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用于幾何數(shù)據(jù)交換的曲線(xiàn)曲面轉(zhuǎn)換系統(tǒng)
項(xiàng)目持有者：孫海順
聯(lián)系方式：E-mail: xiaoheli@yahoo.com
項(xiàng)目介紹：
在CAD系統(tǒng)中曲線(xiàn)曲面是用來(lái)描述產(chǎn)品的復(fù)雜幾何外形。根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)，流體力學(xué)的原理或者仿形和美學(xué)的要求曲線(xiàn)曲面設(shè)計(jì)不僅應(yīng)用于飛機(jī)，船舶和汽車(chē)工業(yè)，而且也出現(xiàn)在醫(yī)療器械以及日常生活用品中。近四十年來(lái)，有許多數(shù)學(xué)方法用來(lái)描述曲線(xiàn)曲面，較為常用的是冪次參數(shù)多項(xiàng)式(power basis), 赫密特-孔斯(Hermite-Coons), 貝齊爾(Bezier)，非均勻有理B樣條(Non-Uniform Rational B-Spline - NURBS)。隨著CAD系統(tǒng)在工業(yè)中的應(yīng)用日益普及，對(duì)于產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息的集成以及不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換的要求也更加迫切。西方發(fā)達(dá)國(guó)家以及國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織ISO在近二十年內(nèi)已先后制訂了用于CAD數(shù)據(jù)交換的標(biāo)準(zhǔn)IGES(美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)), VDAFS(德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)), SET(法國(guó)標(biāo)準(zhǔn))，ISO10303－STEP(國(guó)際標(biāo)準(zhǔn))。在這些標(biāo)準(zhǔn)中也定義了不同的曲線(xiàn)曲面描述格式，其中主要采用NURBS方法。由于在不同的CAD系統(tǒng)中以及不同的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)中所定義的曲線(xiàn)曲面數(shù)學(xué)方法不一樣，在系統(tǒng)集成和數(shù)據(jù)交換時(shí)，曲線(xiàn)曲面的轉(zhuǎn)換就是不可避免的。近十幾年來(lái)已有許多轉(zhuǎn)換方法先后發(fā)表和應(yīng)用。然而，由于對(duì)于NURBS曲線(xiàn)曲面當(dāng)時(shí)尚未有矩陣表達(dá)式，這就造成了曲線(xiàn)曲面轉(zhuǎn)換的困難。在轉(zhuǎn)換NURBS曲線(xiàn)曲面時(shí)，不能采用常用的簡(jiǎn)便矩陣相乘算法，而是采用一些特殊復(fù)雜算法或者以Bezier方法作為中間表達(dá)式來(lái)間接過(guò)渡。這就會(huì)增加計(jì)算誤差，降低運(yùn)算速度，占用大量存貯空間。
該曲線(xiàn)曲面轉(zhuǎn)換系統(tǒng)基于本人經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)而得出的，并且發(fā)表在國(guó)際一流英文期刊Computer-Aided Design上的非均勻B樣條基函數(shù)的系數(shù)遞推公式和計(jì)算系數(shù)矩陣的迭代算法，采用統(tǒng)一的矩陣算法對(duì)上述四種曲線(xiàn)曲面進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。算法簡(jiǎn)便，運(yùn)算效率和精度高，占用存貯空間少。全部程序用C語(yǔ)言編寫(xiě)，可以在UNIX工作站或LINUX/WINDOWS微機(jī)上運(yùn)行。該系統(tǒng)既可以作為單獨(dú)的數(shù)學(xué)庫(kù)使用，也可以集成到CAD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換前后置處理程序中，使系統(tǒng)開(kāi)放性增強(qiáng)，提高可集成度，從而為在國(guó)內(nèi)CAD技術(shù)應(yīng)用中推廣國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)STEP－ISO10303提供技術(shù)支持。
該系統(tǒng)來(lái)自本人博士論文的科研成果，產(chǎn)權(quán)屬于本人所有。該曲線(xiàn)曲面轉(zhuǎn)換系統(tǒng)以及其核心算法已在德國(guó)數(shù)個(gè)高校和工業(yè)界軟件中得到成功的應(yīng)用。德國(guó)德累斯頓大學(xué)蓋澤教授為此致函給本人：“Horner算法有了新的應(yīng)用，這確實(shí)是件了不起的事情！在計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)CAGD
領(lǐng)域中引入有理曲線(xiàn)曲面之后人們要求把所有方法統(tǒng)一為一個(gè)整體。對(duì)此，您作出了非常卓越的貢獻(xiàn)”。德國(guó)DaimlerChrysler集團(tuán)公司原下屬的信息技術(shù)公司debis在其為法國(guó)達(dá)索飛機(jī)公司和美國(guó)IBM公司的CATIA系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的STEP數(shù)據(jù)交換接口軟件COMSTEP中采用了上述矩陣算法，在經(jīng)過(guò)兩年的工業(yè)實(shí)際應(yīng)用之后致函本人，評(píng)價(jià)是“您的算法實(shí)現(xiàn)容易，效率極佳，具有高度的數(shù)值穩(wěn)定性”。
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