基于IGES格式的产品三维模型转换方式的创新研究

2016-07-21王瑞南瑞集团公司国网电力科学研究院上海200335

工业技术创新 2016年2期

王瑞（南瑞集团公司（国网电力科学研究院），上海，200335）

王瑞
（南瑞集团公司（国网电力科学研究院），上海，200335）

摘要：本文以Solid Edge与Maya两种具有代表性的三维软件为例，创新采用IGES格式与ASCII编码作为模型转换媒介，开展三维软件和产品模型转换技术的创新研究与综合应用。在不破坏三维模型原有结构的前提下，实现工程模型在动画软件中完美转换。

关键词：三维建模；IGES；ASCII；后期处理

引言

随着我国工业及信息技术的迅猛发展，计算机辅助设计已日趋成熟并广泛应用于工程技术领域。相较于传统二维制图软件，三维工程软件因其各方面的突出优势，已使得产品设计方式及手段发生了深刻变革。然而，三维工程软件的侧重点在于零件的建模与装配，软件后期处理模块的界面友好性及最终效果相较专业三维动画软件差距较为明显，严重制约了产品的推广宣传效果与模型的深化应用［1］。

本文基于Solid Edge与Maya两种较有代表性的三维软件，采用IGES格式与ASCII编码作为模型转换媒介，探索了在不破坏三维模型原有结构的前提下，实现工程模型在动画软件中的转换。

1 IGES格式及相关软件说明

IGES格式全称为The Initial Graphics Exchange Specification，翻译为“始化图形交换规范”，是一种在计算机辅助设计领域常用的信息数据转换标准［2］。

Siemens Solid Edge是西门子公司的一款专业三维CAD软件。因其通用性高、功能强大等特点，已在机械结构设计、钣金加工等领域广泛使用。

Autodesk Maya是欧克特公司研发的专业三维动画软件，其在灯光、材质及渲染方面的后期处理功能强大，在行业中应用较为广泛。

2 模型转换的技术难点

由于各主流三维软件间的兼容性较差，传统三维工程软件绘制出的模型无法直接导入到三维动画软件［3，4］。因此，行业中针对模型后期处理的方式一般是将模型直接在三维工程软件中进行编辑，工程技术人员使用软件对模型进行材质、灯光及动画等模块的参数设定。

上述手段虽然避免了各软件间兼容性问题，但用户需要花费大量精力对模型进行二次处理。此外，三维工程软件的侧重点在于零件的建模与装配，软件后期处理模块的界面友好性及最终效果相较专业三维动画软件差距十分明显。因此，工程技术人员亟需一种创新手段来实现工程模型在动画软件中完美转换的目的，为模型后期在动画软件中的深化应用创造良好的条件。

3 IGES格式数据转换原理

IGES格式数据可由二进制码或ASCII码两种格式代码组成［5］，本课题使用ASCII码作为模型转换过程中的数字编码。IGES格式中的模型可根据ASCII码划分为6个数字段：起始段、目录段、全程段、参数段、标志段和结束段。模型数字段编码规则可与主流三维工程及动画软件内部的编码规则相匹配，各数字段编码对应标识符如表1所示。

表1 IGES格式各功能编码段对应标识符字母一览表

模型的形状、位置及颜色等各属性信息也有与之对应的ASCII码值，通过编码参数化传递方式保证了模型信息转换的时效性与准确性。此外，用户还可根据实际需要绕过三维工程软件直接对模型ASCII码码值进行二次编辑，大大提高了模型使用的便捷性与复用性。模型属性信息ASCII码对应码值如表2所示。

表2 IGES格式模型属性信息ASCII码对应码值（部分）

下面给出IGES格式转换实例，图1是空间三角形ABC在直角坐标系中的示意图，三个坐标点的位置分别是A（0，0，0）、B（0，1，0）、C（3，1，0）。参照ASCII码编码规则IGES格式对应的编码如下页表3所示。

图1 空间三角形ABC三点坐标图

4 模型转换思路

本课题基于IGES格式转换原理，通过三维软件内部前处理器将三维模型的几何形状、位置及装配关系以编码的形式储存在IGES格式文件中。用户可根据实际情况对IGES中的数字编码进行二次编辑，并导入三维动画软件；

三维动画软件后处理器将识别出IGES文件中的ASCII码码值，将数字编码转化为可被三维动画软件识别的实体模型，实现模型在三维工程与动画软件间实时、准确的转换。

表3 空间三角形IGES格式对应ASCII码（部分）

该方法从源头避免了软件兼容性问题导致的模型转换失败或转换不彻底问题。在不改变模型基本结构的前提下，实现模型在三维工程软件与三维动画软件间的完美转换。三维模型转换思路见图2。

图2 基于IGES格式的三维模型转换思路

5 模型转换的应用

（1）本课题以机械产品零部件“瓷套”为例（见图3），通过SolidEdge前处理器将“瓷套”par格式模型转为IGES格式。模型“瓷套”中位置、形状等所有属性将以编码的形式存储在IGES文件中。

图3 SolidEdge中“瓷套”三维模型

（2）使用文档编辑软件打开生成的IGES格式ASCⅡ编码，将源码参数中的直线、圆弧、变换矩阵、样条曲线根据实际需求执行修改、增加或删除等操作。本课题中“瓷套”IGES格式的部分ASCⅡ源码如下页表4所示。

（3）使用Maya软件导入功能，导配置完成后的IGES文件。Maya将ASCⅡ码通过后处理器转化为软件本身可以识别的实体模型。

导入后的“瓷套”在Maya中的效果见图4所示。

图4 Maya中的“瓷套”三维模型

表4 “瓷套”IGES格式ASCⅡ源码表（部分）

6 结束语

针对各主流三维软件间的兼容性较差，在传统三维工程软件绘制出的模型无法直接导入到三维动画软件的问题，本文提出了创新的方法，期待对同行有所帮助。

参考文献

［1］杨林.复杂曲面机器人自动研磨抛光控制的研究［D］.沈阳：东北大学， 2011

［2］张晓斌.基于特征的CAD数据交换技术研究［D］.杭州：浙江大学， 2005.

［3］曲美亭.数码时代之三维空间视觉设计初探［J］.赤子， 2014，（5）：02-06.

［4］张清泉.计算机辅助设计相关软件介绍及选择［J］.科技创新导报， 2005，（15）： 4-6

［5］龙文刚.基于IGES的多学科数据管理方法研究［D］.兰州：西北大学， 2007.

［6］刘芬.反求系统数据接口的研究［D］.武汉：华中科技大学， 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

中图分类号：TB237

文献标识码：A

文章编号：2095-8412 （2016） 02-230-04

DOI：工业技术创新 URL： http//www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.02.029

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