文档介绍：浙江大学博士学位论文
摘要
对于参数化特征造型系统的几何核心的研究,一直是构造成功计算机辅助
设计系统的关键技术。关于这方面的研究涉及到计算机辅助也
·多竺造型、曲面造型、特征造型、分,式计算等丙容,本文详细讨
沦了在系统中基于雕塑实体模型的几何核心的一些关键算法。
压文成功地将、专算法扁提出了一种新的曲面求交算法该
算法通过将遗传算法与局部搜索策略相结合来提高演化效率,并充分利用了遗
传算法的全局搜索能力和内在并行性,以及跟踪法的局部快速收敛性,使系统
可以进行稳定可靠的交线计算,并得到正确的交线拓扑结构。在此算法的基础
上,本文又采用了遗传算法与模拟退火算法结合的方法对算法进行了扩充,设
计了一种基于退火遗传算法的曲面求交算法。新算法不仅可以处理非退化情况
下的曲面求交,并且对于常规算法中难以克服的拓扑连接错误、多分支奇异点、
局部区域重叠等情况都可以正确的进行处理。文中给出了详细的算法实例分
析。
本文给出了一个雕塑实体布尔操作的实现算法。在保证效率和精确性的同时
确保鲁棒性是算法的目标。雕塑实体模型通过裁剪曲面片和半边数据结构来表
达几何和拓扑信息。结合前面提出的基于遗传算法的曲面求交算法,本文采用
了层次求交和交线跟踪的方法,来保证曲面片分割和区域分类的一致性,从而
克服了实践中常见的退化情况。在该算法的基础上,本文也给出了扩展到非正
则模型的布尔操作算法。
为了在某些限时操作中得到实时交互的速度,在上面的雕塑实体布尔操作的
基础匕,本文进一步提出了一个雕塑实体模型布尔操作的分布式并行算法。本
文在算法的各个阶段抽取并行性,并针对原串行算法中的拓扑相关性,在相关
性和并行性间采取了折衷的策略,将其划分为并行任务,对于不同的并行任务
采用了不同的任务均衡手段。并使算法的具有较强的容错性。实验结果显示该
算法获得了理想的加速比,对于复杂雕塑实体的造型操作平均可在秒完成,
可以满足实时交互的需要。
为了实时计算雕塑实体的重量、体积、重心等几何物性,本文给出了一个分
布式的雕塑实体物性计算算法。按照上面提出的分布式算法的模式,本文将物
性计算任务并行化,使得造型系统的计算性能大幅提高。
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在前面两个并行算法的基础上,本文对于造型系统中并行计算的模式提出了
新的扩展,提出了一种基于多的协作模型,并在原型系统中实现了这种协
作模型,对于而提到的操作的计算任务进行了并行处理。
作为一个参数化特征造型系统的儿何核心,上面的算法都已经在
平台上的特征造型系统中实现,并已经通过了大量的造型
实例的测试。在系统中,为了增强造型系统的表达能力,采用了统一
表示,实现了线框、曲面、实体模型的统一表示和操作。系统作为一个
成熟的商品化软件,分为核心层、工具层、通用应用层和专用应用层,各
功能模块都己经得到了实现。、
关键词遗传算法,退火算法,雕塑实体,曲面求交,布尔操作,分布式处理,
物性计算,负载均衡,多,统一模型,特征造型
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第一节发展回顾
技术的概况
计算机辅助设计技术是作为一门应用学科而产生和发展起来的,
是计算机应用的一大分支,其作用是帮助设计人员进行工程或产品设计。
技术产生于年代,现己达到实用并趋于成熟。
关于的确切定义,科学家与工程师们众说不一。美国伺服机构实
验室的提出系统的目的,是把设计者与计算机结合为一个问
题求解组,使较之各自单独工作时,更有效地达到解决问题的目的。”
年月,国际信息处理联合会在荷兰召开了“关于原
理的工作会议”。在会议上,一致通过了的标准定义是一种技术,
其中人与机器结合为一个问题求解组,紧密配合各自所长,从而使其工作优于
每一方,并为应用多学科的方法的综合性协作提供可能。”
由于技术将计算机高速而准确的计算能力、大容量存储和处理数据的
能力与人的逻辑判断、综合分析能力以及创造性思维结合起来,从而产生了巨
大的威力,应用范围极广,经济效益显著二十多年来,得到了突飞猛进的发
展。目前,在发达国家己经形成了关于计算机辅助技术的研究、开发、制造、
销售以及咨询服务的新产业口
在美国,率先应用技术的是飞机制造、汽车制造等大型企业。
目前,这类企业无一例外地全部应用了这一技术。大规模集成电路的出现,使
成为这一领域中不可缺少的设计手段。此外,大约的机械行业、
的建筑设计事务所也应用了技术。在法国,汽车、服装、建筑等行业也都
应用了技术。据美国的统计数据,采用技术后,大规模集成电路的
设计效率