基于骨架和模板的土石坝三维原型构建方法
基于骨架和模板的土石坝三维原型构建方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及水利工程技术领域，特别是基于骨架和模板的土石坝三维原型构建方法。
【背景技术】
[0002]土石坝工程设计过程中，需要提供大量的平面图和剖面图，而绘制平面图和剖面图的工程既繁重又容易出错，传统的二维设计方法已经不能满足现代土石坝设计过程中工作任务重、设计周期短和质量要求高的特点，将三维可视化技术应用到土石坝的设计过程中，不仅可以有效地提高工程设计的质量、效率和水平，而且能够最大限度地节约人力物力和缩短设计周期。
[0003]针对土石坝的基本特征，土石坝原型的参数化模型采用对象这个概念来建立，对象是指具有某种特征的个体，对于土石坝来说就是将土石坝原型部件抽象为的一个具有某种特征的实体，然后通过将土石坝所有部件抽象为若干个对象的集合，土石坝原型模型就形成了；而要建立一个好的基本实体对象模型，基本对象应体现出相互之间的层层分解和组装原则，这样形成的结构关系将更灵活，局部的改变并不会严重影响整体，完全满足设计的需求，适应性强，当将土石坝原型抽取与提炼为若干基本对象模型后，对于某些较为复杂的对象，还应进行进一步的细化，细化的基本方法是:充分分析基本对象模型，提取对象模型的最基本特征，建立几种最基本的对象，然后再由最基本对象构造更高级。
【发明内容】
[0004]针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供基于骨架和模板的土石坝三维原型构建方法，优化土石坝模型，节约建模的时间，提高设计的效率和质量。
[0005]其解决的技术方案是，包括以下步骤:
步骤一:土石坝原型的参数化，将土石坝的基本实体对象模型细化为三维实体对象，并系统化的分类规范土石坝模型参数；
步骤二: 土石坝原型的骨架定位模型，以坝轴线作为工程断面骨架，确定各个断面位置，建立模型，根据断面位置进行装配；
步骤三:土石坝原型构件的模板库，通过参数化模板建立土石坝构件模板，并将土石坝构件模板存储在模板库中；
步骤四:利用设计表驱动土石坝原型构件，应用土石坝驱动几何图形，与土石坝部件尺寸有关的标准数据以表格的形式存放在相应的文件中，并建立表格中数据与土石坝三维模型特征参数的关联；
步骤五:土石坝原型构件的集成装配，改变已建成参数化模板的参数，生成目标大坝部件模型，再按照断面构件骨架模型提供的骨架要素装配整个大坝。
[0006]本发明把土石坝拆分成最小的构件，根据相互关联特征，构成整体，在构建的模板库中选择不同的类型土石坝，进行构件改进设计，可以快速完成土石坝的三维模型设计，提高设计工作质量和设计效率。
【附图说明】
[0007]图1为本发明的坝体断面骨架图。
[0008]图2为本发明的土石坝原型构造框图。
[0009]图3为本发明的土石坝参数类型划分。
[0010]图4为本发明的断面构件骨架图。
[0011]图5为本发明的不同参数代表不同防浪墙的模型图。
[0012]图6为本发明的防浪墙构件模板图。
[0013]图7为本发明的设计表驱动土石坝原型构件设计图。
[0014]图8为本发明的坝轴线装配参数图。
[0015]图9为本发明的参数分类命名表。
[0016]图10为本发明的土石坝上游坝身参数表。
【具体实施方式】
[0017]以下结合附图，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细说明。
[0018]现结合图1至图10所示，本发明基于骨架和模板的土石坝三维原型构件方法，包括以下步骤:
步骤一:土石坝原型的参数化，将土石坝的基本实体对象模型细化为三维实体对象，并系统化的分类规范土石坝模型参数；
步骤二: 土石坝原型的骨架定位模型，以坝轴线作为工程断面骨架，确定各个断面位置，建立参数化模板模型，根据断面位置进行装配；
步骤三:土石坝原型构件的模板库，通过参数化模板建立土石坝构件模板，并将土石坝构件模板存储在模板库中；
步骤四:利用设计表驱动土石坝原型构件，应用土石坝驱动几何图形，与土石坝部件尺寸有关的标准数据以表格的形式存放在相应的文件中，并建立表格中数据与土石坝三维模型特征参数的关联；
步骤五:土石坝原型构件的集成装配，改变已建成参数化模板的参数，生成目标大坝部件模型，再按照断面构件骨架模型提供的骨架要素装配整个大坝。
[0019]所述土石坝原型的参数化，土石坝的基本实体对象模型细化为:坝身、坝顶、护坡、排水设施、防渗体三维实体对象，并系统化的分类规范土石坝模型参数，土石坝模型参数包括几何参数Geometrical values、装配参数Assembly parameters、力学参数Mechanicalparameters矛口liM.fjOVIaterial parameters ο
[0020]所述土石坝原型的骨架定位模型，在土石坝工程三维建模过程中，对于整个土石坝工程进行骨架设计，以坝轴线作为工程断面骨架，根据给定部件骨架要素信息确定的断面位置，骨架要素信息包括坝轴线、断面位置、坝顶高程、防浪墙顶高程、防渗体顶部高程、排水体顶部高程、上下游起坡点位置坐标信息，建立模型，根据断面位置进行装配，以土石坝总体布置骨架为主导，以构件设计模板为核心，结合参数化功能，实现土石坝原型的有效建模，所述断面位置装配是利用坝轴线，将土石坝各个部件关键位置坐标参数布置在坝轴线在竖直方向上，根据各个部件关键位置坐标放置部件模型，将各个部件关联起来，土石坝各个构件可以相对独立的设计建模，不需要再考虑其他构件的位置，在进行构件总体组合时，也容易查出错漏缺碰，即使出问题只需修改相应构件。
[0021]所述土石坝原型构件的模板库，创建构件参数化模型，土石坝实际当中，坝体沿坝轴线方向具有相似的断面，并以河床断面最低处的坝体断面为 典型断面作为建模基础，通过拉伸功能实现二维到三维的转变，CATIA可以快速的进行典型断面草图的绘制，CATIA拥有庞大完善的参数系统，提供几何参数如点、线、曲线、曲面，物理参数如长度、质量、速度、温度、密度，无量纲参数如整数、实数，字符型参数和布尔型参数，通过这些参数工具，可以制定出各种各样的参数以及约束这些参数的公式，结合土石坝原型中定义的各部件参数，通过知识工程平台，根据参数的名称、类型和数值，创建土石坝部件模型所需的参数，当所有参数创建完成后，结构树中将会显示用户所创建的所有参数，用户参数定义后，针对用户参数与土石坝部件模型中对应的特征参数建立相应的公式，从而通过用户参数驱动系统参数，进而控制土石坝部件模型的尺寸。
[0022]所述参数化模板建模步骤如下:
步骤一:将相应建筑物的草图定位到子骨架上，并提取主要参数作为主控参数，利用公式、关系特征将参数赋予相应部位草图进行约束；
步骤二:利用凸台、拉伸、扫掠、肋命令将草图生成实体特征；
步骤三:建立UDF，输入模板特征，输出插入模板文件需要的信息；
步骤四:建立工程模板库，将所有模板创建的用户特征保存在目录浏览器中；
通过参数化模板可以建立土石坝构件模板，将这些模板存储在模板库中，可随时调用相应构件模板，这样参数化模板可以节约大量的建模时间，提高设计效率。
[0023]所述利用设计表驱动土石坝原型构件，通过选择图10中不同记录来改变几何尺寸，从而获得所需土石坝部件的模型，驱动结果如图7所示，通过设计修改参数，得到土石坝上游坝身的不同样式，甚至通过将三级坝身参数设置为0，得到两级边坡的坝身样式三，通过不断的调整，可优化土石坝部件模型，提高设计过程中的效率和质量。
[0024]所述土石坝原型构件的集成装配，结合已建成带有控制点坐标的文档模板，通过改变模板参数生成所需要的大坝部件模型，然后按照骨架模型提供的部件控制点坐标装配整个大坝。
[0025]位置装配参数描述如下:
1.坝顶控制点TSB_BZX_l_Assp_BDKZD的整体坐标(XBU=0，YBU);其中YBU取值为坝顶高程；
2.心墙控制点TSB_BZXXQ_P的整体坐标(XXQ=0，YXQ);其中YXQ取值为心墙顶点高程；
3.上游一级马道控制点TSB_BZXSYMD1_P的整体坐标(X SYMD1=0，Y SYMD1);其中YSYMD1取值为上游一级马道高程；
4.上游二级马道控制点TSB_BZXSYMD2_P的整体坐标(XSYMD2=0，Y SYMD2);其中YSYMD2取值为上游二级马道高程；
5.下游一级马道控制点TSB_BZX_P_0XYMD1的整体坐标(XXYMD1=0，Y XYMD1);其中YXYMD1取值为下游一级马道高程；
6.下游二级马道控制点TSB_BZX_P_0XYMD2的整体坐标(X XYMD2=0，Y XYMD2);其中YXYMD2取值为下游二级马道高程；
7.下游排水体控制点TSB_BZX_P_OPST的整体坐标(XPST=0，Y PST);其中Y PST取值为排水体顶点高程；
本发明首先创建骨架定位模型，通过对土石坝原型参数的研究，采用整体到局部的方法，将土石坝骨架分为整体骨架和局部构件骨架，提取骨架要素，利用CATIA绘制骨架模型，建立土石坝工程整体骨架模型和断面构件骨架模型，并将骨架要素信息作为参数添加到骨架模型中，实现对定位骨架的建模;根据CATIA文档模板建模的方法，建立土石坝构件骨架模板库，并添加设计表，建立设计表驱动模型;将构件模板按照断面构件骨架模型提供的骨架要素，进行装配土石坝模型，形成土石坝断面三维模型，然后按照整体骨架模型进行装配形成整个土石坝的三维模型。
[0026]本发明把土石坝拆分成最小的构件，根据相互关联特征，构成整体，在构建的模板库中选择不同的类型土石坝，进行构件改进设计，可以快速完成土石坝的三维模型设计，提高设计工作质量和设计效率。
【主权项】
1.基于骨架和模板的土石坝三维原型构建方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一:土石坝原型的参数化，将土石坝的基本实体对象模型细化为三维实体对象，并系统化的分类规范土石坝模型参数； 步骤二: 土石坝原型的骨架定位模型，以坝轴线作为工程断面骨架，确定各个断面位置，建立模型，根据断面位置进行装配； 步骤三:土石坝原型构件的模板库，通过参数化模板建立土石坝构件模板，并将土石坝构件模板存储在模板库中； 步骤四:利用设计表驱动土石坝原型构件，应用土石坝驱动几何图形，与土石坝部件尺寸有关的标准数据以表格的形式存放在相应的文件中，并建立表格中数据与土石坝三维模型特征参数的关联； 步骤五:土石坝原型构件的集成装配，改变已建成参数化模板的参数，生成目标大坝部件模型，再按照断面构件骨架模型提供的骨架要素装配整个大坝。
【专利摘要】本发明提供基于骨架和模板的土石坝三维原型构建方法，优化土石坝模型，节约建模的时间，提高设计的效率和质量；其方案是，包括以下步骤：步骤一：土石坝原型的参数化；步骤二：土石坝原型的骨架定位模型；步骤三：土石坝原型构件的模板库；步骤四：利用设计表驱动土石坝原型构件；步骤五：土石坝原型构件的集成装配；本发明把土石坝拆分成最小的构件，根据相互关联特征，构成整体，在构建的模板库中选择不同的类型土石坝，进行构件改进设计，可以快速完成土石坝的三维模型设计，提高设计工作质量和设计效率。
【IPC分类】G06F17/50, E02B7/06
【公开号】CN105488242
【申请号】CN201510635900
【发明人】王宗敏, 杨海波, 林予松, 李润知, 刘志丽, 李云飞, 闫超德
【申请人】郑州大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年9月30日
【技术领域】
[0001]本发明涉及水利工程技术领域，特别是基于骨架和模板的土石坝三维原型构建方法。
【背景技术】
[0002]土石坝工程设计过程中，需要提供大量的平面图和剖面图，而绘制平面图和剖面图的工程既繁重又容易出错，传统的二维设计方法已经不能满足现代土石坝设计过程中工作任务重、设计周期短和质量要求高的特点，将三维可视化技术应用到土石坝的设计过程中，不仅可以有效地提高工程设计的质量、效率和水平，而且能够最大限度地节约人力物力和缩短设计周期。
[0003]针对土石坝的基本特征，土石坝原型的参数化模型采用对象这个概念来建立，对象是指具有某种特征的个体，对于土石坝来说就是将土石坝原型部件抽象为的一个具有某种特征的实体，然后通过将土石坝所有部件抽象为若干个对象的集合，土石坝原型模型就形成了；而要建立一个好的基本实体对象模型，基本对象应体现出相互之间的层层分解和组装原则，这样形成的结构关系将更灵活，局部的改变并不会严重影响整体，完全满足设计的需求，适应性强，当将土石坝原型抽取与提炼为若干基本对象模型后，对于某些较为复杂的对象，还应进行进一步的细化，细化的基本方法是:充分分析基本对象模型，提取对象模型的最基本特征，建立几种最基本的对象，然后再由最基本对象构造更高级。
【发明内容】
[0004]针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供基于骨架和模板的土石坝三维原型构建方法，优化土石坝模型，节约建模的时间，提高设计的效率和质量。
[0005]其解决的技术方案是，包括以下步骤:
步骤一:土石坝原型的参数化，将土石坝的基本实体对象模型细化为三维实体对象，并系统化的分类规范土石坝模型参数；
步骤二: 土石坝原型的骨架定位模型，以坝轴线作为工程断面骨架，确定各个断面位置，建立模型，根据断面位置进行装配；
步骤三:土石坝原型构件的模板库，通过参数化模板建立土石坝构件模板，并将土石坝构件模板存储在模板库中；
步骤四:利用设计表驱动土石坝原型构件，应用土石坝驱动几何图形，与土石坝部件尺寸有关的标准数据以表格的形式存放在相应的文件中，并建立表格中数据与土石坝三维模型特征参数的关联；
步骤五:土石坝原型构件的集成装配，改变已建成参数化模板的参数，生成目标大坝部件模型，再按照断面构件骨架模型提供的骨架要素装配整个大坝。
[0006]本发明把土石坝拆分成最小的构件，根据相互关联特征，构成整体，在构建的模板库中选择不同的类型土石坝，进行构件改进设计，可以快速完成土石坝的三维模型设计，提高设计工作质量和设计效率。
【附图说明】
[0007]图1为本发明的坝体断面骨架图。
[0008]图2为本发明的土石坝原型构造框图。
[0009]图3为本发明的土石坝参数类型划分。
[0010]图4为本发明的断面构件骨架图。
[0011]图5为本发明的不同参数代表不同防浪墙的模型图。
[0012]图6为本发明的防浪墙构件模板图。
[0013]图7为本发明的设计表驱动土石坝原型构件设计图。
[0014]图8为本发明的坝轴线装配参数图。
[0015]图9为本发明的参数分类命名表。
[0016]图10为本发明的土石坝上游坝身参数表。
【具体实施方式】
[0017]以下结合附图，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细说明。
[0018]现结合图1至图10所示，本发明基于骨架和模板的土石坝三维原型构件方法，包括以下步骤:
步骤一:土石坝原型的参数化，将土石坝的基本实体对象模型细化为三维实体对象，并系统化的分类规范土石坝模型参数；
步骤二: 土石坝原型的骨架定位模型，以坝轴线作为工程断面骨架，确定各个断面位置，建立参数化模板模型，根据断面位置进行装配；
步骤三:土石坝原型构件的模板库，通过参数化模板建立土石坝构件模板，并将土石坝构件模板存储在模板库中；
步骤四:利用设计表驱动土石坝原型构件，应用土石坝驱动几何图形，与土石坝部件尺寸有关的标准数据以表格的形式存放在相应的文件中，并建立表格中数据与土石坝三维模型特征参数的关联；
步骤五:土石坝原型构件的集成装配，改变已建成参数化模板的参数，生成目标大坝部件模型，再按照断面构件骨架模型提供的骨架要素装配整个大坝。
[0019]所述土石坝原型的参数化，土石坝的基本实体对象模型细化为:坝身、坝顶、护坡、排水设施、防渗体三维实体对象，并系统化的分类规范土石坝模型参数，土石坝模型参数包括几何参数Geometrical values、装配参数Assembly parameters、力学参数Mechanicalparameters矛口liM.fjOVIaterial parameters ο
[0020]所述土石坝原型的骨架定位模型，在土石坝工程三维建模过程中，对于整个土石坝工程进行骨架设计，以坝轴线作为工程断面骨架，根据给定部件骨架要素信息确定的断面位置，骨架要素信息包括坝轴线、断面位置、坝顶高程、防浪墙顶高程、防渗体顶部高程、排水体顶部高程、上下游起坡点位置坐标信息，建立模型，根据断面位置进行装配，以土石坝总体布置骨架为主导，以构件设计模板为核心，结合参数化功能，实现土石坝原型的有效建模，所述断面位置装配是利用坝轴线，将土石坝各个部件关键位置坐标参数布置在坝轴线在竖直方向上，根据各个部件关键位置坐标放置部件模型，将各个部件关联起来，土石坝各个构件可以相对独立的设计建模，不需要再考虑其他构件的位置，在进行构件总体组合时，也容易查出错漏缺碰，即使出问题只需修改相应构件。
[0021]所述土石坝原型构件的模板库，创建构件参数化模型，土石坝实际当中，坝体沿坝轴线方向具有相似的断面，并以河床断面最低处的坝体断面为 典型断面作为建模基础，通过拉伸功能实现二维到三维的转变，CATIA可以快速的进行典型断面草图的绘制，CATIA拥有庞大完善的参数系统，提供几何参数如点、线、曲线、曲面，物理参数如长度、质量、速度、温度、密度，无量纲参数如整数、实数，字符型参数和布尔型参数，通过这些参数工具，可以制定出各种各样的参数以及约束这些参数的公式，结合土石坝原型中定义的各部件参数，通过知识工程平台，根据参数的名称、类型和数值，创建土石坝部件模型所需的参数，当所有参数创建完成后，结构树中将会显示用户所创建的所有参数，用户参数定义后，针对用户参数与土石坝部件模型中对应的特征参数建立相应的公式，从而通过用户参数驱动系统参数，进而控制土石坝部件模型的尺寸。
[0022]所述参数化模板建模步骤如下:
步骤一:将相应建筑物的草图定位到子骨架上，并提取主要参数作为主控参数，利用公式、关系特征将参数赋予相应部位草图进行约束；
步骤二:利用凸台、拉伸、扫掠、肋命令将草图生成实体特征；
步骤三:建立UDF，输入模板特征，输出插入模板文件需要的信息；
步骤四:建立工程模板库，将所有模板创建的用户特征保存在目录浏览器中；
通过参数化模板可以建立土石坝构件模板，将这些模板存储在模板库中，可随时调用相应构件模板，这样参数化模板可以节约大量的建模时间，提高设计效率。
[0023]所述利用设计表驱动土石坝原型构件，通过选择图10中不同记录来改变几何尺寸，从而获得所需土石坝部件的模型，驱动结果如图7所示，通过设计修改参数，得到土石坝上游坝身的不同样式，甚至通过将三级坝身参数设置为0，得到两级边坡的坝身样式三，通过不断的调整，可优化土石坝部件模型，提高设计过程中的效率和质量。
[0024]所述土石坝原型构件的集成装配，结合已建成带有控制点坐标的文档模板，通过改变模板参数生成所需要的大坝部件模型，然后按照骨架模型提供的部件控制点坐标装配整个大坝。
[0025]位置装配参数描述如下:
1.坝顶控制点TSB_BZX_l_Assp_BDKZD的整体坐标(XBU=0，YBU);其中YBU取值为坝顶高程；
2.心墙控制点TSB_BZXXQ_P的整体坐标(XXQ=0，YXQ);其中YXQ取值为心墙顶点高程；
3.上游一级马道控制点TSB_BZXSYMD1_P的整体坐标(X SYMD1=0，Y SYMD1);其中YSYMD1取值为上游一级马道高程；
4.上游二级马道控制点TSB_BZXSYMD2_P的整体坐标(XSYMD2=0，Y SYMD2);其中YSYMD2取值为上游二级马道高程；
5.下游一级马道控制点TSB_BZX_P_0XYMD1的整体坐标(XXYMD1=0，Y XYMD1);其中YXYMD1取值为下游一级马道高程；
6.下游二级马道控制点TSB_BZX_P_0XYMD2的整体坐标(X XYMD2=0，Y XYMD2);其中YXYMD2取值为下游二级马道高程；
7.下游排水体控制点TSB_BZX_P_OPST的整体坐标(XPST=0，Y PST);其中Y PST取值为排水体顶点高程；
本发明首先创建骨架定位模型，通过对土石坝原型参数的研究，采用整体到局部的方法，将土石坝骨架分为整体骨架和局部构件骨架，提取骨架要素，利用CATIA绘制骨架模型，建立土石坝工程整体骨架模型和断面构件骨架模型，并将骨架要素信息作为参数添加到骨架模型中，实现对定位骨架的建模;根据CATIA文档模板建模的方法，建立土石坝构件骨架模板库，并添加设计表，建立设计表驱动模型;将构件模板按照断面构件骨架模型提供的骨架要素，进行装配土石坝模型，形成土石坝断面三维模型，然后按照整体骨架模型进行装配形成整个土石坝的三维模型。
[0026]本发明把土石坝拆分成最小的构件，根据相互关联特征，构成整体，在构建的模板库中选择不同的类型土石坝，进行构件改进设计，可以快速完成土石坝的三维模型设计，提高设计工作质量和设计效率。
【主权项】
1.基于骨架和模板的土石坝三维原型构建方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一:土石坝原型的参数化，将土石坝的基本实体对象模型细化为三维实体对象，并系统化的分类规范土石坝模型参数； 步骤二: 土石坝原型的骨架定位模型，以坝轴线作为工程断面骨架，确定各个断面位置，建立模型，根据断面位置进行装配； 步骤三:土石坝原型构件的模板库，通过参数化模板建立土石坝构件模板，并将土石坝构件模板存储在模板库中； 步骤四:利用设计表驱动土石坝原型构件，应用土石坝驱动几何图形，与土石坝部件尺寸有关的标准数据以表格的形式存放在相应的文件中，并建立表格中数据与土石坝三维模型特征参数的关联； 步骤五:土石坝原型构件的集成装配，改变已建成参数化模板的参数，生成目标大坝部件模型，再按照断面构件骨架模型提供的骨架要素装配整个大坝。
【专利摘要】本发明提供基于骨架和模板的土石坝三维原型构建方法，优化土石坝模型，节约建模的时间，提高设计的效率和质量；其方案是，包括以下步骤：步骤一：土石坝原型的参数化；步骤二：土石坝原型的骨架定位模型；步骤三：土石坝原型构件的模板库；步骤四：利用设计表驱动土石坝原型构件；步骤五：土石坝原型构件的集成装配；本发明把土石坝拆分成最小的构件，根据相互关联特征，构成整体，在构建的模板库中选择不同的类型土石坝，进行构件改进设计，可以快速完成土石坝的三维模型设计，提高设计工作质量和设计效率。
【IPC分类】G06F17/50, E02B7/06
【公开号】CN105488242
【申请号】CN201510635900
【发明人】王宗敏, 杨海波, 林予松, 李润知, 刘志丽, 李云飞, 闫超德
【申请人】郑州大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年9月30日
最新回复(0)