卫生陶瓷产品三维实体建模方法与CAD系统的研制
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摘要
随着社会进步和人们生活水平的不断提高，如何使卫生瓷产品在品种、质量诸方面满足现代社会的需要是卫生陶瓷工业发展的关键。目前，在国内卫生陶瓷产品设计完全是依靠设计人员的经验和技巧进行人工设计，设计工作量大、周期长，不能适应市场需求。国外也未见相应的商品化软件投放市场。因此，在卫生瓷产品设计中将经验的手工设计转变为有一定理论指导的CAD无疑具有重要意义。
本文在研究现代CAD技术与工程分析方法在卫生陶瓷产品设计中的应用的基础上，针对卫生陶瓷产品设计的特点以及按照面向应用、面向用户的原则，分析了卫生陶瓷产品的设计方法，建立了卫生陶瓷产品CAD系统(SC-CAD)的总体结构模式。应用基于特征的三维实体建模技术，针对卫生陶瓷产品复杂的结构特点，提出将其划分为多个功能部件，对各部分按照一定的次序分别进行参数化造型的方法。文中论述了三次Bezier曲线表示圆弧段的方法，在程序设计中实现了通过控制点调整曲线形状的方法。在分析DXF、WRL文件结构以及OpenGL对复杂曲面的显示方法基础上，给出了读取三角形面片各项数据的算法，详细介绍了法向量的计算方法，并且提供了运行实例。该方法在虚拟设计以及系统仿真领域都有重要的使用价值，根据计算机技术的发展，提出了“自由设计”的思想，并探讨了在SC-CAD结构中添加代理Agent，使SC-CAD具有有限协同设计能力的可能性以及相关技术。
在分析对比各种开发工具的基础上，采用面向对象的设计方法，以VC++
摘 要
作为程序设计平台，以ADSRX技术为开发工具，完成了系统中若干模块的程序
设计工作。通过分析MDT3．0菜单文件的结构，提出了定制MDT系统界面及汉
化的方法。作者开发的适用于卫生陶瓷产品设计的CAD系统具有三维实体造型
设计（包括交互式、参数化造型人三维造型着色渲染、三维实体到二维图形
转换、二维图纸尺寸标注、图形输出及流道优化分析等功能，系统集成化较高。
“本课题已通过部级鉴定，国家建材局咸阳陶瓷研究设计院用本系统完成
了多套卫生陶瓷产品设计，使用效果良好。
With the progress of society and standard of living, it is the key of developing sanitary products industry that how to make sanitary products meet modem society at some aspects, such as variety, quality etc. Now. in China, the design of sanitary products depends on the experiences and skills of designer, this will take longer time and can't suit for the need of market. Moreover, there is no such commodity software in other countries. So. it will be of great significance in this profession to change the skilled manual design to CAD system with theory instruction.
On the basis of research on the using of modern CAD technology and engineer analysis method at the design of sanitary ceramic products, according to the design character of sanitary ceramic products and the principia of reality-oriented and user-oriented, the design method of sanitary ceramic products are discussed and the whole design structure mode of sanitary ceramic products (SC-CAD) is presented. According to the complicated structure feature of sanitary ceramic products, 3D solid modeling technology based on the feature is introduced into the SC-CAD. The method of dividing sanitary ceramic products into some parts and the parametric modeling of each part in specific sequence is presented. The method of describing the arc with cubic Bezier curves is presented. In the program, the method of adjusting the curve by changing the control points is realized. On the basis of the analysis on the file structures of DXF, WRL and the way to display complicated curves in OpenGL, the arithmetic of reading the datum of triangle surface and the numeration of normal
vector are presented. The method is of great value in virtual design and system simulation. Moreover, for fitting the development of modern computer technology, the thought of free design is discussed. The probability and some correlative technology about the SC-CAD structure based on agent are discussed. This structure can make SC-CAD have some capability of cooperated design.
On the basis of analysis on some develop tools, using the O-O program design method, taking the VC++ as develop platform and ADSRX as develop tool, I successfully write the codes of some system modules. After the menu file structures of MDT3.0 are analyzed, the way to make and translate the interface of MDT system is presented. The SC-CAD developed by author is suitable for the design of sanitary ceramic products, it includes 3D solid modeling design (interaction modeling, parametric modeling), 3D model rendering. 3Dmodel to 2D drawing, 2D dimension, export drawing files, pipes" analysis and optimum design etc.
This project has been expertized by experts of National Building Material Bureau(NBMB). The SC-CAD system is tested by XianYang Ceramics Research and Design Department, and the result is satisfied.
本文在研究现代CAD技术与工程分析方法在卫生陶瓷产品设计中的应用的基础上，针对卫生陶瓷产品设计的特点以及按照面向应用、面向用户的原则，分析了卫生陶瓷产品的设计方法，建立了卫生陶瓷产品CAD系统(SC-CAD)的总体结构模式。应用基于特征的三维实体建模技术，针对卫生陶瓷产品复杂的结构特点，提出将其划分为多个功能部件，对各部分按照一定的次序分别进行参数化造型的方法。文中论述了三次Bezier曲线表示圆弧段的方法，在程序设计中实现了通过控制点调整曲线形状的方法。在分析DXF、WRL文件结构以及OpenGL对复杂曲面的显示方法基础上，给出了读取三角形面片各项数据的算法，详细介绍了法向量的计算方法，并且提供了运行实例。该方法在虚拟设计以及系统仿真领域都有重要的使用价值，根据计算机技术的发展，提出了“自由设计”的思想，并探讨了在SC-CAD结构中添加代理Agent，使SC-CAD具有有限协同设计能力的可能性以及相关技术。
在分析对比各种开发工具的基础上，采用面向对象的设计方法，以VC++
摘 要
作为程序设计平台，以ADSRX技术为开发工具，完成了系统中若干模块的程序
设计工作。通过分析MDT3．0菜单文件的结构，提出了定制MDT系统界面及汉
化的方法。作者开发的适用于卫生陶瓷产品设计的CAD系统具有三维实体造型
设计（包括交互式、参数化造型人三维造型着色渲染、三维实体到二维图形
转换、二维图纸尺寸标注、图形输出及流道优化分析等功能，系统集成化较高。
“本课题已通过部级鉴定，国家建材局咸阳陶瓷研究设计院用本系统完成
了多套卫生陶瓷产品设计，使用效果良好。
With the progress of society and standard of living, it is the key of developing sanitary products industry that how to make sanitary products meet modem society at some aspects, such as variety, quality etc. Now. in China, the design of sanitary products depends on the experiences and skills of designer, this will take longer time and can't suit for the need of market. Moreover, there is no such commodity software in other countries. So. it will be of great significance in this profession to change the skilled manual design to CAD system with theory instruction.
On the basis of research on the using of modern CAD technology and engineer analysis method at the design of sanitary ceramic products, according to the design character of sanitary ceramic products and the principia of reality-oriented and user-oriented, the design method of sanitary ceramic products are discussed and the whole design structure mode of sanitary ceramic products (SC-CAD) is presented. According to the complicated structure feature of sanitary ceramic products, 3D solid modeling technology based on the feature is introduced into the SC-CAD. The method of dividing sanitary ceramic products into some parts and the parametric modeling of each part in specific sequence is presented. The method of describing the arc with cubic Bezier curves is presented. In the program, the method of adjusting the curve by changing the control points is realized. On the basis of the analysis on the file structures of DXF, WRL and the way to display complicated curves in OpenGL, the arithmetic of reading the datum of triangle surface and the numeration of normal
vector are presented. The method is of great value in virtual design and system simulation. Moreover, for fitting the development of modern computer technology, the thought of free design is discussed. The probability and some correlative technology about the SC-CAD structure based on agent are discussed. This structure can make SC-CAD have some capability of cooperated design.
On the basis of analysis on some develop tools, using the O-O program design method, taking the VC++ as develop platform and ADSRX as develop tool, I successfully write the codes of some system modules. After the menu file structures of MDT3.0 are analyzed, the way to make and translate the interface of MDT system is presented. The SC-CAD developed by author is suitable for the design of sanitary ceramic products, it includes 3D solid modeling design (interaction modeling, parametric modeling), 3D model rendering. 3Dmodel to 2D drawing, 2D dimension, export drawing files, pipes" analysis and optimum design etc.
This project has been expertized by experts of National Building Material Bureau(NBMB). The SC-CAD system is tested by XianYang Ceramics Research and Design Department, and the result is satisfied.
引文
1．陈帆．中国陶瓷工业的发展与探索．中国陶瓷工业．1999，9(3)：30～35
2．汪耕．论我国陶瓷发展的出路．陶瓷研究．1996，11(3)：164～168
3．范劲松等．建筑陶瓷设计CAD方法研究．中国陶瓷工业．1996，(6)：31～33
4．夏季等．卫生瓷产品CAD方法与关键技术的研究．四川大学学报(工程科学版)．2001，1(33)：93～95
5．殷国富，陈永华．计算机辅助设计技术与应用．北京：科学出版社，2000．
6．胡昌盛，王毅等．陶瓷制品三维造型计算机辅助设计(一)．中国陶瓷．1997，33(1)：33～35
7．胡昌盛，王毅等．陶瓷制品三维造型计算机辅助设计(二)．中国陶瓷．1998，34(1)：36～38
8．胡昌盛，王毅等．陶瓷制品三维造型计算机辅助设计(三)．中国陶瓷．2000，36(1)：15～17
9．张新宇．陶瓷企业实现CINS的基本条件和具体步骤．中国陶瓷．1996，32(2)：39～41
10．但斌，刘飞等．陶瓷企业CIMS中的几个关键问题研究．中国陶瓷．2000，36(1)：23～25
11．余力，赵象元等．CIMS环境下陶瓷产品数据管理系统的开发与应用．制造业自动化．2000，22(6)：5～7
12．建筑卫生陶瓷质量管理和质量保证工作手册．家建筑卫生陶瓷质量监督检验中心．1995
13．唐荣锡．CAD/CAM技术．北京：北京航空航天大学出版社，1994
14．王可．微机CAD软件的特点和发展趋势．计算机辅助设计与制造．1999，(2)：7～10
15．刘炜．日益强大的MDT及其一体化3D解决方案．Autodesk在中国．1997，(3)：9～12
16．王福军等．AutoCAD2000环境下C/VC++应用程序开发教程．北京：北京希望电子出版社，2000
17. Autodesk. ADSRX development document. USA: Autodesk, 1997
18．孙江宏等．AutoCAD ObjectARX开发工具及其应用．北京：清华大学出版社．1999，2
19．方铁．AutoCAD C语言高级编程．北京：清华大学出版社．1995
20．阎晓玲，任家骏等．AutoCAD下机械标准件设计系统软件的研究．山西机械．2000，3(1)：4～6
21．林毅，严隽琪等．ARX在建筑装饰CAD中的应用．计算机辅助设计与图形学学报．1999，9(5)：426～429
22．程芳．应用ObjectARX对AutoCAD进行二次开发．渝州大学学报(自然科学版)．1999，6(2)：45～49
23．李刚，刘华明等．用VisualC++开发AutoCAD．机械与电子．1999，(5)：21～23
24．王新龙，谭光宇等．基于边界表示的曲面实体造型系统的数据结构．哈尔滨理工大学学报．1997，8(4)：59～62
25．刘晓强，唐荣锡．实体造型技术的现状与发展趋势．计算机辅助设计与图形学学报．1997，5(3)：284～287
26．孙家广等．计算机图形学．北京：清华大学出版社．1995
27．Donald Hearn等．计算机图形学．北京：电子工业出版社．1998
28. Autodesk. AutoCAD Designer(Part Modeling). USA: Autodesk, 1997
29. Autodesk. AutoCAD Designer(Autosurf). USA: Autodesk, 1997
30．李世国．基于ARX开发环境的机械零件实体造型技术和实例．机械设计与制造．1999，(5)：31～33
31．陈永亮，徐燕申等．基于MDT API箱体零件加工特征识别和工艺知识表达．组合机床与自动化加工技术．1999，(9)：29～32
32．周红燕．具有真实感的机械零件实体造型方法．机械．2000，(3)：146～147
33．李强，席光等．NURBS表示圆弧曲线的实用方法．计算机辅助设计与图形学学报．1999，9(5)：467～469
34．范劲松，安军等．用三次 NURBS表示圆弧与整圆的算法研究．计算机辅助设计与图形学学报．1997，9(5)：391～395
35．王哲，王知行．NURBS曲线、曲面造型过程的可视化设计．机械设计．1999，5(5)：13～15
36．David J．Kruglinski．Visual C++技术内幕．北京：清华大学出版社．1999，1
37．Herbert Schildt著．最新C++语言精华．北京：电子工业出版社．1997，2
38．江雪松等．MFC与ARX结合开发完美的AutoCAD应用程序．计算机辅助设计与制造．1999，(4)：13～15
39．路甬祥．工程设计的发展和未来．机械工程学报．1997，2(1)：1～8
40．孙守迁，包恩伟等．计算机辅助概念设计研究现状和发展趋势．中国机械工程．1999，6(6)：697～701
41．潘云鹤，孙守迁等．计算机辅助工业设计技术发展状况与趋势．计算机辅助设计与图形学学报．1999，5(3)：248～251
42．汪国平，陈玉健，孙家广．基于控制顶点扰动的平面Offset曲线的NURBS逼近．计算机学报．1999，12(12)：1259～1266
43．汪国平，孙家广．椭圆型Offset曲线及其应用．计算机学报．2000，5(5)：531～536
44．顾曦，金光振．虚拟现实技术在CAD系统中的应用．武汉冶金科技大学学报(自然科学版)．1999，6(2)：161～163
45．刘一松．基于VRML的3D人—人交互界面的研究与实现．江苏理工大学学报(自然科学版)．1999，9(5)：66～69
46．成基华，范玉青等．CAD/CAM开发平台及其发展趋势．计算机辅助设计与图形学学报．2000，2(2)：154～159
47．林守勋，林宗楷等．分布式集成化CAD系统框架．计算机辅助设计与图形学学报．1998，11(6)：552～558
48．陆薇，刘强等．基于组件的开放式CAD系统模型．软件学报．1998，9(9)：651～655
49．宋丹路等．关于在Windows Sockets中使用多传输协议以及多服务提供者的方法的研究．机械．2000，(3)：46～47
50．宋丹路．以内存映像文件为核心的报表输出方法．计算机辅助设计与制造．2000，5(5)：71～72
51．何志新．Windows95高级程序设计．上海：同济大学出版社．1997，1
52．李薇等著．OpenGL 3D入门与提高．四川：西南交通大学出版社．1998
53．贾志刚著．精通OpenGL．北京：电子工业出版社．1998
54．白建军等著．OpenGL三维图形设计与制作．北京：人民邮电出版社．1999
55．吴险峰等．Windows95下利用OpenGL进行CAD．开发的研究．计算机辅助工程．2000，3(1)：65～69
56．黎湘虹等．基于MFC的OpenGL应用开发理论与实践．南昌大学学报(理科版)．1999，12(4)：392～396
57．张予川等．AutoCAD获取仿真系统的三维模型．计算机应用．1999，10(10)：55～57
58．李敏等．用MFC开发OpenGL的三维图形功能．航空计算技术．2000，3(1)：48～50
59．伍铁军等．用OpenGL实现几何模型真实感图形显示．计算机工程与应用．1999，11(11)：78～79
60．张正霞，汪厚祥．虚拟现实建模语言(VRML)的概况与展望．工程图学学报．1998，2(2)：87～91
61．施寅等．虚拟现实造型语言及其应用．计算机辅助设计与图形学学报．1998，9(5)：450～456
2．汪耕．论我国陶瓷发展的出路．陶瓷研究．1996，11(3)：164～168
3．范劲松等．建筑陶瓷设计CAD方法研究．中国陶瓷工业．1996，(6)：31～33
4．夏季等．卫生瓷产品CAD方法与关键技术的研究．四川大学学报(工程科学版)．2001，1(33)：93～95
5．殷国富，陈永华．计算机辅助设计技术与应用．北京：科学出版社，2000．
6．胡昌盛，王毅等．陶瓷制品三维造型计算机辅助设计(一)．中国陶瓷．1997，33(1)：33～35
7．胡昌盛，王毅等．陶瓷制品三维造型计算机辅助设计(二)．中国陶瓷．1998，34(1)：36～38
8．胡昌盛，王毅等．陶瓷制品三维造型计算机辅助设计(三)．中国陶瓷．2000，36(1)：15～17
9．张新宇．陶瓷企业实现CINS的基本条件和具体步骤．中国陶瓷．1996，32(2)：39～41
10．但斌，刘飞等．陶瓷企业CIMS中的几个关键问题研究．中国陶瓷．2000，36(1)：23～25
11．余力，赵象元等．CIMS环境下陶瓷产品数据管理系统的开发与应用．制造业自动化．2000，22(6)：5～7
12．建筑卫生陶瓷质量管理和质量保证工作手册．家建筑卫生陶瓷质量监督检验中心．1995
13．唐荣锡．CAD/CAM技术．北京：北京航空航天大学出版社，1994
14．王可．微机CAD软件的特点和发展趋势．计算机辅助设计与制造．1999，(2)：7～10
15．刘炜．日益强大的MDT及其一体化3D解决方案．Autodesk在中国．1997，(3)：9～12
16．王福军等．AutoCAD2000环境下C/VC++应用程序开发教程．北京：北京希望电子出版社，2000
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18．孙江宏等．AutoCAD ObjectARX开发工具及其应用．北京：清华大学出版社．1999，2
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20．阎晓玲，任家骏等．AutoCAD下机械标准件设计系统软件的研究．山西机械．2000，3(1)：4～6
21．林毅，严隽琪等．ARX在建筑装饰CAD中的应用．计算机辅助设计与图形学学报．1999，9(5)：426～429
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26．孙家广等．计算机图形学．北京：清华大学出版社．1995
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29. Autodesk. AutoCAD Designer(Autosurf). USA: Autodesk, 1997
30．李世国．基于ARX开发环境的机械零件实体造型技术和实例．机械设计与制造．1999，(5)：31～33
31．陈永亮，徐燕申等．基于MDT API箱体零件加工特征识别和工艺知识表达．组合机床与自动化加工技术．1999，(9)：29～32
32．周红燕．具有真实感的机械零件实体造型方法．机械．2000，(3)：146～147
33．李强，席光等．NURBS表示圆弧曲线的实用方法．计算机辅助设计与图形学学报．1999，9(5)：467～469
34．范劲松，安军等．用三次 NURBS表示圆弧与整圆的算法研究．计算机辅助设计与图形学学报．1997，9(5)：391～395
35．王哲，王知行．NURBS曲线、曲面造型过程的可视化设计．机械设计．1999，5(5)：13～15
36．David J．Kruglinski．Visual C++技术内幕．北京：清华大学出版社．1999，1
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38．江雪松等．MFC与ARX结合开发完美的AutoCAD应用程序．计算机辅助设计与制造．1999，(4)：13～15
39．路甬祥．工程设计的发展和未来．机械工程学报．1997，2(1)：1～8
40．孙守迁，包恩伟等．计算机辅助概念设计研究现状和发展趋势．中国机械工程．1999，6(6)：697～701
41．潘云鹤，孙守迁等．计算机辅助工业设计技术发展状况与趋势．计算机辅助设计与图形学学报．1999，5(3)：248～251
42．汪国平，陈玉健，孙家广．基于控制顶点扰动的平面Offset曲线的NURBS逼近．计算机学报．1999，12(12)：1259～1266
43．汪国平，孙家广．椭圆型Offset曲线及其应用．计算机学报．2000，5(5)：531～536
44．顾曦，金光振．虚拟现实技术在CAD系统中的应用．武汉冶金科技大学学报(自然科学版)．1999，6(2)：161～163
45．刘一松．基于VRML的3D人—人交互界面的研究与实现．江苏理工大学学报(自然科学版)．1999，9(5)：66～69
46．成基华，范玉青等．CAD/CAM开发平台及其发展趋势．计算机辅助设计与图形学学报．2000，2(2)：154～159
47．林守勋，林宗楷等．分布式集成化CAD系统框架．计算机辅助设计与图形学学报．1998，11(6)：552～558
48．陆薇，刘强等．基于组件的开放式CAD系统模型．软件学报．1998，9(9)：651～655
49．宋丹路等．关于在Windows Sockets中使用多传输协议以及多服务提供者的方法的研究．机械．2000，(3)：46～47
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51．何志新．Windows95高级程序设计．上海：同济大学出版社．1997，1
52．李薇等著．OpenGL 3D入门与提高．四川：西南交通大学出版社．1998
53．贾志刚著．精通OpenGL．北京：电子工业出版社．1998
54．白建军等著．OpenGL三维图形设计与制作．北京：人民邮电出版社．1999
55．吴险峰等．Windows95下利用OpenGL进行CAD．开发的研究．计算机辅助工程．2000，3(1)：65～69
56．黎湘虹等．基于MFC的OpenGL应用开发理论与实践．南昌大学学报(理科版)．1999，12(4)：392～396
57．张予川等．AutoCAD获取仿真系统的三维模型．计算机应用．1999，10(10)：55～57
58．李敏等．用MFC开发OpenGL的三维图形功能．航空计算技术．2000，3(1)：48～50
59．伍铁军等．用OpenGL实现几何模型真实感图形显示．计算机工程与应用．1999，11(11)：78～79
60．张正霞，汪厚祥．虚拟现实建模语言(VRML)的概况与展望．工程图学学报．1998，2(2)：87～91
61．施寅等．虚拟现实造型语言及其应用．计算机辅助设计与图形学学报．1998，9(5)：450～456
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