基于ObjectARX的實體建模技術與應用*

王　博，程耀東，朱奕蓓，楊　軍（1.蘭州交通大學　測繪與地理信息學院，甘肅　蘭州　70070；2.甘肅省地理國情監(jiān)測工程實驗室，甘肅　蘭州　70070；.蘭州交通大學　甘肅省道路橋梁與地下工程重點實驗室，甘肅　蘭州　70070；.蘭州交通大學　電子與信息工程學院，甘肅　蘭州　70070）

基于ObjectARX的實體建模技術與應用*

王博1，2，程耀東3，朱奕蓓3，楊軍4
（1.蘭州交通大學測繪與地理信息學院，甘肅蘭州730070；2.甘肅省地理國情監(jiān)測工程實驗室，甘肅蘭州730070；3.蘭州交通大學甘肅省道路橋梁與地下工程重點實驗室，甘肅蘭州730070；4.蘭州交通大學電子與信息工程學院，甘肅蘭州730070）

三維實體模型是建立三維可視化信息系統(tǒng)的基礎，通過對幾何造型及圖形處理基本理論和方法的研究，基于構造實體幾何法的理論，對ObjectARX工具中三維圖形接口和實體造型方法進行了探討，用Visual C++和ObjectARX工具進行二次開發(fā)，實現(xiàn)了三維實體自動建模、圖形變換和布爾運算等操作方法，并以橋梁結構為例進行了的參數(shù)化建模，為橋梁信息化平臺的建設提供素材。

計算機應用；實體建模；ObjectARX開發(fā)工具；圖形變換；布爾運算

［2-4］對OpenGL建模技術進行了研究，參考文獻［5-8］對三維建模技術、橋梁設計及可視化進行了研究。本文通過對實體模型構造方法的研究，探討工程物的參數(shù)化建模、圖形變換、集合運算等方法，運用Visual C++2005語言和ObjectARX開發(fā)工具包，對AutoCAD進行二次開發(fā)，建立實體圖形數(shù)據(jù)庫接口，實現(xiàn)工程物的參數(shù)化自動建模，為三維可視化和信息化平臺的建立奠定圖形及數(shù)據(jù)基礎［9］。

1　基于ObjectARX的實體構造方法

構造實體幾何法（Constructive Solid Geometry，CSG）是當前許多CAD/CAM系統(tǒng)采用的表示三維形體的一種方法［10］。CSG用系統(tǒng)定義的簡單幾何形體及正則集合運算，可構造出復雜實體。其基本思想是：一個較復雜三維形體可以通過一些基本形體的并、交、差集等集合運算來正確表示。

1.1基本體造型方法

在ObjectARX中，三維實體屬于AcDb3dSolid類對象，對于一個幾何實體，AcDb3dSolid實體是一個容器和接口，通過AcDb3dSolid類的成員函數(shù)可以生成多種基本實體，通過布爾運算可生成復雜的組合體［11］。生成三維基本體的方法如下：

（1）用AcDb3dSolid類創(chuàng)建一個容器對象：

AcDb3dSolid p3dObj；

AcDb3dSolid*p3dObj=new AcDb3dSolid；

（2）建立基本體對象的一般形式：

指向AcDb3dSolid類對象的指針-＞創(chuàng)建基本三維實體對象成員函數(shù)；

如創(chuàng)建長方體的方法為：

p3dObj-＞createBox（xLen，yLen，zLen）；

（3）將三維實體用AddEntityToDbs（）數(shù)據(jù)庫接口寫入當前圖形數(shù)據(jù)庫中。

1.2由二維對象用推移表示法創(chuàng)建三維實體

將物體A沿空間一條軌跡P推移時，A的軌跡定義了一個新的物體B，則物體B可以由物體A與軌跡P共同表示，這種方法稱為推移表示法。

除了用AcDb3dSolid類的成員函數(shù)創(chuàng)建基本體外，也可在二維封閉圖形的基礎上，通過指定高度、路徑用推移法創(chuàng)建立體，或繞軸旋轉封閉區(qū)域生成三維實體。

1.2.1按指定的高度拉伸立體的方法

若將一個平面區(qū)域沿著垂直于該平面的直線段推移得到一個柱體，稱為平移掃掠，也叫拉伸。這種方法可用于生成棱柱、圓柱等立體，如橋梁的墩臺基礎、樁柱及其他等截面結構。由平面區(qū)域拉伸生成三維立體的AcDb3dSolid類成員函數(shù)為：

extrude（const AcDbRegion*pRegion，double height，double taper）；

其中，pRegion為面域；height為推移高度；當沿高度推移時，參數(shù)taper為0，則為柱體，非零時沿高度為呈線性遞減截面。

1.2.2按指定路徑掃掠形成立體

如果平面區(qū)域沿任意曲線推移，則稱為掃掠。這種方法將二維平面區(qū)域沿軌跡形成等截面實體，可應用于形成等截面梁體、拱橋和鋼結構桿件等。注意，在路徑和實體創(chuàng)建后，要分別將對象添加到圖形數(shù)據(jù)庫中。

2　三維實體的圖形變換和布爾運算

2.1基于ObjectARX的三維實體圖形變換方法

復雜工程物是由簡單體通過疊加、穿孔、截切等方式構成的，而由AcDb3dSolid類的成員函數(shù)形成簡單體的質心在WCS坐標的原點，所以，要用圖形變換方法，根據(jù)變換方式和順序形成變換矩陣，從而將立體變換到復雜體中確定的空間位置，然后用布爾運算形成復雜體。

在ObjectARX中，圖形變換的主要方式和變換矩陣形成方法如下：

（1）平移變換：mat_move.setCoordSystem（moveBy，x，y，z）。

（2）比例變換：mat_scale.setToScaling（scale，moveBy）。

（3）旋轉變換：mat_rotate.setToRotation（α，y，moveBy）。

（4）鏡像變換：是以某坐標面為對稱面對實體進行對稱變換。

（5）由變換矩陣進行實體模型變換。

確定圖形變換矩陣后，即可對類AcDb3dSolid的成員函數(shù)創(chuàng)建的實體進行變換，再將實體添加到圖形數(shù)據(jù)庫的塊表中。實現(xiàn)立體變換的方法為：

transformBy（const AcGeMatrix3d＆xform）；

2.2復雜三維實體的布爾運算

由基本體函數(shù)或二維對象拉伸、掃掠、旋轉只能生成一些單個的簡單體，由簡單體形成復雜形體必須通過布爾運算才能實現(xiàn)。布爾運算有并（UNION）、交（SUBTRACT）、差（INTERSECTION）3種［12］。

在ObjectARX的編程中，對實體進行布爾運算使用AcDb3dSolid類的成員函數(shù)：

booleanOper（AcDb：：BooloperType operation，AcDb3dSolid*pSolid）；

其中，布爾運算類型operation取值為AcDb：：kBoomlUnite（并集）、AcDb：：kBoolIntersect（交集）和AcDb：：kBoolSubtract（差集）；pSolid表示另一個參與布爾運算的實體的指針。

3　拱橋建模實例

圖1（a）為縱梁和橫梁斷面圖，圖1（b）為拱形橋梁上部結構立體圖，拱形為鋼管拱，直徑φ800mm，由設計圖可獲取各部分結構的截面定形尺寸參數(shù)，拱橋的三維建模方法如下。

圖1　拱橋梁部立體和部分截面尺寸

（1）拱形立體建模

拱形結構用掃掠方法進行建模。方法如下：

①掃掠對象定義：拱截面為圓，則掃掠對象定義為：AcDbCircle*pCirc=new AcDbCircle（center，normal，800）；

②由封閉邊界生成面域：封閉邊界是圓，形成面域的方法見1.2.1。

③生成掃掠路徑：拱形建模時，圓截面的掃掠路徑為拱軸線，采用AcGePoint3dArray類定義三維坐標數(shù)組pt3d，存儲拱軸線各頂點的坐標，并用setLogicalLength（n）成員函數(shù)定義數(shù)組長度，然后對數(shù)組賦值，用AcDb3dPolyline類成員函數(shù)AcDb3dPolyline（）創(chuàng)建空間掃掠路徑。

④創(chuàng)建三維實體。先創(chuàng)建實體的容器和接口，再通過類的成員函數(shù)extrudeAlongPath（）生成三維實體，然后將實體添加到圖形數(shù)據(jù)庫中，最后用delete刪除面域指針pRegion。

（2）梁體結構建模

梁體包括縱梁、端橫梁、中間橫梁及橋面板等結構，梁體拉伸方法如下：

①如圖1（a）所示，分別創(chuàng)建縱梁與橫梁二維多段線封閉圖形。

②將梁體截面圖形生成面域，沿Z軸方向拉伸立體長度。

③采用旋轉、平移等變換將立體放在指定位置。

④用布爾運算的并集形成橋梁整體，如圖1（b）所示。

另外，若梁截面沿長度方向為非線性變化的變截面連續(xù)梁時，可采用放樣的方法形成梁體模型。

4　結論

計算機技術和幾何造型理論的發(fā)展，推動了設計領域由二維向三維的轉變，為三維可視化和信息化提供了立體模型和數(shù)據(jù)信息。研究構造實體幾何造型理論和方法，運用Visual C++語言和ObjectARX開發(fā)工具包，在AutoCAD環(huán)境下探討參數(shù)化自動建模方法，可為工程物快速建模提供便捷途徑。工程物三維模型的建立、設計參數(shù)和屬性信息的存儲，為工程技術人員提供了直觀研究設計方案、工程結構的平臺，也為工程物三維可視化信息系統(tǒng)的建立奠定了基礎。本文的立體建模和ObjectARX三維開發(fā)技術可給相關研究人員提供建模新思路。

參考文獻

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［12］程耀東，張麗萍，韓進，等.計算機繪圖與二次開發(fā)方法［M］.蘭州：甘肅科學技術出版社，2009.

ROHM開發(fā)出非常適合Freescale“i.MX 6SoloLite”處理器的高效電源管理IC

全球知名半導體制造商ROHM開發(fā)出非常適合FreescaleTMSemiconductor（以下簡稱“Freescale公司”）的應用處理器系列-“i.MX 6SoloLite”的高效電源管理IC（以下簡稱“PMIC”）“BD71805MWV”。

“i.MX 6SoloLite”處理器作為電池供電、注重功耗的應用平臺，不僅在電子書籍、可穿戴式設備領域，還在工業(yè)設備用手持終端和平板電腦等應用領域中取得驕人業(yè)績。

本產(chǎn)品利用ROHM一直以來積累的移動應用領域電源技術，面向i.MX 6SoloLite優(yōu)化電路結構，大幅降低待機狀態(tài)/工作狀態(tài)的功耗，為延長電池供電時間做出了巨大貢獻。

本產(chǎn)品已于2015年3月份開始出售樣品（600日元/個，不含稅），并已于2015年4月份建立起了完備的量產(chǎn)體制。前期工序的生產(chǎn)基地為ROHM濱松株式會社（濱松市），后期工序的生產(chǎn)基地為ROHM Electronics Philippines，Inc.。

（ROHM供稿）

The technology and application of solid modeling based on ObjectARX

Wang Bo1，2，Cheng Yaodong3，Zhu Yibei3，Yang Jun4
（1.Faculty of Geomatics，Lanzhou Jiaotong University，Lanzhou 730070，China；2.Gansu Provincial Engineering Laboratory for National Geographic State Monitoring，Lanzhou 730070，China；3.Key Laboratory of Road Bridge and Underground Engineering in Gansu Province，Lanzhou Jiaotong University，Lanzhou 730070，China；4.School of Electronic and Information Engineering，Lanzhou Jiaotong University，Lanzhou 730070，China）

Three-dimensional entity model is foundation for the building of 3D visualization information system.Through the research on the basic theory and method about geometric modeling and graphic processing，the paper discusses three-dimensional graphics interface and solid modeling method in ObjectARX tool which are based on the theory of constructive solid geometry.It realizes the three-dimensional solid automatic modeling，graphics transformations and Boolean operations with Visual C++ and ObjectARX tool for secondary development.Bridge structure is taken as an example of parametric modeling.It is the basis of the construction of bridge Information platform.

computer application；solid modeling；ObjectARX development kit；graphic transformation；Boolean operations

P282

A

1674-7720（2015）10-0096-03

0引言

2015-01-25）

王博（1989-），男，碩士研究生，主要研究方向：GIS及可視化。

程耀東（1963-），通信作者，男，教授，碩士，主要研究方向：工程CAD及可視化。E-mail：zydzcx@163.com。

國家自然科學基金項目（61462059）；甘肅省教學團隊基金（101004）

幾何造型的基本理論和方法自20世紀70年代開始創(chuàng)立，經(jīng)過幾十年的發(fā)展和研究，現(xiàn)已廣泛地應用在土木建筑、動畫制作、人體造型等領域的三維設計和立體圖形顯示。它是計算機及其圖形工具描述物體形狀、設計幾何形體、模擬物體動態(tài)處理過程的一門綜合技術。幾何造型主要包括曲面造型、實體造型、特征造型等［1］。