本發(fā)明是針對(duì)民機(jī)三維數(shù)字模型的輕量化模型建立以及其應(yīng)用分析。主要應(yīng)用于民機(jī)航線維修及遠(yuǎn)程故障診斷領(lǐng)域中的故障直觀化定位及維修指導(dǎo)。

二、

背景技術(shù)：

民機(jī)三維模型具有直觀性，對(duì)于提高飛機(jī)遠(yuǎn)程維修支援等工程實(shí)踐的效率和準(zhǔn)確度具有重要意義。但三維模型數(shù)據(jù)量較大，導(dǎo)致模型打開(kāi)緩慢和網(wǎng)絡(luò)傳輸耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)。

因此飛機(jī)三維數(shù)模的輕量化在實(shí)際工程使用以及相關(guān)操作中具有重要意義。針對(duì)這一實(shí)際問(wèn)題，并結(jié)合目前國(guó)內(nèi)外在模型輕量化領(lǐng)域的研究成果，提出了民機(jī)三維模型的層次化輕量化的方法，并將輕量化模型進(jìn)行裝配文件與零件文件分開(kāi)存儲(chǔ)的方式。生成一種支持可遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)操作與航線維修三維模型的民機(jī)三維數(shù)模的輕量化模型。

試驗(yàn)表明，該方法可有效地減小模型的大小，加快模型在網(wǎng)絡(luò)間的傳輸速度和模型顯示速度。實(shí)現(xiàn)了輕量化模型在網(wǎng)絡(luò)間的快速傳輸并加快模型打開(kāi)速度。

三、

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

【發(fā)明目的】

在民機(jī)航線維修與遠(yuǎn)程故障診斷中引入民機(jī)三維數(shù)模，有助于提高故障顯示的直觀性并加快故障診斷及定位速度。但由于民機(jī)三維數(shù)模數(shù)據(jù)量大，不便于文件打開(kāi)以及網(wǎng)絡(luò)間傳輸，本發(fā)明提供的針對(duì)三維數(shù)模的輕量化模型的建立方法可以大幅度縮小數(shù)字模型大小，可以實(shí)現(xiàn)模型的快速打開(kāi)及網(wǎng)絡(luò)間的快速傳輸。

【技術(shù)方案】

民用飛機(jī)是典型的復(fù)雜性系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜，構(gòu)件繁多等特點(diǎn)，因此其三維數(shù)字樣機(jī)數(shù)據(jù)量大。分析得知，民機(jī)模型顯示過(guò)程中，不同層次對(duì)模型的精確度要求不同，層次越高的模型如產(chǎn)品系統(tǒng)級(jí)，對(duì)模型顯示精度要求反而低；相反層級(jí)越低的模型如零件級(jí)，其對(duì)顯示精度要求更高。因此，本發(fā)明提出的輕量化方法首先對(duì)三維數(shù)模進(jìn)行層次化劃分。依據(jù)結(jié)構(gòu)樹(shù)可將模型進(jìn)行層次化分解：產(chǎn)品系統(tǒng)級(jí)、子系統(tǒng)級(jí)、部件系統(tǒng)級(jí)、零件級(jí)。

在模型層次化的基礎(chǔ)上，對(duì)模型進(jìn)行實(shí)際的輕量化操作，具體包括：

(1)對(duì)于精度要求高的零件級(jí)模型，采取更改模型的數(shù)據(jù)記錄方式實(shí)現(xiàn)輕量化。將由計(jì)算機(jī)輔助建模工具產(chǎn)生的原始三維數(shù)模，以中性文件的方法存儲(chǔ)如結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定的文件格式IGS文件。此方法通過(guò)過(guò)濾掉原始模型的設(shè)計(jì)信息，完整地保留原始模型的結(jié)構(gòu)樹(shù)以及重要幾何信息，實(shí)現(xiàn)了大幅度減小文件大小同時(shí)不影響文件精確度。保證了三維模型的無(wú)損輕量化。

(2)對(duì)于子系統(tǒng)與部件系統(tǒng)這樣的用于概覽而非精確信息查詢(xún)的模型層級(jí)，因?yàn)閷儆诜蔷_幾何信息的顯示文件，可采用模型三角面優(yōu)化的方式。模型的三角面片是保證模型能夠快速顯示的前提，模型的三角面片化即將原模型的曲面分解成多個(gè)三角面，調(diào)節(jié)三角面的密度進(jìn)而簡(jiǎn)化原始模型。即以三角化面、邊以及點(diǎn)信息顯示模型數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)化原始模型進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)輕量化，但會(huì)造成模型的失真。用于概覽的模型并不要求模型的精度，因此由于優(yōu)化造成的失真，并不影響模型的顯示效果。

(3)模型進(jìn)行不同程度的輕量化操作之后，以原始模型的結(jié)構(gòu)樹(shù)為依據(jù)進(jìn)行模型存儲(chǔ)管理與 顯示操作。在具體的模型管理過(guò)程中，依據(jù)模型不同的層次關(guān)系實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)樹(shù)上對(duì)應(yīng)的模型節(jié)點(diǎn)的模型存儲(chǔ)以及加載顯示。本發(fā)明中，將裝配文件和模型文件分開(kāi)，通過(guò)裝配文件記錄裝配體之間的組織裝配關(guān)系，可以量級(jí)地減小整體模型文件的大小。

【有益效果】

本發(fā)明提出的輕量化方法要求首先對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行模型層次化劃分，并依據(jù)模型結(jié)構(gòu)樹(shù)對(duì)不同精確度要求的層次進(jìn)行模型存儲(chǔ)方式轉(zhuǎn)換(無(wú)失真的模型操作)或者模型三角面片優(yōu)化(有失真的模型操作)逐層輕量化。并在模型顯示階段，采用裝配文件記錄裝配體之間的組織關(guān)系以及層次等邏輯關(guān)系，可以大幅度減小模型文件數(shù)據(jù)量大小。具體的有益效果通過(guò)下述實(shí)例展現(xiàn)。

本發(fā)明以ARJ21艙門(mén)模型為試驗(yàn)?zāi)Ｐ停瑢?duì)其按照本發(fā)明提出的輕量化方法進(jìn)行模型輕量化操作。以計(jì)算機(jī)輔助軟件設(shè)計(jì)建立的艙門(mén)模型數(shù)據(jù)量巨大，本發(fā)明中的艙門(mén)模型是以CATIA軟件設(shè)計(jì)建立，原始艙門(mén)模型大小為150M。這只是ARJ21飛機(jī)數(shù)模中的一個(gè)子系統(tǒng)，可想而知以這樣的數(shù)據(jù)量水平，整個(gè)機(jī)型的數(shù)模的數(shù)據(jù)量堪稱(chēng)巨大。

(1)模型存儲(chǔ)方式更改。通過(guò)改變數(shù)字模型存儲(chǔ)方式，本發(fā)明中采用中性文件格式IGS，對(duì)于系統(tǒng)中的零件模型PD_523A1100-006-001，在模型顯示過(guò)程中要求顯示精確為了便于模型的精確查看。其原始CATIA模型大小為311KB，而通過(guò)存儲(chǔ)方式更改后，獲得IGS文件大小為61KB。

(2)模型三角面片優(yōu)化。以三角化面、邊以及點(diǎn)信息顯示模型數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)化原始模型進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)輕量化，但會(huì)造成模型的失真。用于概覽的模型并不要求模型的精度，因此由于優(yōu)化造成的失真，并不影響顯示效果。該過(guò)程將模型三角面打散，獲得更多的三角面片，通過(guò)工具使用，調(diào)整模型參數(shù)使得模型總的三角面片數(shù)量減少，進(jìn)而減少模型文件大小。

(3)采用裝配文件和裝配體分開(kāi)存儲(chǔ)的方式，并在模型顯示過(guò)程中，依據(jù)結(jié)構(gòu)樹(shù)與裝配文件，逐層顯示模型。引入裝配文件，是相對(duì)與整個(gè)模型大小而言是量級(jí)的文件大小縮小。并且對(duì)于模型的更改，更新可以直接對(duì)裝配文件進(jìn)行更改，而裝配文件大小很小，便于在網(wǎng)絡(luò)間傳輸。對(duì)于AJR21的艙門(mén)模型，其原始模型文件大小為150MB，而裝配體文件大小為422KB。

四、附圖說(shuō)明

圖1模型輕量化過(guò)程

圖2輕量化模型存儲(chǔ)與加載顯示

五、具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

民用飛機(jī)是典型的復(fù)雜性系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜，構(gòu)件繁多等特點(diǎn)，因此其三維數(shù)字樣機(jī)數(shù)據(jù)量大。分析得知，民機(jī)模型顯示過(guò)程中，不同層次對(duì)模型的精確度要求不同，層次越高的模型如產(chǎn)品系統(tǒng)級(jí)，對(duì)模型顯示精度要求反而低；相反層級(jí)越低的模型如零件級(jí)，其對(duì)顯示精度要求更高。依據(jù)結(jié)構(gòu)樹(shù)可將模型進(jìn)行層次化分解：產(chǎn)品系統(tǒng)級(jí)、子系統(tǒng)級(jí)、部件系統(tǒng)級(jí)、零件級(jí)。不同層次的數(shù)字模型，其顯示精度要求不同，本文在對(duì)其進(jìn)行輕量化操作的時(shí)候，采用層次化的模型輕量化方法。

飛機(jī)數(shù)模輕量化過(guò)程由以下四部分構(gòu)成，如圖1所示與圖2。

(1)對(duì)于精度要求高的零件級(jí)模型，采取更改模型的數(shù)據(jù)記錄方式實(shí)現(xiàn)輕量化。本例中ARJ21的艙門(mén)模型，對(duì)于其零件級(jí)模型使用CATIA將原始模型轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)格式，本例中輸出為中性幾何文件IGES 文件，可有效減小原始文件大小1/5。此方法通過(guò)過(guò)濾掉原始模型的設(shè)計(jì)信息，完整地保留原始模型的結(jié)構(gòu)樹(shù)以及重要幾何信息，實(shí)現(xiàn)了大幅度減小文件大小同時(shí)不影響文件精確度。保證了三維模型的無(wú)損輕量化。

(2)對(duì)于子系統(tǒng)與部件系統(tǒng)這樣的用于概覽而非精確信息查詢(xún)的模型層級(jí)，因?yàn)閷儆诜蔷_幾何信息的顯示文件，可采用模型三角面優(yōu)化的方式。模型的三角面片是保證模型能夠快速顯示的前提，模型的三角面片化即將原模型的曲面分解成多個(gè)三角面，調(diào)節(jié)三角面的密度進(jìn)而簡(jiǎn)化原始模型。即以三角化面、邊以及點(diǎn)信息顯示模型數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)化原始模型進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)輕量化，但會(huì)造成模型的失真。用于概覽的模型并不要求模型的精度，因此由于優(yōu)化造成的失真，并不影響模型概覽效果。

(3)非零件級(jí)層次的模型從本質(zhì)上講屬于裝配文件，用于記錄模型的裝配結(jié)構(gòu)與各部件的配合關(guān)系。由于復(fù)雜系統(tǒng)中零件眾多，在產(chǎn)品模型設(shè)計(jì)之初，為了保證產(chǎn)品的完整性，很多裝配體重存在零件等模型數(shù)據(jù)冗余的現(xiàn)象。采用將零件文件與裝配文件分開(kāi)的方式，將裝配信息、零件顯示與零件幾何信息分別存于不同文件中。通過(guò)零件的重用進(jìn)而很大程度上解決數(shù)據(jù)冗余的問(wèn)題，進(jìn)一步完成數(shù)據(jù)模型進(jìn)行輕量化操作。

(4)模型存儲(chǔ)過(guò)程中，采用裝配文件和零件文件分開(kāi)存儲(chǔ)的方式，裝配文件記錄不同層次模型各部件的位置關(guān)系、引用關(guān)系等裝配信息，并非模型數(shù)據(jù)的集合，因此文件大小較小。因?yàn)橐肓搜b配體文件，因此對(duì)于整機(jī)模型中重復(fù)出現(xiàn)的零件模型，在零件文件中則無(wú)需重復(fù)存儲(chǔ)，即實(shí)現(xiàn)了零件模型的重用，進(jìn)一步縮小文件大小。零件文件保存了以中性幾何文件格式保存的零件模型，過(guò)濾原始模型的設(shè)計(jì)信息，在縮減文件大小的同時(shí)并不改變?cè)嘉募慕Y(jié)構(gòu)樹(shù)與精度。在輕量化模型文件的顯示過(guò)程中，同樣依據(jù)原始文件的結(jié)構(gòu)樹(shù)進(jìn)行不同層次節(jié)點(diǎn)模型的逐層加載顯示。用于模型概覽的層級(jí)，對(duì)模型進(jìn)行三角面片優(yōu)化操作，簡(jiǎn)化模型雖然會(huì)造成一定程度上的模型失真但會(huì)加快模型顯示速度。