局限在于：對(duì)于最終的連通圖，很可能會(huì)出現(xiàn)循環(huán)約束。即某些子約束網(wǎng)內(nèi)部的幾何元素之間沒(méi)有一種必然的前后次序關(guān)系。很多學(xué)者對(duì)此問(wèn)題提出了一些求解方案：文獻(xiàn)[5]針對(duì)簡(jiǎn)單循環(huán)約束情形，提出通過(guò)定義一些高級(jí)規(guī)則(例如添加輔助幾何元素)將循環(huán)約束中相互依賴的各個(gè)節(jié)點(diǎn)逐個(gè)線性求解，文獻(xiàn)[6]提出將循環(huán)約束條件轉(zhuǎn)化為數(shù)值方程組，通過(guò)迭代算法計(jì)算得到結(jié)果，但在實(shí)際應(yīng)用中并無(wú)通用的解決方法。

圖1 幾何因果推理過(guò)程

1.3 特征模型技術(shù)

特征是含有特定的設(shè)計(jì)和制造內(nèi)涵的信息集合，是一組相互關(guān)聯(lián)的幾何實(shí)體及其屬性所構(gòu)成的特定形狀。它不僅按一定拓?fù)潢P(guān)系組成，且反映特定的工程語(yǔ)義，適宜在設(shè)計(jì)、分析和制造中使用[2,8]。基于特征建模，并將特征模板存入特征庫(kù)，其包含特征拓?fù)潢P(guān)系和約束關(guān)系等設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖。特征模型技術(shù)是軟件模型復(fù)用思想的有力推動(dòng)者，其根本目的在于實(shí)現(xiàn)“組裝而不構(gòu)建”的模型設(shè)計(jì)理念，可以讓用戶從繁雜的模型構(gòu)建過(guò)程中脫離出來(lái)，只需輸入必要的模型參數(shù)信息，系統(tǒng)根據(jù)輸入自動(dòng)捕獲其約束規(guī)則和拓?fù)潢P(guān)系，自動(dòng)生成模型構(gòu)件，能大大簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)修改的過(guò)程[9]。

特征模型技術(shù)允許用戶自定義特征，利用基本的圖元特征，例如點(diǎn)、線、面等元特征進(jìn)行組合構(gòu)建成二維特征，生成三維實(shí)體特征，然后利用布爾運(yùn)算、鉆孔技術(shù)、倒角技術(shù)等對(duì)三維實(shí)體進(jìn)行加工，得到最終的實(shí)體特征[10]。其基本操作過(guò)程為：定義輸入元素→生成輸出元素→生成基本特征，在此過(guò)程中系統(tǒng)按順序記錄所有特征以及對(duì)模型特征的修改工作。

1.4 改進(jìn)的系統(tǒng)整體流程參數(shù)化設(shè)計(jì)模式

由上可知，約束驅(qū)動(dòng)技術(shù)主要用于模型構(gòu)造過(guò)程和構(gòu)造后期模型參數(shù)的動(dòng)態(tài)修改；幾何因果推理技術(shù)是在建模階段進(jìn)行對(duì)模型全局式的分析構(gòu)造，特征模型技術(shù)主要用來(lái)生成模型特征庫(kù)，滿足用戶自定義的模型自動(dòng)生成和模型裝配。三種技術(shù)側(cè)重點(diǎn)不同，且均存在一定的局限性。本文主要實(shí)現(xiàn)對(duì)三種技術(shù)改進(jìn)，并完成整體流程的參數(shù)化設(shè)計(jì)(如圖2)：

圖2 基于改進(jìn)方法的系統(tǒng)整體流程參數(shù)化設(shè)計(jì)框架圖

(1) 本系統(tǒng)選用幾何因果推理技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)件模塊的創(chuàng)建。對(duì)于幾何因果推理技術(shù)中的循環(huán)約束問(wèn)題，系統(tǒng)需對(duì)約束條件的確定和選取進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)可能引起循環(huán)約束的條件進(jìn)行修改或者刪除，保證系統(tǒng)中所有元素都滿足半序關(guān)系。

(2) 系統(tǒng)利用約束驅(qū)動(dòng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)構(gòu)件模塊參數(shù)的動(dòng)態(tài)修改，針對(duì)約束驅(qū)動(dòng)技術(shù)的局限性：調(diào)整元素的選取，約束奇異的調(diào)整和參數(shù)修改范圍確定。系統(tǒng)通過(guò)建模過(guò)程的幾何因果推理技術(shù)對(duì)約束奇異進(jìn)行修改；幾何因果推理技術(shù)保證模型嚴(yán)格按照約束規(guī)則和拓?fù)漤樞蜻M(jìn)行構(gòu)建，此構(gòu)建過(guò)程決定了調(diào)整元素的選擇；系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際開(kāi)發(fā)需求給出每個(gè)參數(shù)元素的取值范圍，防止約束驅(qū)動(dòng)過(guò)程因參數(shù)修改幅度范圍過(guò)大造成驅(qū)動(dòng)過(guò)程報(bào)錯(cuò)。

(3) 特征模型技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)軟件復(fù)用，但在實(shí)際操作中，子特征組合狀態(tài)選擇以及所選擇的特征組合能否完全滿足特征模型中內(nèi)含的約束關(guān)系成為特征模型技術(shù)的難點(diǎn)。對(duì)此，本文在進(jìn)行各個(gè)特征體建模時(shí)就考慮到子特征狀態(tài)的組合關(guān)系和約束關(guān)系，利用幾何因果推理技術(shù)確定三維實(shí)體是以點(diǎn)作為元特征，然后由點(diǎn)生成線、面、體基本特征，模型生成過(guò)程存在著一條從點(diǎn)元特征出發(fā)，到達(dá)所有基本特征的路徑，此點(diǎn)作為特征構(gòu)造的基點(diǎn)，而路徑保存了模型的所有約束規(guī)則。

2 實(shí)例應(yīng)用分析

本文對(duì)一個(gè)簡(jiǎn)化的土石壩壩體進(jìn)行整體綜合參數(shù)化設(shè)計(jì)并進(jìn)行實(shí)例分析。圖 3所示，土石壩壩體的每一個(gè)模塊都可以作為特征構(gòu)件，這些特征同時(shí)可以拆分為多個(gè)不同的子特征，此外，特征之間存在著約束關(guān)系，例如斜墻和心墻之間的異/或關(guān)系，心墻反濾層和排水體反濾層之間的或關(guān)系，馬道和上/下游壩身的組合關(guān)系。

圖3 簡(jiǎn)化的土石壩壩體特征模型圖

2.1 幾何因果推理技術(shù)在壩身設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在土石壩上游壩身中利用幾何因果推理技術(shù)進(jìn)行模型構(gòu)建的具體過(guò)程。

圖4是土石壩上游壩身(含心墻)的二維草圖，土石壩模型的已知變量如表 1所示，根據(jù)草圖和已知變量表，可用以下約束集來(lái)描述圖形(表2)。在約束引入之前，草圖中所有的頂點(diǎn)和邊的自由度都為2。在約束集中，約束條件1確定了P1的坐標(biāo)，這時(shí)候雖然在圖形上是一條約束邊，但是其約束度為2。通過(guò)分析約束集的約束，發(fā)現(xiàn)對(duì)于約束31，其值可以通過(guò)約束10，約束21和約束27確定，屬于過(guò)約束條件，應(yīng)該刪去。最終，根據(jù)約束集得到的有向連通圖如圖 4所示，其中邊的權(quán)值代表約束集中約束的編號(hào)。

表1 土石壩上游壩身(含心墻)已知參數(shù)表

對(duì)于得到的上游壩身(含心墻)有向連通圖(圖5)，因?yàn)橄到y(tǒng)之前的約束條件選取保證了連通圖中沒(méi)有循環(huán)約束環(huán)，對(duì)其進(jìn)行拓?fù)渑判蚩梢缘玫揭韵滦蛄校篜1→L1→L2→P2→L3→P3→P4→L4→L5→P5→P6→L6→L7→L9→P9→P7→L8→P8。此序列決定了土石壩上游壩身各幾何元素特征點(diǎn)的構(gòu)建過(guò)程。遵循此拓?fù)渑判蛲瑫r(shí)考慮設(shè)計(jì)過(guò)程的約束條件，可得到上游壩身幾何特征點(diǎn)的約束創(chuàng)建圖，如圖 6所示，其中邊上的條件即為特征點(diǎn)生成的約束關(guān)系，箭頭代表了約束關(guān)系發(fā)生變化時(shí)被調(diào)整元素的選擇，頂點(diǎn)Point10和頂點(diǎn)Point11是為方便建模而引入的臨時(shí)頂點(diǎn)，在實(shí)際生成的壩體模型中不存在。最終得到的上游壩身模型效果如圖7所示。

圖4 土石壩上游壩身(含心墻)草圖

圖5 土石壩上游壩身(含心墻)有向連通圖

圖6 上游壩身幾何特征點(diǎn)創(chuàng)建圖

2.2 約束驅(qū)動(dòng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)模型參數(shù)動(dòng)態(tài)修改

系統(tǒng)利用約束驅(qū)動(dòng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)土石壩壩體模型參數(shù)的動(dòng)態(tài)修改。為方便模型參數(shù)錄入和后期修改，系統(tǒng)使用Excel保存參數(shù)信息，通過(guò)修改預(yù)先錄入 Excel表格中的參數(shù)可即時(shí)的自動(dòng)化建模或進(jìn)行模型修改，大大提高設(shè)計(jì)效率。土石壩上游壩體構(gòu)件：上游壩身，上游砂礫墊層和上游干砌石護(hù)坡緊緊貼合，在壩體實(shí)際構(gòu)建中，三個(gè)模型需要對(duì)貼合面參數(shù)進(jìn)行共享。下面以土石壩上游壩身，土石壩上游砂礫墊層和土石壩上游干砌石護(hù)坡為例說(shuō)明約束驅(qū)動(dòng)的具體實(shí)現(xiàn)：

表2 土石壩上游壩身(含心墻)約束集合

(1) 從Excel數(shù)據(jù)庫(kù)中導(dǎo)入?yún)?shù)信息。

(2) 將導(dǎo)入的參數(shù)信息分別關(guān)聯(lián)到各個(gè)壩體模塊。

(3) 遵照幾何因果推理技術(shù)確定的參數(shù)約束規(guī)則和參數(shù)調(diào)整規(guī)則對(duì)模型相關(guān)參數(shù)進(jìn)行修改(圖6所示)。表 3給出了土石壩上游壩身，上游砂礫墊層和上游干砌石護(hù)坡的公共參數(shù)表。參數(shù)修改前后模型變化如圖8所示。

圖7 上游壩身模型效果圖

圖8 模型參數(shù)動(dòng)態(tài)修改演示效果

表3 土石壩上游壩體構(gòu)件公共參數(shù)表

2.3 GC中特征模型技術(shù)的應(yīng)用

2.3.1 利用特征模型技術(shù)生成壩體特征庫(kù)

對(duì)于生成上游干砌石護(hù)坡模型，借助GC軟件利用特征模型技術(shù)可生成上游干砌石護(hù)坡特征庫(kù)，滿足用戶僅輸入基本參數(shù)信息自動(dòng)生成模型特征的需求。在GC中特征可以是坐標(biāo)系、頂點(diǎn)、變量、面、體等。上游干砌石護(hù)坡的構(gòu)造過(guò)程可按照上面介紹的幾何因果推理技術(shù)完成，特征基點(diǎn)也定義為 Point01，其構(gòu)造圖中必然存在從Point01出發(fā)，到達(dá)所有基本幾何特征點(diǎn)的路徑。

對(duì)于最終生成的土石壩上游壩身的所有幾何元素選擇根據(jù)系統(tǒng)需求選擇輸入元素和輸出元素。輸入元素是由用戶指定的生成模型所必需的元素，系統(tǒng)根據(jù)用戶的輸入對(duì)這些輸入元素復(fù)制，遵循各個(gè)元素之間的約束規(guī)則，生成輸出元素。這里指定此用戶自定義的上游干砌石護(hù)坡特征名稱為 T_SYGQSHP，同時(shí)指定空間坐標(biāo)系，所有的參數(shù)變量和放置基點(diǎn)(Point01)做輸入元素(如圖9)，為了方便用戶操作，對(duì)以上輸入變量設(shè)置了初始值(空間坐標(biāo)系和模型放置原點(diǎn)除外)。剩余的元素則被自動(dòng)歸類為輸出元素。系統(tǒng)根據(jù)輸入元素，結(jié)合各個(gè)輸入元素之間的約束關(guān)系，生成輸出元素，至此，一個(gè)完整的土石壩上游干砌石護(hù)坡特征庫(kù)生成。

圖9 定義上游干砌石護(hù)坡特征庫(kù)輸入元素

可以通過(guò)手動(dòng)輸入土石壩上游干砌石護(hù)坡的主特征(輸入元素)：空間坐標(biāo)系、放置原點(diǎn)和模型參數(shù)，系統(tǒng)根據(jù)各個(gè)主特征的約束關(guān)系，生成輸出元素，即上游干砌石護(hù)坡模型。如圖10，左圖為土石壩上游壩身特征定義，通過(guò)制定的上游干砌石護(hù)坡的輸入元素，可以直接得到右圖模型構(gòu)件。

2.3.2 利用特征模型技術(shù)實(shí)現(xiàn)模型的快速裝配

利用特征模型技術(shù)生成的特征庫(kù)模型的放置坐標(biāo)系和放置基點(diǎn)可由用戶隨意指定，利用此特點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)特征庫(kù)模型的快速裝配功能。

在生成模型時(shí)，將模型的放置基點(diǎn)作為裝配點(diǎn)來(lái)使用，則利用特征庫(kù)生成模型時(shí)放置基點(diǎn)不再隨意的指定，而是根據(jù)實(shí)際裝配的規(guī)則，將各個(gè)裝配點(diǎn)作為每個(gè)模型的放置基點(diǎn)進(jìn)行輸入，根據(jù)此輸入元素和裝配設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)模型的快速裝配。圖11給出了整個(gè)大壩模型的裝配效果圖。除了最初放置模型防浪墻的放置基點(diǎn)被用戶隨意指定外，其他所有模型的放置基點(diǎn)都嚴(yán)格按照裝配規(guī)則選擇正確的裝配點(diǎn)作為放置基點(diǎn)。

圖10 利用上游干砌石護(hù)坡特征庫(kù)構(gòu)建上游干砌石護(hù)坡

圖11 土石壩特征模型裝配效果圖

3 結(jié) 束 語(yǔ)

本文以土石壩參數(shù)化設(shè)計(jì)為開(kāi)發(fā)背景，詳細(xì)介紹了如何利用約束驅(qū)動(dòng)技術(shù)、幾何因果推理技術(shù)和模型特征技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體流程的參數(shù)化設(shè)計(jì)過(guò)程。為解決各種技術(shù)中的不足，系統(tǒng)選擇將三種技術(shù)結(jié)合使用，幾何因果推理技術(shù)保證系統(tǒng)構(gòu)建按照正確的約束規(guī)則順序生成模型特征點(diǎn)，這些順序同時(shí)決定了約束驅(qū)動(dòng)過(guò)程的調(diào)整元素的選取，而且在生成模型特征點(diǎn)時(shí)，每個(gè)模型參數(shù)的取值修改范圍進(jìn)行了確定，防止約束驅(qū)動(dòng)過(guò)程中因?yàn)榧s束參數(shù)修改幅度過(guò)大引起約束發(fā)散的現(xiàn)象；約束驅(qū)動(dòng)技術(shù)能準(zhǔn)確地保存各個(gè)幾何元素之間的約束關(guān)系，實(shí)現(xiàn)模型關(guān)聯(lián)參數(shù)的動(dòng)態(tài)修改；模型特征技術(shù)通過(guò)保存模型構(gòu)件的輸入輸出元素，實(shí)現(xiàn)用戶自定義的模板庫(kù)的生成，完成特征模型的裝配，改進(jìn)方法能有效地將參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)貫穿于整個(gè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)流程中，從而提高參數(shù)化設(shè)計(jì)的效率。

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Research on the Key Technologies of Earth-Rock Dam Parametric Design

Li Juan1,2, Wang Zongmin2,3, Lin Yusong2, Yang Haibo2,3
(1. School of Information Engineering, Zhengzhou University, Zhengzhou Henan 450001, China; 2. Henan Provincial Key Laboratory on Information Networking, Zhengzhou Henan 450052, China; 3. School of Water Conservancy and Environment Engineering, Zhengzhou University, Zhengzhou Henan 450001, China)

Based on a case study of earth-rock dam parametric design and the development platform of parametric design software generative component (GC), a new design pattern is proposed which is used to extract the design process parameters of whole system. Geometric causal reasoning techniques are used to firstly determine the order of the earth-rock model feature points, and then the constraint-driven technology is utilized to modify the module parameters of rock fill dam. Feature modeling techniques are used to achieve user-defined features library and assembly model. The experiments prove that the combination of the three techniques can solve the drawbacks of the techniques, improve the efficiency of parametric design, and realize parametric design.

parametric design; constraint-driven technology; geometric causal reasoning; feature modeling techniques; earth-rock dam

TP 391.72

A

2095-302X(2015)01-0028-07

2014-10-08；定稿日期：2014-11-24

河南省科技計(jì)劃重點(diǎn)攻關(guān)資助項(xiàng)目(112102210458)

李 娟(1990-)，女，河南舞陽(yáng)人，碩士研究生。主要研究方向?yàn)樘摂M現(xiàn)實(shí)。E-mail：409194923@qq.com

王宗敏(1964-)，男，河南滎陽(yáng)人，教授，博士生導(dǎo)師。主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、水利信息技術(shù)。E-mail：zmwang@zzu.edu.cn