基于ObjectARX的重力壩參數(shù)化建模子系統(tǒng)開發(fā)

1、基于ObjectARX的重力壩參數(shù)化建模子系統(tǒng)開發(fā)             基于ObjectARX的重力壩參數(shù)化建模子系統(tǒng)開發(fā)楊威，蘇超（河海大學(xué)水利水電工程學(xué)院，江蘇 南京210098）    摘  要：以O(shè)bjectARX為基本工具，針對(duì)重力壩建立了專業(yè)的圖元對(duì)象模型.闡述了參數(shù)化設(shè)計(jì)的基本特性，并將其融入到圖元對(duì)象技術(shù)中來開發(fā)重力壩的參數(shù)化三維建模子系統(tǒng).以非溢流基本實(shí)體圖元為例說明了圖元的數(shù)字化和圖元的組裝等關(guān)鍵技術(shù)，最后給出了

2、實(shí)體對(duì)象程序的基本框架.    關(guān)鍵詞：重力壩；面向圖元對(duì)象；ObjectARX；參數(shù)化建模    隨著數(shù)字化時(shí)代的到來，手工設(shè)計(jì)已經(jīng)不能滿足時(shí)代的需要，開發(fā)水利工程數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)已經(jīng)十分迫切.國(guó)內(nèi)有很多單位開發(fā)過水利工程的CAD系統(tǒng)，比較典型的有天津勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院和華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院的重力壩CAD系統(tǒng)1，2，但它們主要是用程序來模擬手工設(shè)計(jì)，并不是真正的數(shù)字化設(shè)計(jì)，此外，它們的設(shè)計(jì)都是根據(jù)二維的圖紙來想像三維的實(shí)體，而真正的數(shù)字化設(shè)計(jì)應(yīng)該從原始設(shè)計(jì)開始即是三維的，先有三維的實(shí)體模型，再來形成二維的工程圖紙.這樣將更有助于工程師的設(shè)計(jì)

3、，而且在此三維模型基礎(chǔ)上的計(jì)算也將與工程實(shí)際更相符.    目前，在眾多的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件中，AutoCAD以其功能強(qiáng)、適應(yīng)廣而在工程設(shè)計(jì)中占主導(dǎo)地位.自AutoCAD R13開始，Auotdesk公司把面向?qū)ο蠹夹g(shù)ARX(AutoCAD Runtime eXtention)融入了AutoCAD的核心結(jié)構(gòu)，它使得對(duì)于專業(yè)CAD的二次開發(fā)比以前更容易，更靈活，智能化程度也更高，因此，選擇利用ObjectARX來開發(fā)重力壩的CAD系統(tǒng)將具有良好的發(fā)展前景.1AutoCAD面向圖形對(duì)象技術(shù)ObjectARX    ObjectARX3平臺(tái)

4、為基于AutoCAD的各種應(yīng)用者提供了強(qiáng)大的開發(fā)工具.它包含一組動(dòng)態(tài)鏈接庫（DLL），這些庫與AutoCAD在同一地址空間內(nèi)運(yùn)行并能直接利用AutoCAD的核心數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和代碼.庫中包含一組通用工具，使得二次開發(fā)者可以充分利用AutoCAD的開放結(jié)構(gòu)，直接訪問AutoCAD的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和CAD的圖形系統(tǒng)幾何造型核心，以便能在運(yùn)行期實(shí)時(shí)擴(kuò)展AutoCAD具有的類似功能和具有AutoCAD固有命令特權(quán)的新命令.     ObjectARX支持面向?qū)ο蠹夹g(shù)的基本特性封裝性、繼承性和多態(tài)性.利用AutoCA材料信息.    此外，O

5、bjectARX還提供了一套與MFC用戶界面有關(guān)的類（AdUi和AcUi），使開發(fā)者可以充分利用Windows資源，更好地?cái)U(kuò)展AutoCAD的功能.這樣，開發(fā)者可以更容易地開發(fā)出具有AutoCAD一樣外觀和特性的ObjectARX應(yīng)用程序，從而使圖元對(duì)象的創(chuàng)建更直觀和方便.2重力壩參數(shù)化建模子系統(tǒng)2.1參數(shù)化原則4     參數(shù)化技術(shù)是一種基于約束的實(shí)體建模方法.它用約束來描述實(shí)體的形狀特征，通過改變約束主要是實(shí)體的尺寸約束，來獲得不同的實(shí)體形狀，從而得到不同的設(shè)計(jì)方案.它的應(yīng)用可以大大提高CAD系統(tǒng)的圖形輸入和幾何造型的效率.  &

6、#160; 結(jié)構(gòu)對(duì)象參數(shù)化一般具有以下特性：必須具有通用性，能適用于某種類型的不同結(jié)構(gòu)；能根據(jù)用戶指定的參數(shù)，自動(dòng)計(jì)算結(jié)構(gòu)的幾何點(diǎn)坐標(biāo)；不僅能指定結(jié)構(gòu)形狀控制參數(shù)，而且能指定結(jié)構(gòu)或部件的位置控制參數(shù)；能對(duì)所設(shè)計(jì)的部件進(jìn)行組合；能使用結(jié)構(gòu)形狀參數(shù)、位置參數(shù)、關(guān)系描述性參數(shù)、材料參數(shù)和施工要求參數(shù)等，并建立統(tǒng)一的關(guān)系數(shù)據(jù)庫.2.2重力壩圖元對(duì)象模型的劃分    在重力壩的圖元對(duì)象模型的設(shè)計(jì)中，先考慮如何把復(fù)雜的重力壩合理地拆分成多個(gè)簡(jiǎn)單的圖元對(duì)象的組合，再由AcDbEntity類和AcDbObject類派生出基本圖元對(duì)象類.對(duì)象之間的相互聯(lián)系通過ObjectID來建立

7、，ObjectID是一個(gè)對(duì)象的標(biāo)識(shí)，在一個(gè)AutoCAD的進(jìn)程中ObjectID是惟一的.    重力壩結(jié)構(gòu)的基本圖元對(duì)象應(yīng)體現(xiàn)對(duì)象之間的包容關(guān)系和組裝原則，而且各基本圖元對(duì)象要盡可能地具有相對(duì)的獨(dú)立性.因?yàn)橐话阒亓味际欠侄谓ㄖ模雺夯炷林亓纬猓?，因此以壩段來考慮基本對(duì)象的劃分.重力壩可分為非溢流壩段和溢流壩段，只要能把它們都簡(jiǎn)化為基本圖元對(duì)象的組合就行了.分析非溢流壩段和溢流壩段的結(jié)構(gòu)形體，如果把整個(gè)壩段作為一個(gè)正實(shí)體大圖元，其余的圖元看做或是包含于這個(gè)大圖元中的小的負(fù)實(shí)體，或是需在這個(gè)大圖元上添加的小的正實(shí)體.這樣在形成每個(gè)基本圖元對(duì)象后，再根據(jù)一定

8、的組裝規(guī)則把它們組裝起來，壩段模型即可形成，最后把各個(gè)壩段組合在一起即可得到整個(gè)重力壩的三維模型.根據(jù)上述原則，考慮所有的重力壩類型（實(shí)體、寬縫、空腹），可以建立如圖1所示的重力壩結(jié)構(gòu)模型.2.3基本圖元對(duì)象的參數(shù)化    遵循參數(shù)化原則和圖元對(duì)象模型的劃分，在重力壩的參數(shù)化建模子系統(tǒng)中，把參數(shù)化技術(shù)融入圖元對(duì)象模型中.先把重力壩基本圖元對(duì)象參數(shù)化，即提煉出基本對(duì)象的結(jié)構(gòu)控制參數(shù)，一般包括結(jié)構(gòu)實(shí)體的形狀、位置和截面尺寸的控制參數(shù).在提煉這些控制參數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮到上面所提到的參數(shù)化特征的要求，同時(shí)還要滿足結(jié)構(gòu)易組裝成完整重力壩結(jié)構(gòu)的要求.然后，以這些控制參數(shù)為基礎(chǔ)，通

9、過ObjectARX平臺(tái)從AcDbObject 或AcDbEntity派生出我們的定制類.從圖1中可知，上一級(jí)結(jié)構(gòu)是由下一級(jí)結(jié)構(gòu)組裝構(gòu)成的，所以，只要用戶生成了重力壩的基本圖元對(duì)象，完整的重力壩實(shí)體也就完成了.    下面以非溢流壩段基本實(shí)體對(duì)象為例，簡(jiǎn)述重力壩建模子系統(tǒng)的開發(fā).基于程序設(shè)計(jì)的模塊化思想，每個(gè)實(shí)體對(duì)象的建立可以作為一個(gè)單獨(dú)的模塊，然后再把所有的實(shí)體對(duì)象按重力壩的結(jié)構(gòu)模型圖組裝起來，從而得到重力壩的模型.    如圖2所示，根據(jù)參數(shù)化設(shè)計(jì)的基本原則，為非溢流基本實(shí)體對(duì)象提出10個(gè)基本圖元對(duì)象控制參數(shù)和1個(gè)圖元對(duì)象組裝控制

10、參數(shù)jzhun，10個(gè)基本圖元對(duì)象控制參數(shù)包括9個(gè)控制壩體幾何形狀的參數(shù)（LL4,HH5）和一個(gè)控制壩段寬度的width參數(shù).根據(jù)工程上的實(shí)際情況，所提取的L4都是距離壩軸線的尺寸，5都是實(shí)際的高程值.因此這11個(gè)參數(shù)中有的也具有位置控制參數(shù)的雙重意義（以高程向?yàn)閦軸，壩軸線向?yàn)閥軸，河流流向?yàn)閤軸）.2.4基本圖元對(duì)象的組裝       在單個(gè)非溢流基本實(shí)體圖元對(duì)象形成后，要把它和其他的實(shí)體圖元對(duì)象組裝為一個(gè)有機(jī)的重力壩實(shí)體.這里必須考慮兩個(gè)方面：一是它和其他負(fù)實(shí)體對(duì)象和正實(shí)體對(duì)象（即壩段內(nèi)的孔洞等）的組裝，二是非溢流基本實(shí)體圖元對(duì)

11、象（即壩段）之間的位置組裝.    從前面的圖元基本參數(shù)可知，非溢流壩段基本實(shí)體對(duì)象中的參數(shù)提取是以壩軸線和實(shí)際高程為基準(zhǔn)的，所以當(dāng)壩體的壩軸線的位置確立后，所建立的非溢流壩段基本實(shí)體對(duì)象三維模型在給出的三維坐標(biāo)系中的x,zy軸的位置，方法是給這些圖元對(duì)象一個(gè)組裝控制參數(shù)youju，即描述這些圖元對(duì)象的特征點(diǎn)到壩段右面（從上游面看）的相對(duì)距離，當(dāng)這個(gè)參數(shù)值確定后，它們?cè)诿總€(gè)非溢流壩段中的位置也就確定了.而對(duì)于第二點(diǎn)，是要確定每個(gè)三維非溢流基本實(shí)體圖元對(duì)象在y軸上的位置，筆者在此引用了一個(gè)基準(zhǔn)面的概念，即人為地在坐標(biāo)系中確定的一個(gè)固定的xz面，當(dāng)給定它的圖元對(duì)象組裝

12、控制參數(shù)jzhun，即壩段右面（從上游面看）到基準(zhǔn)面的距離后，這個(gè)非溢流基本實(shí)體圖元對(duì)象在坐標(biāo)系中的位置就惟一確定了.此方法對(duì)于溢流壩段也同樣適用.    在同一個(gè)坐標(biāo)系中形成所有的圖元對(duì)象模型后，給定一個(gè)合適的組裝控制參數(shù)，通過相應(yīng)的布爾運(yùn)算，即形成一個(gè)重力壩的三維實(shí)體模型，如圖3所示.2.5圖元對(duì)象的程序建立    在上述11個(gè)基本參數(shù)的基礎(chǔ)上，利用ObjectARX開發(fā)平臺(tái)從AcDbObject派生出了CNoDamShiTi類，CNoDamShiTi具體實(shí)現(xiàn)非溢流壩段基本實(shí)體對(duì)象模型的建立.它的基本定義如下： 

13、0;      通過用戶的數(shù)據(jù)輸入，由參數(shù)通信函數(shù)得到參數(shù)數(shù)值，再經(jīng)過圖元繪制函數(shù)即可以得到圖元模型.此時(shí)得到的圖元模型和CAD的基本圖元具有同樣的性質(zhì).    通過這個(gè)非溢流壩實(shí)體模塊，可以得到這個(gè)基本圖元對(duì)象的模型，同理可以為其余的基本圖元對(duì)象構(gòu)造相應(yīng)的模塊.當(dāng)形成了所有的圖元模型后，整個(gè)重力壩模型也就出來了.3結(jié)語    通過把參數(shù)化技術(shù)融入到面向圖元對(duì)象技術(shù)中，所開發(fā)的重力壩建模子系統(tǒng)不僅繼承了參數(shù)化繪圖的特點(diǎn)，而且具有了可視化的特點(diǎn).由于該建模子系統(tǒng)是基于三維實(shí)體的，因此可以讓設(shè)計(jì)者更直接地審查自己的設(shè)計(jì)，而且可以在此三維模型的基礎(chǔ)上，開發(fā)出適用的計(jì)算應(yīng)用程序及工程圖出圖程序.參考文獻(xiàn)1 莘志宏,邱浩.重力壩