一种三维复杂产品爆炸图及爆炸动画智能生成方法

摘要

本发明提出一种三维复杂产品爆炸图及爆炸动画智能生成方法，通过S2分析、提取三维CAD模型装配结构信息，S3获取装配体中各零件的包围盒信息；S4计算装配体总体的包围盒信息；S5计算装配体中零件的爆炸方向和距离；S6判断各个零部件爆炸后是否干涉；S7检查是否干涉；循环步骤S5、S6，直至干涉检查通过，得到最终的各个零部件爆炸后的包围盒信息；最终生成爆炸图。本发明根据爆炸后的包围盒信息，判断每个包围盒是否干涉，解决了各个零部件爆炸不完全、爆炸位置不合理的技术难题。通过分别计算装配体中零件的爆炸方向和距离，使得到的各个零部件爆炸后的包围盒信息所对应的零部件在爆炸后结构紧凑、布局合理。

说明书

技术领域

本发明属于智能制造领域，具体的说是涉及一种复杂工业产品三维图形设计领域，尤其是一种三维复杂产品爆炸图及爆炸动画智能生成方法。

背景技术

复杂产品是指客户需求复杂、产品组成复杂、产品技术复杂、制造过程复杂、项目管理复杂的一类产品，如航空发动机、航天器、汽车、武器系统等。复杂产品通常包含大量零部件，为了揭示和分析其内部结构，表达零部件间的相对空间位置关系，装配设计人员需要构建新的视图，将装配体中的零部件按照指定的次序、方向和距离相互分离，这种视图称为爆炸图。

目前，国内大部分产品爆炸图的制作是通过一个个手动选择零件再拖动位置来制作爆炸图，效率很低。而国外的商业化三维CAD软件(如UG NX、Pro/E、DELMIA等)中的自动爆炸功能依赖于零部件间的配合约束信息，存在爆炸不完全、位置不合理、结构散乱等诸多问题，无法为实际工程所用。

发明内容

一种三维复杂产品爆炸图及爆炸动画智能生成方法，包括如下步骤：

S1，选择需要制作爆炸图及爆炸动画的复杂产品的三维CAD模型。

所述三维CAD模型为产品的三维设计图，包括各个零部件的外形轮廓、坐标系、尺寸、材料、颜色信息、装配结构信息；

所述装配结构信息包括零部件名称、零部件的装配顺序、层级以及层级顺序。

S2，分析、提取三维CAD模型装配结构信息，得到三维CAD模型的零部件名称、零部件的装配顺序和层级。

S3，获取装配体中各零件的包围盒信息；

运用包围盒信息获取组件，根据各零部件的外形轮廓获取三维CAD模型中每一个零部件的包围盒信息，每一个零部件均对应有一个包围盒。

S4，计算装配体总体的包围盒信息；对步骤S3中获得的每一个零部件的包围盒信息，计算总体的包围盒信息，总体的包围盒信息包括总体包围盒的尺寸信息、中心位置坐标；取各包围盒中心位置坐标的平均值作为总体包围盒的中心位置坐标。

S5，计算装配体中零件的爆炸方向和距离，得到装配体中各零件的爆炸方向和距离。

S6，判断各个零部件爆炸后是否干涉；根据每个零部件的包围盒信息，结合爆炸方向向量和爆炸距离，得到各个零部件爆炸后的包围盒信息；

爆炸方向向量*爆炸距离+每个零部件的包围盒信息＝各个零部件爆炸后的包围盒信息；

根据爆炸后的包围盒信息，判断每个包围盒是否干涉。

S7，检查是否干涉；若发生干涉，则返回S5，以爆炸后的包围盒信息为基点，再次计算各个零件的爆炸方向向量和各个零件的爆炸距离，再次给出一个新的爆炸后的包围盒信息；

如此，循环步骤S5、S6，直至干涉检查通过，得到最终的各个零部件爆炸后的包围盒信息。

S8，生成爆炸图；根据最终的各个零部件爆炸后的包围盒信息中的中心位置坐标以及对应零部件的外形轮廓生成爆炸图；

S9，生成爆炸动画；

从装配结构信息获取零部件的装配顺序，按照零件的装配顺序和设定的时间间隔，各个零部件以原中心位置坐标为基点向爆炸后的包围盒信息中的中心位置坐标位置平移，所发生的轨迹制作成爆炸动画；

所述设定的时间间隔为原三维CAD模型中以原中心位置坐标为基点的零部件移至爆炸后的包围盒信息中的中心位置坐标位置的时间间隔。

进一步的，S9按层级生成爆炸动画；

S91，首先，从装配结构信息获取零部件的层级以及层级顺序，按照零部件的层级顺序和设定的时间间隔，各个层级以原中心位置坐标为基点向爆炸后的包围盒信息中的中心位置坐标位置平移；

S92，然后，从装配结构信息获取零部件的装配顺序，按照零件的装配顺序和设定的时间间隔，各个零部件以原中心位置坐标为基点向爆炸后的包围盒信息中的中心位置坐标位置平移；

所述设定的时间间隔为原三维CAD模型中以原中心位置坐标为基点的零部件移至爆炸后的包围盒信息中的中心位置坐标位置的时间间隔。

各个层级以原中心位置坐标为基点向爆炸后的包围盒信息中的中心位置坐标位置平移的轨迹，以及各个零部件以原中心位置坐标为基点向爆炸后的包围盒信息中的中心位置坐标位置平移的轨迹所形成的动画成为按层级生成爆炸动画。

进一步的，S8中所述零部件为零部件的外形轮廓。

进一步的，所述包围盒为在立体空间内能将零部件包裹在内的立方体中的一个体积最小的立方体；

包围盒信息包括包围盒的尺寸信息、中心位置坐标；

中心位置坐标XiYiZi,i≥1，其中，

Xi为第i个包围盒中心位置坐标在X轴方向上的值，

Yi为第i个包围盒中心位置坐标在Y轴方向上的值，

Zi为第i个包围盒中心位置坐标在Z轴方向上的值。

包围盒的尺寸信息包括三维空间内X轴、Y轴、Z轴方向的长度lxi,lyi,lzi；

长度lxi,lyi,lzi,i≥1,中，

lxi为第i个包围盒在X轴方向上的长度，

lyi为第i个包围盒在Y轴方向上的长度,

lzi为第i个包围盒在Z轴方向上的长度；

所述包围盒信息获取组件为oppen cacade组件。

进一步的，步骤S8中，所述爆炸图是将原三维CAD模型中以原中心位置坐标为基点的零部件移至爆炸后的包围盒信息中的中心位置坐标位置后所生成的图形。

有益效果：

(1)用本发明方法及系统可以将复杂三维产品自动智能生成爆炸图和动画，便于揭示和分析复杂三维零部件内部结构，表达零部件间的相对空间位置关系。相比于现有的手动选择零件再拖动位置来制作爆炸图的方式，极大的提高了设计人员的工作效率，降低了设计人员的劳动强度。

(2)本发明根据爆炸后的包围盒信息，判断每个包围盒是否干涉，如果判断为干涉，则重新计算，直至各个零部件包围盒不干涉。解决了各个零部件爆炸不完全、爆炸位置不合理的技术难题。

(3)本发明通过分别计算装配体中零件的爆炸方向和距离，使得到的各个零部件爆炸后的包围盒信息所对应的零部件在爆炸后结构紧凑、布局合理。

(4)本发明结合层级、层级顺序，以及装配顺序，自动生成爆炸轨迹动画，采用动画方式展现各个零部件爆炸轨迹，更加直观生动，且各个零部件爆炸完全、爆炸位置合理，爆炸后结构紧凑、布局合理。

具体实施方式

实施例1：

S1，导入三维CAD模型

选择需要制作爆炸图及爆炸动画的复杂产品的三维CAD模型导入三维复杂产品爆炸图及爆炸动画智能生成系统；

所述三维CAD模型为产品的三维设计图，包括各个零部件的外形轮廓、坐标系、尺寸、材料、颜色信息、装配结构信息；

所述装配结构信息包括零部件名称、零部件的装配顺序、层级以及层级顺序；

S2，分析，提取三维CAD模型装配结构信息；

分析、提取三维CAD模型装配结构信息，得到三维CAD模型的零部件名称、零部件的装配顺序和层级；

S3，获取装配体中各零件的包围盒信息；

运用包围盒信息获取组件，根据各零部件的外形轮廓获取三维CAD模型中每一个零部件的包围盒信息，每一个零部件均对应有一个包围盒；

包围盒为在立体空间内能将零部件包裹在内的立方体中的一个体积最小的立方体。

包围盒信息包括包围盒的尺寸信息、中心位置坐标；

中心位置坐标X

X

Y

Z

包围盒的尺寸信息包括三维空间内X轴、Y轴、Z轴方向的长度l

长度l

l

l

l

所述包围盒信息获取组件为oppen cacade开源平台的一个开源组件，OpenCASCADE(简称OCC)平台是由法国Matra Datavision公司开发的CAD/CAE/CAM软件平台，是世界上最重要的几何造型基础软件平台之一。开源OCC对象库是一个面向对象C++类库，用于快速开发设计领域的专业应用程序。

S4，计算装配体总体的包围盒信息；

对步骤S3中获得的每一个零部件的包围盒信息，计算总体的包围盒信息，总体的包围盒信息包括总体包围盒的尺寸信息、中心位置坐标；

取各包围盒中心位置坐标的平均值作为总体包围盒的中心位置坐标；本发明定义X

X

Y

Z

S5，计算装配体中零件的爆炸方向和距离；

爆炸方向为：每个包围盒的中心位置坐标减去总体包围盒的中心位置坐标，得到各个零件的爆炸方向向量：

得到各个零件的爆炸距离为：

S6，判断各个零部件爆炸后是否干涉；

根据每个零部件的包围盒信息，结合爆炸方向向量和爆炸距离，得到各个零部件爆炸后的包围盒信息；

爆炸方向向量*爆炸距离+每个零部件的包围盒信息＝各个零部件爆炸后的包围盒信息；

根据爆炸后的包围盒信息，判断每个包围盒是否干涉；

干涉是指包围盒是否重叠；

S7，检查是否干涉；

若发生干涉，则返回S5，以爆炸后的包围盒信息为基点，再次计算各个零件的爆炸方向向量和各个零件的爆炸距离，再次给出一个新的爆炸后的包围盒信息；

如此，循环步骤S5、S6，直至干涉检查通过，得到最终的各个零部件爆炸后的包围盒信息。

S8，生成爆炸图。

根据最终的各个零部件爆炸后的包围盒信息中的中心位置坐标以及对应零部件的外形轮廓生成爆炸图，

即将原三维CAD模型中以原中心位置坐标为基点的零部件移至爆炸后的包围盒信息中的中心位置坐标位置；

S8中所述零部件是指零部件的外形轮廓；

S9，还包括生成爆炸动画

从装配结构信息获取零部件的装配顺序，按照零件的装配顺序和设定的时间间隔，各个零部件以原中心位置坐标为基点向爆炸后的包围盒信息中的中心位置坐标位置平移，所发生的轨迹制作成爆炸动画。

所述设定的时间间隔为原三维CAD模型中以原中心位置坐标为基点的零部件移至爆炸后的包围盒信息中的中心位置坐标位置的时间间隔。

实施例2：

进一步的，本实施例设定层级的概念，层级是指多个零部件作为整体形成一个整件零部件。层级以及层级顺序；

所述三维CAD模型为产品的三维设计图，包括各个零部件的外形轮廓、坐标系、尺寸、材料、颜色信息、装配结构信息；

所述装配结构信息包括零部件名称、零部件的装配顺序、层级以及层级顺序；在步骤S2中分析、提取三维CAD模型装配结构信息，得到三维CAD模型的零部件名称、零部件的装配顺序和层级；

进一步的，S9按层级生成爆炸动画；

S91，首先，从装配结构信息获取零部件的层级以及层级顺序，按照零部件的层级顺序和设定的时间间隔，各个层级以原中心位置坐标为基点向爆炸后的包围盒信息中的中心位置坐标位置平移；

S92，然后，从装配结构信息获取零部件的装配顺序，按照零件的装配顺序和设定的时间间隔，各个零部件以原中心位置坐标为基点向爆炸后的包围盒信息中的中心位置坐标位置平移；

所述设定的时间间隔为原三维CAD模型中以原中心位置坐标为基点的零部件移至爆炸后的包围盒信息中的中心位置坐标位置的时间间隔。

各个层级以原中心位置坐标为基点向爆炸后的包围盒信息中的中心位置坐标位置平移的轨迹，以及各个零部件以原中心位置坐标为基点向爆炸后的包围盒信息中的中心位置坐标位置平移的轨迹所形成的动画成为按层级生成爆炸动画。

用本发明方法及系统可以将复杂三维产品自动智能生成爆炸图和动画，便于揭示和分析复杂三维零部件内部结构，表达零部件间的相对空间位置关系。相比于现有的手动选择零件再拖动位置来制作爆炸图的方式，极大的提高了设计人员的工作效率，降低了设计人员的劳动强度。

本发明根据爆炸后的包围盒信息，判断每个包围盒是否干涉，如果判断为干涉，则重新计算，直至各个零部件包围盒不干涉。解决了各个零部件爆炸不完全、爆炸位置不合理的技术难题。

本发明通过分别计算装配体中零件的爆炸方向和距离，使得到的各个零部件爆炸后的包围盒信息所对应的零部件在爆炸后结构紧凑、布局合理。

本发明结合层级、层级顺序，以及装配顺序，自动生成爆炸轨迹动画，采用动画方式展现各个零部件爆炸轨迹，更加直观生动，且各个零部件爆炸完全、爆炸位置合理，爆炸后结构紧凑、布局合理。