管道CAD平剖图重叠消隐中的区间匹配技术

管道CAD平剖图重叠消隐中的区间匹配技术 V o l. 11, N o. 4 第 1 1 卷 第 4 期计算机辅助设计与图形学学报 J u l. , 1999 1999 年 7 月JOU RN A L O F COM PU T ER A ID ED D E S IGN A N D COM PU T ER GRA PH IC S 平剖图重叠消隐中的区间匹配技术管道 CAD 33333333 金文华涛刘晓平唐卫清唐荣锡何 ( )3 中国科学院计算技术研究所 开放实验室 北京 100080 CA D ( ) 33 北京航空航天大学制造 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 系 北京 100083 ( ) 333 合肥工业大学计算机学院 合肥 230009 摘 要 针对工厂设计管道平剖图重叠消隐的特殊要求, 提出了管线段的区间划分与区间匹配技术. 该技术已应用于 工厂设计软件 中, 实践 证明 住所证明下载场所使用证明下载诊断证明下载住所证明下载爱问住所证明下载爱问 效果很好.PD SO F T 关键词 管道, 工厂设计, 平剖图, 工程图纸, 消隐 中图法分类号 14; 391172302T P T P - -SEGM ENT M A PP ING M ETHOD USED IN O VERL A PED P IPEL INES PRESENTA T IO N O F O RTHO GRA PH IC D RAW INGS 333333332222J IN W en H u a H E T ao L IU X iao P in g TA N G W e iQ in g TA N G R o n g X i ()3 , , , 100080 CA D L abora tory th e I nstitu te of C om p u ting T ech nology T h e C h inese A cad em y of S ciencesB eij ing ()33 , , 100083D ep a r tm en t of M anuf actu r ing E ng ineer ing B eij ing U n iv ersity of A eronau tics & A stronau ticsB eij ing ()333 , , 230009C om p u ter C ol leg eH ef ei U n iv ersity of T ech nology H ef ei A bstrac t A im ed a t th e p a r t icu la r dem and fo r th e lapp ing p ip e line’ s h idd ing o f p ip ing o r tho g rap h ic d raw ing s in p lan t de sign, th e segm en t d iv id ing and m app ing m e tho d is p ropo sed. T h is m e tho d is im p lem en ted in th e p lan t de sign . .sy stem PD SO F TT h e re su lt s o b ta ined by th e m e tho d a re rem a rk ab le Key words p ip e line s, p lan t de sign , o r tho g rap h ic d raw ing s, eng inee r ing d raw ing s, h idd ing 必须保留一定长度的管子; 断开的上位管子则加以剖口符示. 但在实际手工绘制平剖图时, 平剖图的重叠消隐具有极 1 引言的随意性, 它一方面融入了人在识别和处理图形方面的智 行为, 另一方面还与工程人员的个人绘图习惯密切相关. 在工厂设计中, 平剖图的自动消隐一直是当今国内外配如: 两管线上的阀门投影重叠, 此时一般是增加局部小剖视 管 软 件 的 技 术 难 点. 目 前 流 行 的 国 外 配 管 软 件 CA D CA D 来 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 达这些奇异情况, 但有时为了方便, 工程人员可将上位 1 2 3 ( ) 如: 2、、等所产生的平剖 P ro P ip e A u to P lan tCA D P IP E 下位阀门沿管线移动一定距离, 然后再以普通消隐原则进 图均不能满足国内工程需要, 究其原因是这些软件的平剖图 绘制, 但在标注时, 则标注移动前的真实尺寸和位置.要么根本不消隐, 仅仅把三维工厂模型作简单的二维投影; 要 么就把工厂模型作真三维消隐, 得到的图纸却并不符合国内 本文在仔细分析工程人员的绘图经验和那些不成文的 行业的习惯. 这是因为在平剖图中元件、设备等均是用一些简 隐规则基础上, 提出了用区间划分和区间匹配的方法处理 单的二维图形来表示, 这些图形不是元件实际形状在平面上 剖图的重叠消隐问题. 本文方法也可以很容易地扩展到平 的投影, 而是工程人员许多年来逐步形成的一种行业标准. 图的交叉消隐中. 工程人员在手工绘制平剖图时, 也没有简单地采用投影 方法, 而是根据行业内普遍接受的一些约定俗成的、不成文的 规则进行绘制, 如: 上位管子断下位管子; 下位管件断上位管 子等. 在平剖消隐中, 最难处理的情况是重叠. 重叠消隐采用 2 基本概念的基本原则是尽量暴露处于下位的管件, 同时在管件两端还 () 管子、直通型管件 如阀门、带有明显直通主管特点的 支件, 如三通、四通、斜接三通等元件统称为直通型元件. 直 ()原稿收到日期: 1998201213; 修改稿收到日期: 1998203213. 本文得到国家自然科学基金资助 . 696730001. 金文华, 男, 1970 年 10 月生 N o 博士后, 主要研究方向为 、、数据库、计算几何等. 何 涛, 博士研究生. 刘晓平, 博士, 副教授. 唐卫清, 博士, 研究员, 主要研究方向CA DC G 、图形学等. 唐荣锡, 教授, 博士生导师, 主要研究方向为 及相关理论和技术等. ƒCA DCA D CAM ( ) 型元件 2 个主要端面中心之间的连线称为直通型元件的中心如果重叠管线与竖管相联, 则把竖管在共线元件组3 线. 在空间中彼此相互连接的一连串直通型元件称为共线元 中心线上的投影区间划分为“保留竖管区间”, 如图 2 所示;件组, 其中, 各个元件中心线的并集称为共线元件组的中心 线. 共线元件组中各元件中心线在共线元件组中心线上的投 影将元件组中心线划分为一个个管段区间, 简称为区间. 区间 可进一步细分, 但不可合并, 以保证: 一个区间只能属于一个 元件; 一个元件可占有多个区间. 图 1 保留管件区间图 2 保留竖管区间 在整个工厂管网模型中, 所有管线均可用共线元件组表 () 4对于管子, 将其两端按一定长度划分为“保留管子区示, 共线元件组之间存在着拓扑连接关系. 利用图论中的图结 4 间”; 从两端的“保留管子区间”出发, 再往中间各取一定长度 构可建立工厂模型的管网拓扑图. 当 2 个以上共线元件组 的管子作为“管子间隙区间”; 管子中间的剩余部分划分为“可 的中心线在投影平面上共线且发生重合或搭接时, 称这些共 断 管子区间”, 如图 3 中左边第 2 根管子. “保留管子区间”和 线元件组为重叠管线. “管子间隙区间”的长度可由用户设定. 如果管子长度不足以 进行上述划分, 则将整个管子划分为一个“保留管子区间”, 如 3 重叠消隐中的区间匹配技术图 3 中左边第 3 根管子; 在重叠消隐处理前, 首先采用广度优先搜索方法从管网 拓扑图中搜索出重叠管线. 由于存在中心线投影共线但不重 叠的情况, 因此要对各个方向的重叠管线组进行过滤, 去掉其 中不重叠的管线. 当搜索并过滤完各个方向的重叠管线组后, 图 3 管子的区间划分 还需按照重叠管线的中心线在垂直平面内的上下关系, 从上( ) 5如果与重叠管线相连的其它管线不是竖直管线, 则到下对每组重叠管线进行排序. 当搜索、过滤并排序完所有重 () 将与 2 个管线均相连的元件 常常是弯头或弯管在共线元件 叠管线后, 即可对每组管线进行消隐处理. 组中心线上的投影区间划分为“水平弯头区间”, 如图 4 所示; 本文在重叠消隐处理中采用区间划分与区间匹配技术. 首先将重叠管线组中的每个共线元件组按照某种原则划分为 一段段小的区间, 每个区间具有不同的类型和属性. 区间划分 完后, 将重叠管线组中的任意两根管线上的区间两两进行匹配. 根据 2 个区间的类型, 按照某种匹配规则采取相应的处理 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 , 如剖断上位区间、裁掉下位区间等. 本文在仔细分析手 图 4 水平弯头区间工绘图时采用的各类消隐方法基础上, 归纳出 9 类重叠区间, ( ) 6当把一根重叠线的区间划分完毕后, 还应在其两端()如表 1 所示 其中: N为区间匹配后的代码. 各追加一个“端部预留区间”, 如图 5 所示. 这类区间的长度也 表 1 重叠管线区间分类表可由用户设定; 名称 代号 匹配前代码匹配后代 码 简称 保留管件区间 1 - 1 COM P C P 保留竖管区间 2 - 2 V ER - N OD E V N 保留管子区间 3 - 3 P IP E - U N CU T TA BL E PU 管子间隙区间 4 - 4 P IP E - GA P P G 已断管子区间 图 5 端部预留区间 可断管子区间 5 - 5 P IP E - CU T T ED PC ( ) 7当管子的某一段被裁掉后, 则把被裁部分的区间改水平弯头区间 6 - 6 P IP E - CU T TA BL E PA () () 为“已断管子区间”, 如图 6 所示;端部预留区间 fg7 - 7 A RC - X Y A X 红框提示区间 ( ) 8当不同管线的 2 个重叠区间进行匹配时, 按照区间 50 - 50 ED EN D 匹配规则无法处理时, 应在区间所在位置加上红框以提示用 + 100R ED - BO X N RB 户. 为此, 应把区间的代码增加 100, 以表示此区间为“红框提 示区间”. 区间划分规则如下:() 1管线重叠区间的代码最初均置为负值, 如表 1 所示. 当重叠管线组中的所有管线均已划分为许多区间并按一 在消隐处理过程中, 当区间的确与另一条管线的某区间重叠 定方向将区间串成双向链表后, 便可开始进行区间匹配. 按照 时, 再将重叠区间的代码置为正值, 即: 区间匹配前的代码为 从下往上的顺序对重叠管线组中的每一根管线进行处理, 设 负; 区间匹配后, 真正重叠的区间代码改为正; 其为当前管线. 将当前管线与链表中处于下位的每根管线进 () 2重叠管线中部的直通型元件和三通、四通、斜接三通 行比较, 对其上区间两两进行匹配. 根据 2 个区间的不同类 等具有直通型主管的分支件在共线元件组中心线上的投影区 型, 采取 7 种处理措施之一, 如表 2 所示: 间划分为“保留管件区间”, 如图 1 所示; 4 期金文华等: 管道 平剖图重叠消隐中的区间匹配技术 291 CA D 重叠管线消隐措施分类表表 2下面举例说明这 7 种处理措施: 名称 代码 说明 ( )1A C T COM P R ED : - - 当上下位区间均为保留管件 间时, 系统不能作消隐处理, 此时应加以红框提示用户, 故上位管件划为红框区间 1 A C T - COM P - R ED 上位管子划为红框区间 把上位区间改变为红框区间; 上位的保留管件区间、保留竖 2 A C T - P IP E- R ED 裁下位管子 区间等与下位的保留管件区间、保留竖管区间等相遇时, 都 3 A C T - TR IM - LOW ER - P IP E 裁下位管件 断上位管 采取这一措施; 4 A C T - TR IM - LOW ER - COMP ()子 带剖口符 ( ) 2:当上位的保留管子区间、已断A C T - P IP E - R ED 5 ()裁下位管子, 断上位管子 上位带剖 A C T - CU T - U P P ER - P IP E 子区间等与下位的保留管件区间、保留竖管区间等相遇时, 不处理 6 A C T - CU T - TW O - P IP E 统也不能作消隐处理, 此时应加以红框提示用户, 故应把上 10 A C T PA SS - 区间改变为红框区间; ( ) 3: , 或者上位管子间隙区间与下位管子位管子间隙区间相遇A C T - T R MI - L OW ER - P IP E 当 上 位 的 保 留 管 件 区间、保留竖管区间等与下位的可断管子区间相遇时, 应当用隙区间相遇时, 首先用上位管子图形特征轮廓裁剪下位管 上位元件的图形特征轮廓裁剪下位管子的图形. 下位的区间 图形, 然后把上位区间内的管子断开, 并在上位管子区间两 类型由“可断管子区间”改为“已断管子区间”; ()增加剖口符 通过修改上位区间的剖口符标志来确定. 上 ( ) 当上位的水平弯头4A C T T R IM L OW ER COM P: - - - 位的区间类型均由“可断管子区间”改为“已断管子区间”. 区间与下位的保留管件区间或水平弯头区间相遇时, 应当用()7: - PA SS 有许多类型的重叠区间相遇时, 系统A C T 上位弯头的图形特征轮廓裁剪下位元件的图形. 需作任何处理. 比如上位已断管子区间与下位任何类型的()5: A C T - CU T - U P P ER - P IP E 当上位的可断管子区间 间相遇时, 或者上位红框区间与下位任何类型的区间相遇时 与下位的保留管件区间、保留竖管区间等相遇时, 应当把上位 .均无需作任何处理区间匹配规则如表 3 所示. 为了方便起见, 区间名称采 区间所在的管子在上位区间处断开, 并在上位区间两端增加 简 称. 例如,“”是指上位或下位管线上的一个保留管件 C P ()剖口符 通过修改上位区间的剖口符标志来确定. 上位的区 间. 表中的数字为表 2 中的 7 种处理措施代码. 间类型由“可断管子区间”改为“已断管子区间”. () 6当上位可断管子区间与下: A C T - CU T - TW O - P IP E 表 3 重叠管线区间匹配规则表 上4 结束语下 位 C P V N PU P G PC PA A X ED RB 位 1 1 1 1 10 5 4 10 10 C P 本文在平剖图重叠消隐中没有采用传统的真三维实体消 隐算法, 而是立足于实际的工程消隐规则, 将工程人员在实际 1 1 1 1 10 5 1 10 10 V N 绘制平剖面图时采用的各类规则进行归纳和提炼, 转换为计 1 10 10 10 10 5 1 10 10 PU 算机能够处理的消隐规则, 从而独创性地提出并实现了区间 划 分 与 区 间 匹 配 技 术. 本 文 方 法 已 应 用 于 工 厂 设 计 软 件 1 1 1 6 10 6 10 10 10 P G 中, 实践证明此方法能够有效地对平剖图纸按照实 PD SO F T 1 1 1 5 10 5 1 10 10 PC 际工程规范进行消隐. 3 3 3 3 10 3 3 3 10 PA 对于平剖图中交叉 管 线 的 消 隐, 只 需 修 改 表 1、表 2 和 表 3, 而无需修改程序, 便可运用上述的区间划分与区间匹配 1 1 2 1 10 5 4 10 10 A X 技术. ED 10 10 10 10 10 5 10 10 10 RB 1 1 1 1 10 5 1 10 10 致谢 在本文的研究过程中, 得到了扬子石化设计院的吕志 当重叠管线组中的所有管线两两进行匹配后, 这组管线 宏和石召兵的热情帮助, 作者在此表示衷心的感谢.即处理完毕. 从重叠管线组链表中取出下一组重叠管线, 重复 上述处理过程, 直至所有重叠管线组处理完毕为止. 下面以 参 考 文 献 图 6为例说明重叠消隐过程: 2. . P ro p ip e U se r’ s Gu ideA pp lica t io n s D eve lopm en tInc 1 ? () 图 6 : 有 2 根管线的中心线在水平面内投影共线且 a . 22 . A u top lan t U se r’ s Gu ideE ng inee r ing D e sign A u tom at io n重叠, 须进行重叠消隐处理. 上位管线通过两端的弯头与一根 . 3 C adp ip e O r thoIn te rna t io na l So f tw a re Sy ste rm s 水平管和一根竖直管相连; 下位管线也通过两端的弯头与水 Yu T ie2F eng, et a l. T h e re sea rch o n th e app ro ach to p ip ing ne t2 4 平管和竖直管相连, 但其中部插有一个阀门. w o rk m o de ling o f ch em ica l p lan t s ba sed o n th e dua lity po in t and ? () 图 6 : 2 根管线的平剖图形有一段重叠在一起, 这 b ( ) . , 1998, 21 1:th e enh anced g rap hC h ine se Jo u rna l o f Com p u te r s 是消隐前的情况. 由于 2 根管线均为单线, 所以管线上的所有 47- 54 () 元件 管子、弯头、阀门均取各自的单线平剖图形.( 于铁峰, 周晓云, 等. 基于对偶点和扩展图结构的化工厂管网建 () 图 6 : 为了能更清楚地说明重叠消隐过程, 特意把 2 c( ) )模研究. 计算机学报, 1998, 21 1: 47- 54 根重叠管线的平剖图形挪开一点. 在实际消隐中并不作此处 2. , J in W en H uaet a lA u tom a t ic fea tu re co n to u r reco gn it io n o f com 2 5 理. . . : , , po nen t in p ip ing de sign CA D sy stemInL i H uaL i B ined sP ro 2 ? () 图 6 : 按照重叠区间划分规则进行区间划分. 图中的 d97, : ceed ing s o f CA D & G rap h ic s’B e ijingIn te rna t io na l A cadem ic 数字为所在区间的代码. 在区间匹配前, 区间代码均取负值. 这 , 1997. 752- 755P ub lish e r s 是因为虽然管线发生重叠, 但其上的区间不一定都重叠. ? J in W en 2H ua, et a l. F ea tu re co n to u r reco gn it io n o f com po nen t in () 图 6 : 区间匹配要求 2 个区间起点和终点在平面内 6 e () 的投影各自重合. 因此, 需要对图 6 中的区间作进一步细 . d p ip ing CA D sy stemJo u rna l o f Com p u te r A ided D e sign & Com 2 分, 即用上位区间划分下位管线, 再用下位区间划分上位管 () p u te r G rap h ic s, 1998, 10 Supp lem en t: 169- 173 线, 使得 2 根管线上的重叠区间均相互对应且投影相同. ( 金文华, 等. 管道 元件特征轮廓的识别. 计算机辅助设计 CA D ? () 图 6 : 按照规则进行区间匹配. 当 2 个区间的确重 f) ( )与图形学学报, 1998, 10 增刊: 169—173 叠时, 应把区间代码改为正值. 代码为 5 的区间表示将被裁剪 2. , J in W en H uaet a lIm p ro ved fea tu re co n to u r reco gn it io n o f com 2 7 掉的部分管子. 当上位管线出现代码为 5 的区间时, 还应修改 . po nen t in p ip ing CA D sy stemJo u rna l o f Com p u te r A ided D e sign 与其相连的其它区间的剖口符标志.( ) & Com p u te r G rap h ic s, 1999, 11 2: 147- 150 ? () 图 6 : 区间匹配完成后, 把代码为 5 的区间内的管子 g( 金文华, 等. 改进的管道 元件特征轮廓识别方法. 计算机 CA D 裁剪掉. 如果区间处于上位, 还应在管子断口两端加剖口符. ( ) )辅助设计与图形学学报, 1998, 11 2: 147- 150 ? () 图 6 : 为重叠消隐处理后的最终结果.h 2. , J in W en H uaet a lA sim p le fa st co nvex h u ll a lgo r ithm o f p lana r 8 应当注意的是, 每个重叠管线组消隐处理完毕后, 如果出 . po in t se tC h ine se Jo u rna l o f B e ijing U n ive r sity o f A e ro nau t ic s & 现有红框区间, 则须在相应的位置画上红框, 以提示用户. ( ) 75 A st ro nau t ic s, 1999, 25 1: 72- ( 金文华, 等. 简单快速的平面散乱点集凸包算法. 北京航空航天当用上位元件裁剪下位元件时, 可先用文献 5 —7 提出 ( ) )大学学报, 1999, 25 1: 72- 75的割线法求出元件图形的特征轮廓, 或用文献8, 9 中的算法 2. , 9 J in W enH uaet a lA fa st co nvex h u ll a lgo r ithm o f p lana r po in t 求出元件图形的凸包, 再用多边形的线裁剪算法裁剪下位元 . se t ba sed o n so r ted sim p le po lygo nC h ine se Jo u rna l o f Com p u t2 件的图元. ( ) 539 e r s, 1998, 21 6: 533- ( 金文华, 等. 基于有序简单多边形的平面点集凸包快速求取算 ( ) )法. 计算机学报, 1998, 21 6: 533- 539