三维几何约束系统的在线增量求解方法

为提高实时交互设计过程中三维几何约束系统的求解效率,提出在线增量求解方法.首先采用混合图抽象表达三维几何约束系统,并采用等价性分析方法处理约束闭环子图;然后建立交互设计过程中几何约束混合图的动态更新机制,通过计算几何约束的有向传播获取约束系统动态变化时的影响域,实现三维几何约束系统的在线增量求解.文中方法以实现动态变化的三维几何约束系统的最小求解为目标,能够有效地提高约束求解的效率.最后用实例验证了该方法的正确性和有效性.     

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.     

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.     

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。     

面向与历史无关造型的三维约束模型构建方法

由于与历史无关的造型系统中约束模型多处于欠约束状态,使求解结果往往不能很好地符合设计意图,为此提出一种基于虚几何元素的约束模型构建方法.该方法根据输入约束的方向特性创建虚几何元素,并将这些约束转换为实体几何元素、虚几何元素间的结构约束和尺寸约束,从而构建基本约束模型;在此基础上,通过几何元素的剩余自由度分析增补相应的几何约束,使约束模型更完备,求解结果更合理.文中方法已在原型系统InteModel中实现,并通过实例验证了其正确性和有效性.     

基于约束的参数化驱动模型研究

参数化设计在现代CAD系统中占据着越来越重要的地位 ,参数驱动过程实质就是几何约束的满足和求解过程。针对传统CAD系统中存在的不足之处 ,本文主要讨论了基于约束的参数驱动模型的实现原理 ,几何约束的表达和求解方法 ,以及几何约束和工程约束的关联关系。概括了参数化绘图系统的主要特征。     

参数化设计系统中约束的层次结构

介绍了一种参数化设计系统中约束的层次结构。该结构具有３层约束：工程约束、适配约束和几何约束。适配约束用于将工程约束转换为几何约束,从而实现工程约束对参数化几何图形变动的控制,而整个约束系统的求解也能够通过多个子系统的分别求解来完成。     

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.     

二维参数化绘图快速求解研究与实践

本文采用数值方法对几何约束系统进行求解，针对数值迭代中存在的时间花费与稳定性问题，提出了一套有效的解决方法，该方法包含了几何结束的表达，结束有效性检查，约束的分解等多种约束操作技术。此外，根据设计结果的多样性，采用最小二乘技术，使受约束图形的求解可在不完备约束下进行。     

机械CAD的关键技术—约束求解

本文通过对机械ＣＡＤ 系统的关键技术的约束求解方法及其优缺点的分析， 比较了国内外各个著名机械ＣＡＤ 系统所采用的约束求解方法， 指出变量几何技术是机械ＣＡＤ 约束求解的主流技术。本文最后指出统一的二维和三维求解核心是机械ＣＡＤ 系统约束求解的发展趋势。     

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.     

通用几何约束系统统一建模研究

在几何约束和几何实体的基本约束和欧拉参数表达的基础上,研究了通用几何约束系统的统一建模问题。通过对三维几何实体姿态约束和位置约束解耦性的分析,抽象出球实体、盒体和球盒体三种基本几何实体表达空间几何实体,并以基本约束的组合表达几何约束,形成几何约束模型特有的层次结构;并以有向图管理几何约束系统,可以清晰地反映姿态约束和位置约束的解耦性,实现约束系统的细粒度分解,得到规模更小的求解序列,实现高效求解。方法实现于原型系统WhutVAS中。     

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。     

传统绘图系统的几何约束驱动关键技术研究及实践

文中针对如何在传统绘图系统中拓展几何约束驱动功能，以实现面向设计师的灵活的参数化设计问题，对几何数据的转换，几何约束识别、表达、筛选及求解进行了较系统的探讨，提出了经实际检验行之有效的技术实现方法，特别地对具有独创性的约束识别的实施进行了阐述     

一个基于约束图的参数化设计模型

基于图论的约束求解方法是目前参数化设计的主要方法,此方法已经应用于许多商品化软件中。该文提出了一个基于几何约束图的参数化设计模型,并给出了参数化模型的数据结构和约束求解算法。此算法可以有效地检查系统的过约束和欠约束情况。     

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。     

一种新的面向参数化绘图的约束管理技术

参数化设计技术是当代ＣＡＤ技术的核心．作为该技术基础的几何约束系统的建模与求解，要求对约束进行方便、有效的管理．为此，本文基于自由度分析、图论、稀疏矩阵及非线性方程等理论，提出了几何约束最大归约理论，实现了几何约束系统的最大分解，并以归约树的形式清晰地表达了系统内在的串、并、耦合机制，并成功地应用于参数化绘图系统中至关重要的约束一致性检查、快速求解等约束管理问题.     

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.     

基于归约的几何约束推理研究

参化设计在现代ＣＡＤ技术中占据着越来越重要的地位，几何约束系统的建模、管理与求解是该技术的关键。实践表明，该方法在约束一致性检查、快速求解等方面起了重要的作用。     

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。