三维装配几何约束闭环系统的递归分解方法

由于现有几何约束分解方法无法分解三维装配几何约束闭环系统,故常采用数值迭代方法对其进行求解,但存在效率低、稳定性差等问题.为此,通过分析几何约束闭环图的拓扑结构和串联运动链的结构约束,提出基于串联运动链结构约束等价替换的三维几何约束闭环系统的递归分解方法.该方法通过不断地引入几何约束组合等价替换串联运动链的结构约束,从几何约束闭环系统中分离出可独立求解的子系统,实现几何约束闭环系统的递归分解.该方法可将此前许多必须整体迭代求解的三维几何约束闭环系统分解为一系列可解析求解的2个刚体之间的几何约束系统,明显提高了约束求解的效率和稳定性.最后用实例验证了方法的正确性和有效性.     

求解三维装配约束闭环的投影变换方法

为避免直接迭代求解三维装配约束闭环带来的复杂非线性方程组,提出一种投影变换方法求解三维装配设计中的平面约束闭环问题.首先采用等价性分析方法消除伪装配约束闭环,运用无向图块分算法分解装配约束图;然后采用旋量理论将装配约束闭环子图转换为运动副约束图,通过分析运动副的特征参数确定可投影的装配约束闭环,并将其投影变换为二维几何约束系统;最后通过求解二维几何约束系统获得三维装配约束闭环的解.实例结果表明,该方法缩减了迭代求解的规模并降低了约束方程的复杂性,明显地提高了求解的效率和稳定性.     

面向集成变量化设计的三维几何约束求解方法

针对集成变量化设计中三维几何约束和装配几何约束的混合建模与求解问题,提出改进的有向图方法.该方法采用几何约束的基本约束表达和几何实体的抽象对偶实体表达,引入定向弧表达实体之间的内在依赖关系建立混合几何约束有向图模型;结合约束有向图的优化处理,实现了几何约束系统的细粒度分解和高效并行求解.最后用实例验证了文中方法的正确性和有效性.     

特征设计中有向约束机制及算法研究

几何约束求解是基于特征设计系统的核心算法之一,由于目前沿用的是非特征设计环境下的约束机制,采用的约束方法没有充分利用特征设计的特点,约束难于管理,所得约束解往往背离设计初衷,约束算法复杂度高,文中提出一种基于自由度分析的有向约束实现机制及相关算法,算法时间复杂度低,提高了三维参数化设计系统的交互性能。     

三维几何约束系统的等价性分析

针对过约束、完整约束和欠约束三维几何约束系统的求解问题,提出了等价性分析方法.该方法基于三维几何约束系统的内在等价性,充分挖掘几何领域知识,依据拆解约束闭环、缩减约束闭环和析出约束闭环等原则,采用等价约束替换来处理几何约束闭环问题,优化几何约束图的结构,实现几何约束系统的优化分解.最后用多个实例验证了该方法的正确性和有...     

三维服装CAD中几何约束表达及其求解技术研究

从人体及服装的特点出发,提出三维服装几何元素的概念．采用样条曲线作为基本几何元素,归纳出服装的三种约束关系,即共点、对称和自对称关系;成为约束关系形成的基础．以三种约束关系为基础,建立了面向服装的几何约束图,有效地表达了三维服装几何元素及其相互关系;实现了一种基于约束图的约束求解方法。从而完成了构造服装及对服装的交互参数化修改,文中给出了应用实例,并将参数化方法向高层次图素如样条曲线、曲面作了推广,成功地应用于以样条曲线为几何元素的参数化服装CAD系统中,运行效果良好。     

一种基于图分解的几何约束求解方法

为了提高几何约束求解的效率和鲁棒性 ,对基于图的构造方法进行了改进 ,即加入虚约束进行扩展和过约束问题的一致性判定 ,提出了一种基于图分解的方法 ,用此方法可以处理包括完全约束、过约束和欠约束等多种情况的约束求解问题 ,另外 ,在该方法中还通过引入分解树将约束求解的范围由整体下降到局部 ,使大部分求解过程能够采用几何求解实现 ,提高了求解和后续修改的效率 ,通过实验数据测试证明 ,该方法对于大型约束求解问题可以达到实时处理的效果 ,具有较强的实用性     

面向欠约束几何系统的一种同伦求解方法

针对几何约束系统的数值求解过程中，经常发生的数值不稳定性问题，构造了一种面向欠约束系统的同伦方法，并将其与现有的求解与分解方法有机地结合起来，提出了一种牛顿－同伦混合方法，在牛顿迭代失败的位置自动调用欠约束同伦法，既提高了几何约束求解器的效率，同时又保证了求解的效率。     

基于活动约束系统的变量化设计

在变量化设计过程中设计对象可以看作是一个几何约束系统,这个系统由几何元素以及作用于几何元素之间的各种约束关系构成。一个复杂的设计对象所对应的几何约束系统往往包含大量几何元素和约束关系,如果不加区别地把所有的几何元素和约束关系纳入变量化求解的范围,则很难满足交互设计的需要。而另一方面几何约束系统又往往是稀疏系统：（1）作用于任一几何元素的约束很少;（2）与任一约束相关的几何元素很少。基于这一事实给出了一种预处理策略从原始几何约束系统中搜索得到一个规模较小的活动约束系统,变量化求解在活动约束系统上进行。该方法已在自行研制的参数化造型系统GEMS5．0中实现。     

交互更新模式的量子遗传算法的几何约束求解

目的针对传统量子遗传算法无法充分利用种群中未成熟个体信息的不足,提出了基于交互更新模式的量子遗传算法(IUMQGA)并应用于几何约束求解中。方法几何约束问题的约束方程组可转化为优化模型,因此约束求解问题可以转化为优化问题。采用将遗传算法与量子理论相结合的量子遗传算法,使用双串量子染色体结构,使用交互更新策略将遗传算法中的交叉操作利用量子门变换来实现,根据不同情况采用不同的交互更新策略。这里的交互,指的是两个个体进行信息交换的过程,该过程用以产生新的个体。这不仅增加了个体间信息的交换而且充分利用了种群中未成熟个体的信息,提高了算法的收敛速度。结果通过非线性方程实例和几何约束实例测试并与其他方法比较表明,基于交互更新模式的量子遗传算法求解几何约束问题具有更好的求解精度和求解速率。双圆外公切线问题实例中,IUMQGA算法比QGA算法稳定;单圆填充问题和双圆外公切线问题实例中,通过实验求得各变量的最优值与其相应的精确值的误差在1E-2以下。结论采用交互更新模式的量子遗传算法可以很好地求解几何约束问题。     

笔式服装工艺设计系统的研究与实现

为了满足服装CAD的领域需求,提高服装工艺设计的效率,采用笔式用户界面进行草图勾画与知识编辑,通过对用户设计意图的隐式理解,利用几何约束求解技术,设计并实现了面向非计算机专业用户的基于笔交互的服装工艺设计系统.该系统与传统CAD软件相比改善了人机交互的方式,降低了用户的认知负担,提高了设计效率.     

基于有向图的二维约束求解算法研究

针对过约束、几何完全定义状态判定和约束求解效率等问题,提出了基于约束图,利用自由度理论和约束冲突机制,通过反向约束方向平衡约束,进而通过排序进行约束求解的算法。算法采用约束图记录约束和几何的关系;通过约束平衡的方法进行过约束和几何完全定义的判定;采用排序求解方法,将庞大计算问题转化为一组相对简单的计算问题。算法已得到初步应用,对过约束和几何完全定义状态的判定有明显的效果,而且提高了约束求解效率。     

装配位置约束建模及求解

以基本几何约束组合统一表达装配约束,为提高求解效率,研究了姿态约束和位置约束的可解耦情况下位置约束的解析求解.将基本位置约束映射为移动空间并以参数方程表达,通过移动空间的增量解析求交,满足约束;在姿态约束和位置约束的不可解耦情况,联立基本约束进行整体数值法求解.文中方法保持了基本约束表达的独立性,适合于欠约束系统和完整约束系统.     

基于自由度分析的三维几何约束推理求解

三维几何约束求解对于装配设计、装配工艺规划和并行工程等多个领域的研究具有重要意义。以自由度分析为基础，对冗余约束和约束冲突的情况进行判断。采用几何推理的方法，直接从零件上的点、线、面、圆柱面、球面等基本几何元素出发，对这些基本几何元素之间的位置关系进行分析，求解三维几何约束。避免了数值解法中对初始值的依赖和迭代过程的不稳定，提高了三维几何约束求解的速度和稳定性。     

用于三维几何约束求解的分组重写方法

提出一种基于分组重写的解决三维几何约束的方法,原有的算法在解决大型系统几何约束求解时效率较低,系统开销较大,并且由于算法规则的局限性,使得很多复杂系统无法解决,包括三维几何约束问题。该方法提出了两种新的分组表示类型,拓展子集和放射子集,使得分组更加直观,准确,并有效地提高了求解效率,减小了开销,方法在三维领域更能发挥其作用,能够满足计算机辅助造型中集合造型的需求。     

基于特征参数空间的交互约束自动求解方法*

提出了一种新的约束求解方法求解特征交互过程中两个特征形状在空间上发生重叠的约束。这个约束求解器在特征模型的参数空间进行取样的基础之上,利用蒙特卡罗技术来减少样本数据量。该方法不但可以产生一组正确的几何约束,而且提高了效率约束转换的效率。     

二维几何约束多解问题的研究

对采用自由度分析方法求解几何约束问题进行了研究.对几何约束问题的图用自由度分析的方法进行分解可以使约束系统得到充分分解,并可以对高耦合的几何约束问题进行分离.通过转换把几何元素的求解问题,转换为点的定位问题,从而使几何约束的多解问题得到简化,几何约束的多解问题被归结为初始设计图形中点和直线间的相对关系.对未知半径和圆心的圆的求解问题进行了讨论,提供了几种比较通用的算法,可以简化程序的设计.     

几何约束求解的简化迭代算法

针对几何约束系统图分解中复合顶点的求解问题,提出复合顶点的图分解算法和等价自由变量的简化迭代求解算法.通过去除复合顶点部分边界约束对复合顶点进行图分解,对求解序列中的欠约束顶点添加等价自由变量、以等价自由变量的部分迭代求解、替代系统的整体数值求解,以提高求解效率和稳定性.该算法具有很强的通用性,并在实际应用中得到验证.     

基于子图的草图设计和约束求解

提出了一种基于子图的拟序列化草图设计方法。基于标识的约束模型统一了二维、三维约束,使得每个几何元素对应唯一的标识,几何元素之间的约束关系表示为标识之间的约束,这些约束被分为结构约束和尺寸约束。提出了基于序列化设计过程的约束求解方法。实验表明,该技术可快速有效地进行参数化草图设计和特征编辑。     

逆向工程中约束驱动数据点云曲面特征优化

为了获得产品原始设计意图,提高重构模型的整体质量,提出一种实用的逆向工程中约束驱动数据点云曲面特征优化方法,其中包括约束分解和有效的数值求解.在约束分解部分,通过设计结构矩阵分割算法消除几何约束系统中曲面特征间的耦合约束,提出了基于多尺度特征的凝聚算法来实现几何约束系统的简化和分解;在数值求解部分,基于罚函数法建立了约束优化的数学模型,采用BFGS法进行了数值求解.对优化后的逼近误差与约束满足误差进行分析的结果表明,采用文中方法可以低数量级的逼近误差的放大,实现约束满足误差的减小,获得一种全局优化的结果.