VRML技术在CATIA二次开发中的应用

王亚刚，徐万红

（沈阳工业大学 机械工程学院，沈阳110870）

0 引言

在汽车产业转型升级的过程中，车型换代速度加快，对汽车制造领域相关技术有了更高的要求，汽车零部件的设计在汽车制造的整个流程中作用更加广泛和重要，更短的设计周期和更可靠的设计方法是快速发展的根本保障[1]。因此，面向设计环节开发具有针对性的定制化设计软件具有一定的实际意义。目前实现三维设计软件的定制化设计主要是指对基础建模软件进行二次开发，以此来满足不同企业和用户的特定需求。

CATIA V5作为一款汽车产品设计领域应用较为广泛的三维设计软件，为用户提供了多种二次开发方式，主要包括应用编程接口和自动化对象编程即CAA 和Automation，采用Automation方式可以更好地缩短二次开发周期，提供简单稳定的开发流程[2]。但通过常规的二次开发流程得到的参数化设计软件往往只能提供二维零件图和尺寸参数之间的对照，这在一定程度上限制了二次开发技术在提高设计准确性方面优势的发挥。针对该问题，本文提出了一种将基于Automation的二次开发方式与VRML技术相融合的设计方法，以三球销式万向节为例进行了实际运用。通过将带有标注的三维零件模型与尺寸参数一同展现，可以为实际设计建模过程提供直观化参考，有效提高了设计效率和准确性。

1 创建三维模型

1.1 建模及标注

三球销式万向节主要由滚针、三销架、挡圈、卡簧、球环及三柱槽壳组成，各部分之间的参数关系如表1所示[3]。

结合上述参数关系，取三柱槽壳最大外径Dk=100 mm，利用CATIA V5进行各部分建模和三维标注，其中挡圈和卡簧未单独列出，归入三销架部分。首先在CATIA V5的零件设计模块中完成零件主体，然后在三维标注模块中完成参数标注。创建三销架模型如图1所示。

表1 三球销式万向节参数关系

各部分零件建模完成后，进入CATIA V5的装配设计模块，对三球销式万向节进行装配并进行干涉检查，其装配图如图2所示。

1.2 生成VRML运行文件

VRML即虚拟现实建模语言，全称为Virtual Reality Modeling Language，是一种通过对三维模型和渲染图形进行描述来创建出虚拟场景的解释性标准语言[4]。VRML运行文件的扩展名为*.wrl，VRML 2.0文件必须包含文件头，内容为#VRML V2.0 utf8，该语句位于文件的第一行，其作用是对文件进行定义和说明。除了利用编辑器进行造型外，对于一些复杂三维模型还可以使用三维设计软件生成，使用该方法可以较为便捷地将上述模型转化为VRML运行文件，作为资源文件供后续调用。

图1 三销架模型

图2 三球销式万向节装配模型

2 创建界面

WPF 即Windows 呈现基础，其全称为Windows Presentation Foundation，是微软推出的一套图形设计平台[5]。WPF很好地将界面交互设计和程序逻辑设计进行了区分，各部分代码更易梳理，使用对象描述语言XAML，实现开发工具的可视化编辑，加快了调试速度。在Microsoft Visual Studio 2019平台中新建程序语言为VB的WPF应用，根据功能需求完成交互界面设计。主界面如图3所示。

图3 主界面

1）界面主体。用于展示窗口的基本信息，也用于存放窗口的基本功能，包括图标、标题、分隔线、落款、最小化按钮、退出按钮等。

2）功能选择区。以横向选项卡的形式提供三球销式万向节建模与装配和选项两个项目之间的切换，根据需求选择不同的项目来查看对应页面。

3）零件功能选择区。此区域设计为纵向选项卡，纵向排列的项目更有流程性，从上到下共有5个项目。

4）模型展示区。此区包含于每个零件项目及装配项目的页面内，居中，主体为浏览器，结合BS Contact浏览插件，提供三维模型的浏览、旋转、缩放等交互操作。

5）参数输入区。此区包含于每个零件项目及装配项目的页面内，居右，由尺寸提示标签、尺寸输入框和尺寸生成按钮构成。

6）零件建模与装配。由开始建模命令按钮和开始装配命令按钮构成，包含于对应项目内。

选项项目中包含了使用该平台时可用的快捷功能，包括尺寸关系展示和文件管理。窗口作为主界面的主体框架，具有多个属性，通过编辑语句可以修改参数，从而改变视觉效果和完成交互动作。主界面窗口的部分XAML语言代码如下：

3 功能实现与验证

3.1 建模相关功能

模型的相关参数通过读取文本框内容确定，故要求只有当全部文本框的内容都是数字时，才能激活命令按钮，否则会导致程序出错崩溃。模型的相关参数计算命令由相应按钮的点击事件触发，本质上是根据参数间的数学关系改变文本框的值。建模命令由建模按钮的点击事件触发，开始建模后程序将与CATIA V5建立通讯。要将程序与CATIA V5联系起来，首先要为程序添加CATIA V5的相关引用，然后将CATIA V5的原生建模代码进行适配性修改并加入相关参数。以球环模型为例，其部分建模代码如下：

3.2 装配相关功能

在建模完成的基础上，继续进行模型装配。为保证程序稳定运行，在发出装配命令前应对各零件模型进行存在性检查，若检查通过，则可进行装配，否则命令按钮无法激活，此功能通过多个复选框的选择与否来实现。

3.3 功能验证

经验证，程序可按设计正常显示界面，按需求完整实现功能，取三柱槽壳最大外径Dk=90 mm，生成的三球销式万向节装配模型如图4所示。

4 结语

为了改善基于CATIA二次开发的设计平台存在的尺寸关系与零件模型对照不够直观、设计过程与建模过程不够紧密等问题，本文结合WPF软件设计平台，将VRML技术与CATIA二次开发相融合，提出了一种新的设计方法，此方法联系了界面设计与功能实现，将设计数据直观化展现，实现了建模过程中数据与模型的紧密结合，进而提高了设计准确性与效率。以此设计方法开发并验证了三球销式万向节参数化设计软件，该软件除了能够实现零件三维模型的实时浏览与对照、零件设计、零件建模、装配及其它所需功能外，还具有友好的人机交互界面，提供了更好的综合使用体验。

图4 验证装配图