干涉检验优化算法及其在车辆电磁制动器虚拟装配系统中的实现.pdfVIP

第43卷第12期 机 械 工 程 学 报 v01．43 No．12 2007年 1 2月 CHINESE JOURNAL OF MECHANICAL ENGIN EERING Dec． 2 0 0 7 干涉检验优化算法及其在车辆电磁制动器 虚拟装配系统中的实现冰 江 洪 侯剑波 丁家翔2周孔亢2 (1．江苏大学机械工程学院 镇江 212013； 2．江苏大学汽车与交通工程学院 镇江 212013) 摘要：干涉检验是基于虚拟现实设计系统的关键技术，然而利用传统几何求交的方法进行干涉检验效率低、耗时 长，已远不能满足实时精确干涉检验的要求。首先对比包围球、沿坐标轴的包围盒以及方向包围盒三种干涉检验 优化方法，给出采用基于沿坐标轴的包围盒分解快速干涉检验方法的理论依据及算法的流程图。通过构建层次包 围盒逐渐逼近几何实体，排除不可能发生干涉的部件，‘这样可大大减少干涉检验的运算量并提高算法效率。最后 在基于三维软件Unigraphics(UG)开发的车辆电磁制动器虚拟装配系统中，实现了基于沿坐标轴的包围盒分解快速 干涉检验的算法，使用该算法前后的对比试验可验证该算法的优越性。对比试验的结果证明，基于沿坐标轴的包 围盒分解快速干涉检验算法能有效地减少复杂对象干涉检验的运算时间，具有广泛的应用前景。 关键词：干涉检验 沿坐标轴的包围盒 包围盒分解 中图分类号：TP391．72 节点追溯方法【4】建立了有效的产品结构树，但应用 0 前言 范围还局限于动画演示，尚未涉及干涉检验。基于 层次包围盒分解的优化算法【51充分考虑到对象包围 碰撞干涉检验问题是计算机动画、虚拟现实、 盒紧密性、简单性的特点，对于干涉检验的效率优 产品运动仿真的关键技术，其目标是对象静态、动 化具有深入的指导意义，然而其与三维软件间隙分 态干涉的检测及其响应。在工程领域，目前大型三 析功能的匹配还有一定欠缺，从而影响到了干涉分 维软件例如Unigraphics(UG)、CATIA、Pro／E等都提 析的精确性。 供了干涉检验的相关模块，具有很广泛的应用前景。 本文在充分研究层次包围盒分解优化方法的基 计算机对干涉情况的判断主要是通过对两个几 础上，提出一种基于UG平台的快速干涉检验方法， 何模型中的基本体素进行两两的相交测试，其复杂 大大降低了各种干涉检验模式下的时间开销，并在 度达到 O{n l，因此尽管目前的计算机运算速度已 自主开发的车辆电磁制动器虚拟装配系统 经大大提高，在进行复杂零件的干涉检验时仍然显 (Electric—brake virtual assembly system，EBVAS)q~得 得力不从心，特别是针对运动过程的动态干涉检验， 到了成功的应用。 算法效率成了干涉检验的瓶颈。 在过去的20多年中，快速干涉检验算法得到了 1 CAD领域常用的包围盒类型 长足的发展，目前已经形成了一些比较成熟的技术。 在两个几何模型之间进行静态干涉检验的优化算法 层次包围盒方法是指用体积略大而几何特性简 主要包括空间分解法和层次包围盒方法，空间分析 单的包围盒来近似地描述复杂的几何对象，并通过 法【l五1将坐标空间划分为小的单元，分析占据每个单 构造树状的包围盒层次结构来逼近对象的几何模 型，从而在对包围盒树进行遍历的过程中通过对象 元的对象数量来判断干涉情况，然而这种方法具有