基于IGES格式的產(chǎn)品三維模型轉(zhuǎn)換方式的創(chuàng)新研究

王瑞（南瑞集團公司（國網(wǎng)電力科學研究院），上海，200335）

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基于IGES格式的產(chǎn)品三維模型轉(zhuǎn)換方式的創(chuàng)新研究

王瑞
（南瑞集團公司（國網(wǎng)電力科學研究院），上海，200335）

摘 要：本文以Solid Edge與Maya兩種具有代表性的三維軟件為例，創(chuàng)新采用IGES格式與ASCII編碼作為模型轉(zhuǎn)換媒介，開展三維軟件和產(chǎn)品模型轉(zhuǎn)換技術的創(chuàng)新研究與綜合應用。在不破壞三維模型原有結構的前提下，實現(xiàn)工程模型在動畫軟件中完美轉(zhuǎn)換。

關鍵詞：三維建模；IGES；ASCII；后期處理

引言

隨著我國工業(yè)及信息技術的迅猛發(fā)展，計算機輔助設計已日趨成熟并廣泛應用于工程技術領域。相較于傳統(tǒng)二維制圖軟件，三維工程軟件因其各方面的突出優(yōu)勢，已使得產(chǎn)品設計方式及手段發(fā)生了深刻變革。然而，三維工程軟件的側(cè)重點在于零件的建模與裝配，軟件后期處理模塊的界面友好性及最終效果相較專業(yè)三維動畫軟件差距較為明顯，嚴重制約了產(chǎn)品的推廣宣傳效果與模型的深化應用［1］。

本文基于Solid Edge與Maya兩種較有代表性的三維軟件，采用IGES格式與ASCII編碼作為模型轉(zhuǎn)換媒介，探索了在不破壞三維模型原有結構的前提下，實現(xiàn)工程模型在動畫軟件中的轉(zhuǎn)換。

1 IGES格式及相關軟件說明

IGES格式全稱為The Initial Graphics Exchange Specification，翻譯為“始化圖形交換規(guī)范”，是一種在計算機輔助設計領域常用的信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標準［2］。

Siemens Solid Edge是西門子公司的一款專業(yè)三維CAD軟件。因其通用性高、功能強大等特點，已在機械結構設計、鈑金加工等領域廣泛使用。

Autodesk Maya是歐克特公司研發(fā)的專業(yè)三維動畫軟件，其在燈光、材質(zhì)及渲染方面的后期處理功能強大，在行業(yè)中應用較為廣泛。

2 模型轉(zhuǎn)換的技術難點

由于各主流三維軟件間的兼容性較差，傳統(tǒng)三維工程軟件繪制出的模型無法直接導入到三維動畫軟件［3，4］。因此，行業(yè)中針對模型后期處理的方式一般是將模型直接在三維工程軟件中進行編輯，工程技術人員使用軟件對模型進行材質(zhì)、燈光及動畫等模塊的參數(shù)設定。

上述手段雖然避免了各軟件間兼容性問題，但用戶需要花費大量精力對模型進行二次處理。此外，三維工程軟件的側(cè)重點在于零件的建模與裝配，軟件后期處理模塊的界面友好性及最終效果相較專業(yè)三維動畫軟件差距十分明顯。因此，工程技術人員亟需一種創(chuàng)新手段來實現(xiàn)工程模型在動畫軟件中完美轉(zhuǎn)換的目的，為模型后期在動畫軟件中的深化應用創(chuàng)造良好的條件。

3 IGES格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換原理

IGES格式數(shù)據(jù)可由二進制碼或ASCII碼兩種格式代碼組成［5］，本課題使用ASCII碼作為模型轉(zhuǎn)換過程中的數(shù)字編碼。IGES格式中的模型可根據(jù)ASCII碼劃分為6個數(shù)字段：起始段、目錄段、全程段、參數(shù)段、標志段和結束段。模型數(shù)字段編碼規(guī)則可與主流三維工程及動畫軟件內(nèi)部的編碼規(guī)則相匹配，各數(shù)字段編碼對應標識符如表1所示。

表1 IGES格式各功能編碼段對應標識符字母一覽表

模型的形狀、位置及顏色等各屬性信息也有與之對應的ASCII碼值，通過編碼參數(shù)化傳遞方式保證了模型信息轉(zhuǎn)換的時效性與準確性。此外，用戶還可根據(jù)實際需要繞過三維工程軟件直接對模型ASCII碼碼值進行二次編輯，大大提高了模型使用的便捷性與復用性。模型屬性信息ASCII碼對應碼值如表2所示。

表2 IGES格式模型屬性信息ASCII碼對應碼值（部分）

下面給出IGES格式轉(zhuǎn)換實例，圖1是空間三角形ABC在直角坐標系中的示意圖，三個坐標點的位置分別是A（0，0，0）、B（0，1，0）、C（3，1，0）。參照ASCII碼編碼規(guī)則IGES格式對應的編碼如下頁表3所示。

圖1 空間三角形ABC三點坐標圖

4 模型轉(zhuǎn)換思路

本課題基于IGES格式轉(zhuǎn)換原理，通過三維軟件內(nèi)部前處理器將三維模型的幾何形狀、位置及裝配關系以編碼的形式儲存在IGES格式文件中。用戶可根據(jù)實際情況對IGES中的數(shù)字編碼進行二次編輯，并導入三維動畫軟件；

三維動畫軟件后處理器將識別出IGES文件中的ASCII碼碼值，將數(shù)字編碼轉(zhuǎn)化為可被三維動畫軟件識別的實體模型，實現(xiàn)模型在三維工程與動畫軟件間實時、準確的轉(zhuǎn)換。

表3 空間三角形IGES格式對應ASCII碼（部分）

該方法從源頭避免了軟件兼容性問題導致的模型轉(zhuǎn)換失敗或轉(zhuǎn)換不徹底問題。在不改變模型基本結構的前提下，實現(xiàn)模型在三維工程軟件與三維動畫軟件間的完美轉(zhuǎn)換。三維模型轉(zhuǎn)換思路見圖2。

圖2 基于IGES格式的三維模型轉(zhuǎn)換思路

5 模型轉(zhuǎn)換的應用

（1）本課題以機械產(chǎn)品零部件“瓷套”為例（見圖3），通過SolidEdge前處理器將“瓷套”par格式模型轉(zhuǎn)為IGES格式。模型“瓷套”中位置、形狀等所有屬性將以編碼的形式存儲在IGES文件中。

圖3 SolidEdge中“瓷套”三維模型

（2）使用文檔編輯軟件打開生成的IGES格式ASCⅡ編碼，將源碼參數(shù)中的直線、圓弧、變換矩陣、樣條曲線根據(jù)實際需求執(zhí)行修改、增加或刪除等操作。本課題中“瓷套”IGES格式的部分ASCⅡ源碼如下頁表4所示。

（3）使用Maya軟件導入功能，導配置完成后的IGES文件。Maya將ASCⅡ碼通過后處理器轉(zhuǎn)化為軟件本身可以識別的實體模型。

導入后的“瓷套”在Maya中的效果見圖4所示。

圖4 Maya中的“瓷套”三維模型

表4 “瓷套”IGES格式ASCⅡ源碼表（部分）

6 結束語

針對各主流三維軟件間的兼容性較差，在傳統(tǒng)三維工程軟件繪制出的模型無法直接導入到三維動畫軟件的問題，本文提出了創(chuàng)新的方法，期待對同行有所幫助。

參考文獻

［1］ 楊林.復雜曲面機器人自動研磨拋光控制的研究［D］.沈陽：東北大學， 2011

［2］ 張曉斌.基于特征的CAD數(shù)據(jù)交換技術研究［D］.杭州：浙江大學， 2005.

［3］ 曲美亭.數(shù)碼時代之三維空間視覺設計初探［J］.赤子， 2014， （5）：02-06.

［4］ 張清泉.計算機輔助設計相關軟件介紹及選擇［J］.科技創(chuàng)新導報， 2005， （15）： 4-6

［5］ 龍文剛.基于IGES的多學科數(shù)據(jù)管理方法研究［D］.蘭州：西北大學， 2007.

［6］ 劉芬.反求系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口的研究［D］.武漢：華中科技大學， 2003.

Research on the Innovation of Product 3D Model Transformation Method Based on IGES Format

Rui Wang
（NARI Group Corporation，State Grid Electric Power Research Institute， Shanghai， 200335， China）

Abstract：This topic took two more representative of the 3D software with Solid Edge and Maya forexample， innovatived using IGES format and ASCII code as a model transformation media， carried out technology innovation research and comprehensive application of 3D software and product model transformation.Under the premise of not changing the original structure of the 3D model， the goal of achieving the perfect transformation of the engineering model in the animation software was realized.

Key words：3D Modeling； ASCII； IGES； Postprocessing

中圖分類號：TB237

文獻標識碼：A

文章編號：2095-8412 （2016） 02-230-04

DOI：工業(yè)技術創(chuàng)新 URL： http//www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.02.029

作者簡介：

王瑞（1990-），男，工學學士，助理工程師。就職于南瑞集團公司（國網(wǎng)電力科學研究院）下屬子公司上海置信電氣股份有限公司研發(fā)中心。研究方向：計算機輔助設計、三維模型后期渲染與應用。

E-mail： wangrui12@sgepri.sgcc.com.cn