基于模板数据库的工程CAD拓扑建模方法

　　工程CAD的核心是建模.建模有两个方面:一是工程产品的整体逻辑结构[1],如流程型工厂的连接结构;二是基本工程对象的几何建模,即几何外形的表示和保存.工程CAD由于其自身的特点[2],工程对象之间的连接,即工程对象的拓扑结构已经成为建模的重点和核心.本文采用建立模板数据库的方法来维护工程CAD中工程对象的拓扑关系.

　　1　工程CAD对象拓扑关系

　　工程设计人员在建立工程对象几何模型的同时,将大量设计约束隐含于基本构件的连接与匹配之中,这些约束是自动生成工程图表的基础,因此基本构件之间拓扑关系的建立与维护是建模的关键问题[3].

　　对于采暖通风设计领域而言,从工程设计的角度出发,本文将工程对象或具有独立功能的构件抽象为节点,通过节点的连接来描述工程对象的整体拓扑结构,将工程对象的特殊点、特殊线、特殊面抽象为特征点、特征线、特征面来描述工程对象间的局部拓扑连接.根据工程产品特点,工程产品的模型中的拓扑特征可抽象成为两个层次.

　　1.1　整体约束

　　从整体上来说,采暖通风系统模型(以下简称管网模型)可以表示成为三维空间中的图结构,以构件(采暖通风系统的基本组成部分,包括设备、管子、管件、阀门及仪表等)作为图的节点,以构件之间的连接关系作为图的边,从而抽象出构件的整体约束特性.很多管网模型的操作都要求保持整体拓扑不变.

　　1.2　局部连接约束

　　管网模型不仅要描述两个构件相连接的关系,还必须能够描述发生连接的端口.只有满足管径、端面类型、压力等级、物流方向等工程约束的端口才能相互连接,而很多这类工程属性只有在构件的物理端口上才有定义.局部连接约束是构成整体约束的基础,但约束的对象是构件的端口,而不是构件本身,二者是有明显区别的(如图1).

　　在拓扑建模中,连接是为了表达工程对象之间的定位关系,因此,是对定位关系的抽象.故在拓扑建模中,连接实质上是表达特征点、特征线、特征面之间的定位关系.

　　节点之间的连接种类有以下9种:

　　1)特征点与特征点之间的连接(point-point);

　　2)特征点与特征线之间的连接(point-line);

　　3)特征点与特征面之间的连接(point-face);

　　4)特征线与特征点之间的连接(line-point);

　　5)特征线与特征线之间的连接(line-line);

　　6)特征线与特征面之间的连接(line-face);

　　7)特征面与特征点之间的连接(face-point);

　　8)特征面与特征线之间的连接(face-line);

　　9)特征面与特征面之间的连接(face-face).

　　2　工程对象拓扑结构模板