WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

На правах рукописи

САФРОНОВ Виталий Владимирович

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВОССТАНОВЛЕНИЯ И ВИЗУАЛИЗАЦИИ 3D МОДЕЛЕЙ В СОСТАВЕ ИНТЕГРИРОВАННЫХ СУБД

Специальность: 05.13.11 - Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж – 2012

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» Научный руководитель Барабанов Владимир Федорович, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», профессор

Официальные оппоненты: Артмов Михаил Анатольевич, доктор технических наук, профессор, «Воронежский государственный университет», зав. кафедрой «Программного обеспечения и администрирования информационных систем» Борисенков Дмитрий Васильевич, кандидат технических наук, НПО «Релэкс», главный специалист Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий»

Защита состоится « 01 » ноября 2012 г. в 1100 часов в конференц-зале на заседании диссертационного совета Д 212.037.01 ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» по адресу: 394026, г. Воронеж, Московский просп., 14.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет».

Автореферат разослан « 01 » октября 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Барабанов В.Ф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Внедрение современных компьютерных технологий в различные области науки и техники вс чаще заставляет обращаться к вопросам восстановления и визуализации 3D-моделей.

Восстанавливать трехмерную форму объекта можно как по одному изображению, так и по последовательности его изображений с разных ракурсов. При этом, регулируя количество изображений объекта, можно получить различные соотношения сложности и скорости процесса моделирования и его точности. Для восстановления объектов произвольной формы используются универсальные методы, которые на текущий момент не позволяют быстро получить качественный результат. Для визуализации объектов определенных классов, для которых априори известны некоторые свойства формы, используются специально разработанные алгоритмы, учитывающие особенности объектов данного класса.

Наиболее часто встречающимися ошибками при восстановлении и визуализации графических моделей являются ошибки геометрии: пропавшие или перевернутые грани, дублированные ребра и ошибки с файлами.

Проблемы корректного отображения возникают и в тех случаях, когда пользователи графических систем хотят получить доступ к 3D-моделям, построенным в различных графических решениях и системах поддержки жизненного цикла (PLM). В таком случае необходимо преобразовать линии и сопутствующую информацию из исходных графических файлов в формат, который поддерживается используемой системой. Поскольку все системы обрабатывают данные различными способами и с разными приоритетами, трансляция требует проверки множества факторов. Отдельной проблемой является задача восстановления и визуализации многоэлементной модели. Так поведение программного обеспечения, используемого в большинстве современных графических систем, применительно к пространственным моделям, содержащих в свом составе более 100 элементов, плохо прогнозируемо.

Наиболее эффективными для работы с n-мерными моделями являются постоянно развивающиеся интерактивные средства моделирования в режиме диалога «человек-компьютер». В сложных системах с большим числом процедур обработки графической информации интегрированная база данных (ИБД) является центральным узлом, а СУБД обеспечивает эффективное взаимодействие с внешними программными решениями. Интегрированная база данных в современных информационных системах, ориентированных на исследование, разработку и практическую реализацию сложных объектов, является совокупностью различных видов, типов и структур организации данных.

Таким образом, актуальность темы исследования обусловлена необходимостью разработки математических и программных средств восстановления и визуализации трехмерных моделей, в которых взаимодействие с пользователем сводится к минимальному количеству простых операций, позволяющих осуществлять комплексный контроль, коррекцию и формирование пространственных моделей элементов и конструкций на основании исходных структурных описаний с учетом погрешности построения и отображения n-мерных моделей, поддерживающих интеграцию с графическими системами и ориентированных на сохранение функциональной целостности четырехуровневой модели клиент-серверной архитектуры развртывания решений поддержки жизненного цикла.

Тематика диссертационной работы соответствует одному из основных научных направлений ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» «Вычислительные комплексы и проблемноориентированные системы управления» (ГБ 2010.48). Работа поддержана целевым грантом фонда Бортника в рамках программы «УМНИК».

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка специального математического и программного обеспечения восстановления и визуализации 3D-моделей с использованием интегрированных баз данных пространственных объектов в графических системах и решениях поддержки жизненного цикла.

Для достижения поставленной цели в работе определены следующие задачи исследования:

провести комплексный анализ методов и алгоритмов восстановления и визуализации пространственных моделей объектов в графических системах и решениях поддержки жизненного цикла;

разработать структуру информационной системы восстановления и визуализации пространственной модели объекта, а также предусмотреть возможность сопряжения с графическими системами и PLM-решениями;

на основе системы управления БД разработать методы, алгоритмы и программные инструменты для взаимодействия графических систем и решений поддержки жизненного цикла с формированием интегрированной базы данных пространственных моделей с обеспечением целостности сетевой модели, клиент-серверной архитектуры развертывания PLM-решений;

разработать программный комплекс, предназначенный для восстановления и визуализации пространственной модели с использованием структурных описаний объекта для работы с конструкциями и элементами сложной геометрии в составе СУБД.

Методы исследования. В качестве теоретической и методологической основы диссертационного исследования использованы методы параметрического моделирования, систем управления базами данных, математического моделирования, объектно-ориентированного программирования, математического программирования, компьютерной графики.

Научная новизна работы. В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:

модель интеграции межмодульных интерфейсов, поддерживающая систему управления данными проекта, отличительной особенностью которой является обеспечение бесшовной интеграции разработанного программного обеспечения с графическими системами и решениями поддержки жизненного цикла;

алгоритмы восстановления и визуализации 3D-модели конструкции, отличительной особенностью которых является применение разработанной схемы трехмерной реконструкции элементов по исходной модели, содержащей неоднородные части;

интегрированная база данных графических элементов, информационные поля которой содержат полную параметрическую модель объекта, отличающаяся поддержкой различных типов данных, классов и графических библиотек и многовариантного поиска;

структурная схема информационной системы, позволяющей проводить в интерактивном режиме восстановление и визуализацию 3D-модели графических данных, отличительной особенностью которой является формирование и использование интегрированной БД пространственных моделей;

структура специального программного обеспечения в составе СУБД, с применением средств человеко-машинного интерфейса, содержащая интегрированные модули контроля, коррекции, восстановления и визуализации 3D моделей, отличающаяся сопряжением с широким кругом графических систем и решениями поддержки жизненного цикла с использованием четырехуровневой модели клиент-серверной архитектуры развртывания PLMсистем.

Результаты соответствуют следующим пунктам паспорта специальности:

п. 3 «Модели, методы, алгоритмы, языки и программные инструменты для организации взаимодействия программ и программных систем»;

п. 4 «Системы управления базами данных и знаний»;

п. 7 «Человеко-машинные интерфейсы; модели, методы, алгоритмы и программные средства машинной графики, визуализации, обработки изображений, систем виртуальной реальности, мультимедийного общения».

Практическая значимость работы. В работе предложен комплекс программных средств, реализующий бесшовную интеграцию графических систем и PLM решений с формированием интегрированной базы данных (с поддержкой динамических библиотек), обеспечивающий возможность выбора графической системы, выполняющий восстановление и визуализацию трехмерной модели, осуществляющий трансляцию пространственных моделей в рамках графических систем и решений поддержки жизненного цикла, ориентированный на использование четырехуровневой модели клиентсерверной архитектуры развртывания PLM-систем.

Реализация и внедрение результатов работы. В рамках диссертационной работы реализовано программное обеспечение «Система восстановления и визуализации 3D моделей». Разработанные средства внедрены в деятельность ООО «Гики Корп» и ООО «РосЭкоСтрой» в интересах визуализации графических моделей и восстановления пространственных моделей сложных конструкций. Результаты диссертационной работы также внедрены в учебный процесс по ряду дисциплин на кафедре автоматизированных и вычислительных систем ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет».

Апробация работы. Основные результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях: Всероссийской конференции «Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве, НТ-2010» (Воронеж 2010); IX Международной конференции «Оптико-электронные приборы и устройства в системах распознавания образов, обработки изображений и символьной информации. Распознавание 2010» (Курск, 2010);

Международной конференции «Актуальные проблемы прикладной математики, информатики и механики» (Воронеж, 2010); Региональной научнопрактической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наукоемкие технологии и материалы, НТМ-2010» (Воронеж 2010);

Региональной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Инновационные технологии на базе фундаментальных научных разработок» (Воронеж 2011); научно-практической конференции “Связь и телекоммуникации – инновационное развитие регионов” (Воронеж 2011); Всероссийской конференции «Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве, НТ-2011» (Воронеж 2011); Всероссийской научно-практической конференции «ВВС-1лет на страже неба России: История, современное состояние и перспективы развития» (Воронеж 2012), а также на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежского государственного технического университета (2009-2012).

Публикации. По результатам диссертации опубликовано 15 научных работ, в том числе 5 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

В работах, опубликованных в соавторстве и приведнных в конце автореферата, лично соискателю принадлежат: [1,11] – описание подходов к интеграции графических систем с решениями поддержки жизненного цикла; [2] – описание клиент-серверной архитектуры четырехуровневой модели PLMрешений; [3] – разработка программного обеспечения сопряжения с системами поддержки жизненного цикла; [6] – описание структуры взаимодействия компонент двухуровневой и четырехуровневой модели сетевой архитектуры PLM-решений; [7,8,9] – описание методов и алгоритмов отображения объмных моделей в графических системах; [4,5,10] - разработка алгоритмов и структуры программного обеспечения восстановления и визуализации 3D-моделей; [12] – описание применимости программного обеспечения для визуализации многоэлементных конструкций. Материалы диссертации отражены в 8 научнотехнических отчетах НИОКР.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырх глав, заключения, списка литературы из 85 наименований. Основная часть работы изложена на 153 страницах, содержит 67 рисунков, 2 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, формулируются цели, задачи исследования, научная новизна и практическая значимость полученных результатов, дается краткое содержание работы по главам.

Первая глава посвящена методам и алгоритмам сопряжения графических систем и программных решений поддержки жизненного цикла, а также формированию в них пространственных моделей объектов. Проведен анализ математического описания трехмерных моделей. Рассмотрены современные алгоритмы и подходы к решению проблемы восстановления трехмерных моделей.

Под восстановлением понимается процесс создания трехмерного объекта по исходной графической двухмерной модели с учетом возможных погрешностей построения. Под визуализацией понимается формирование фотореалистического представления объемной модели объекта.

Проведен анализ существующих программных систем графического моделирования, указаны основные характеристики программных средств формирования трехмерных моделей. Рассмотрены основные подходы к организации взаимодействия графических систем и решений поддержки жизненного цикла. Дано обоснование целесообразности разработки математического и программного обеспечения восстановления и визуализации трехмерных моделей; сформулированы требования, предъявляемые к разрабатываемому программному обеспечению.

Во второй главе приведено описание процесса формирования модели восстановления пространственной трехмерной модели с применением параметризации. 3D-модель представляется как множество связных граней Gxyz.

Элементами множества RXYZ являются ребра трехмерной модели, представляющие собой отображение свойств графических примитивов и их конечных точек, формирующих множество вершин VXYZ. Элементами множества T выступает набор правил и параметров формирования модели.

Таким образом, трехмерное тело M выражается в математической форме:

{VXY,RXY,TZ} M={GXYZ,VXYZ }={VXYZ,RXYZ}= {VYZ,RYZ,TX} (1) {VZX,RZX,TY} Реконструкция входных двумерных данных в трехмерные модели представлена функцией параметризации P. Объемная модель представляется в виде совокупности множества линий и множества точек, полученных в результате параметризации P (рис.1).

DR M Исходная 2D3D-модель P модель объекта Vxy, Rxy Vxyz – массив точек, Vyz, Ryz Rxyz – массив линий, P Vzx, Rzx T - набор правил/параметров Рис. 1. Представление процесса восстановления 3D-модели Математическая запись видов координатных плоскостей DR выражается формулой (2), где RXY, RZX, RYZ – множества отрезков на координатной плоскости, а VXY, VZX, VYZ – множества точек вершин.

DR=P-1(M)={R,V};

R={RXY,RYZ,RZX}; (2) V={VXY,VYZ,VZX}.

Разработанное математическое обеспечение ориентировано на работу не только с единичными моделями, но и с конструкциями. Взаимное расположение элементов конструкции на плоскости при восстановлении и визуализации жестко связано в рамках исходного структурного описания модели, однако часто для «массивных» сборок возникают ошибки недопустимого «наложения» и пересечения элементов. Для формализации процесса расположения разногабаритных элементов «массивных» сборок вводится матрица связности:

C || cij ||N N э э (4) cij где - весовые коэффициенты, определяющие требования к взаимному e ei j расположению компонентов,.

Задача оптимального взаиморасположения элементов «массивных» сборок с оптимизацией по критерию равномерного расположения может быть описана следующим образом: необходимо найти такое отображение, при э q0 Eэ {ei ;i 1,Nэ } котором множества размещаемых элементов на зону k k k D возможного расположения имеет вид:

k Nэ Nэ F(q0 ) min{F(qt )} min( cijlij), (5) qt Q i 1 j где F – функция оценки качества расположения; Q={qtk} – множество э E возможных вариантов взаимного расположения в зоне возможного э ei j lij расположения Dk; – расстояние между точками привязки элементов и eэ.

При решении задачи взаимного расположения элементов сложных конструкций учитываются ограничения: зона установки элементов не может выходить за площадь зоны возможного размещения элемента; непересечение зон запретного расположения; непересечение элементов между собой;

элементы могут быть зафиксированы; может быть задан индивидуальный диапазон изменения координат точки привязки; фиксированное расстояние между элементами.

Обобщенная схема сквозного подхода к восстановлению и визуализации пространственной модели, позволяющая выполнять реконфигурацию элементов конструкции с учтом требований к их взаимному расположению, с учетом разнесенного плоскостного расположения на макете конструкции представлена на рис.2.

пуск Расчт центров Расчт центров элементов Формирование Формирование элементов конструкции матрицы Вид модели? набора конструкции Расчет площади связности проекций Расчет площади параметрическая геометрическая элементов элементов Выборка группы Определение «зоны» размещения элементов непроверенных Формирование списка «не учитываемых» элементов элементов Выборка группы Вращение непроверенных да Элементы Сдвиг/ элементов пересекаются? смещение нет Есть нет Формирование пересекающиеся кластера элементы? да да Формирование Пересекаются? кластера Вращение Сдвиг/ нет смещение нет Соответствует требованиям? да да Пересекаются? Формирование нет кластера Соответствует требованиям? нет да нет Все элементы проверены? Формирование да кластера нет Все проекции да нет проверены? Все элементы проверены? да Формирование Выполнение Сохранение нет группы элементов в Требуется обработка операций полученной да зонах кластеров исключенных элементов? реконфигурации модели расположения да Требуются нет останов нет да Все элементы дополнительные проверены? преобразования? Рис. 2. Обобщнная схема трехмерной реконструкции пространственной модели элементов по исходному описанию модели объекта Разработанные модели применяются в программном комплексе восстановления и визуализации объмных графических моделей.

В третьей главе рассматривается процесс формирования структурной схемы универсального программного комплекса (рис. 3), одной из отличительных особенностей которого является наличие модуля верификации и интегрированной универсальной справочной системы восстановления и визуализации 3D-моделей.

Особенность программного комплекса заключается в организации взаимодействия с графическими системами и решениями поддержки жизненного цикла с применением динамически подключаемых библиотек и возможностью создания единой графической базы данных.

Внешние программные среды Внешние программные среды Системы поддержки Графические системы жизненного цикла Внешняя информационная система поддержки формирования моделей PDM Altium ГОСТы CAM AutoCAD Требования и технические Отраслевые CAD/ECAD/MCAD Protel условия стандарты CAE OrCAD другие другие Система восстановления и визуализации графических 3D-моделей Автоматическая коррекция Восстановление 3D-модели модели Верификация 3D-модель модели Интерактивная коррекция Визуализация 3D-модели модели Среда взаимодействия с внешними системами Универсальная справочная система Система управления доступом к графическим Модуль конвертации графических форматов базам данных Модуль экспорта графических моделей Обеспечение доступа к БД информационной системы Обеспечение доступа к БД внешних проектных Модуль импорта графических моделей систем ИБД системы восстановления и визуализации 3D-модели Таблица взаимосвязи Таблица моделей Таблица элементов Локальные библиотеки моделей (динамически подключаемые БД PLM системы библиотеки, *.dll) Таблица параметров модели Таблица соответствий...

Таблица параметров модели n Таблица взаимозаменяемости Таблица параметрических моделей Таблица технических описаний Рис. 3. Структурная схема информационной системы восстановления и визуализации 3D-модели с интегрированной базой данных Важной частью программного комплекса является интегрированная графическая база данных (ГБД). Входными данными программной системы являются базы данных под управлением СУБД Oracle, MsSQL или DB2, наборы графических файлов, интегрированные и динамические библиотеки компонентов, предоставляющих универсальный механизм процедур и функций. Электронная база компонентов представляет собой библиотеку компонентов, содержит редактируемый список изделий и выступает в роли источника информации, на основе которой проводится восстановление и визуализация объемной модели графического объекта.

Параметрическая модель объекта сформирована на специализированном высокоуровневом языке описания n-мерных моделей HyperFun и хранится как в ГБД, так и в качестве элемента динамической библиотеки. Применение параметрических моделей и схемы реализации графической базы данных обеспечивает высокую структурированность и доступность данных без потери быстродействия программного комплекса.

Модульная структура программного комплекса восстановления и визуализации пространственных моделей приведена на рис.4:

Модуль взаимодействия с базами данных Анализ и ведение интегрированной графической базы данных (поиск, редактирование, добавление элементов) Создание новой или подключение внешней базы данных с возможностью редактирования и поиска Подготовка моделей элементов для предоставления их другим модулям комплекса Модуль взаимодействия с внешними программными системами Обеспечение интеграции проектов с графическими системами Обеспечение интеграции проектов с PLM Встроенная система комплексного контроля и коррекции моделей Исправление чертежей на основе задаваемых параметров, подготовка к дальнейшей обработке модели Модуль восстановления и визуализации 3D-модели Формирование параметрической модели объекта, восстановление на е основе 3D-модели Визуализация объекта с применением параметрической модели Модуль взаимодействия со справочной системой Рис. 4. Модульная структура специального программного обеспечения восстановления и визуализации 3D-модели В составе программного комплекса восстановления и визуализации объмных моделей можно выделить следующие модули:

- модуль взаимодействия с базами данных: обеспечивает взаимосвязь с активной БД, выборку, поиск и редактирование данных;

- модуль взаимодействия с внешними программными системами:

обеспечивает возможность интеграции с графическими системами и решениями поддержки жизненного цикла;

- встроенная система комплексного контроля и коррекции моделей:

реализует функции корректировки и верификации данных на всех этапах работы программного комплекса;

- модуль восстановления объмной графической модели: обеспечивает формирование параметрической модели объекта и организует е трансляцию во внешние программные решения;

- модуль взаимодействия со справочной системой: обеспечивает выборку данных формирования параметрической модели, с возможностью интерактивного просмотра структурного описания восстанавливаемого или визуализируемого элемента.

Исходя из организации модульной структуры программного обеспечения восстановления и визуализации графических моделей, разработана модель интеграции межмодульных интерфейсов на основе системы управления данными проекта с внешними специализированными программными средствами, рис. 5.

Система управления данными проекта Внешняя информационная среда поддержки проектирования Требования и Встроенная среда ГОСТЫ технические условия интеграции проектов Системы поддержки Модуль формирования Графическая система жизненного цикла библиотек проекта Универсальная справочная система Оценка целостности Восстановление на основании параметрических модели Загружаемая Интегрированная данных БД библиотека библиотека компонентов Восстановление на компонентов Масштабная основании входного файла целостность Восстановление на основании пользовательских Модель PLM-системы данных Оценка плоскости Основные Параметрические характеристики Оценка расположения Модель графической данные моделей элементов разногабаритных системы элементов Визуализация на основании Встроенная информационная среда поддержки Алгоритмы, расширенной применяемые для процесса формирования 3D-модели параметрической модели конструкции Система верификации Интерактивная визуализация модели модели Информационная система восстановления и визуализации 3D-модели Рис. 5. Модель интеграции межмодульных интерфейсов на основе системы управления данными проекта Тесное взаимодействие с базой данных позволяет решить проблему согласованности модулей и сформировать единое информационное пространство данных. В состав структуры информационной системы восстановления и визуализации 3D-модели графических данных входит:

внешняя подключаемая программная графическая система; внешняя информационная среда поддержки жизненного цикла; встроенная справочная система; внешняя информационная среда поддержки проектирования;

встроенная среда интеграции проектов; встроенная информационная система восстановления объемной модели, включающая модули сопряжения с PLM и графическими системами, модули восстановления модели объекта и конструкции, модули верификации и коррекции выходной 3D-модели.

Структура и состав разрабатываемого программного обеспечения не ограничены приведенным перечнем модулей и в зависимости от поставленной задачи могут изменяться.

Разработанная подсистема интеграции проектов позволяет пользователю автоматизировать цикл формирования 3D-модели. Интегратор предоставляет возможность передачи справочной информации из графической системы в интегрированную справочную систему программного комплекса (рис.6.).

Выбор графической системы Формирование запроса к БД Altium Autocad другие Сверка конструктивных Задание файла соответствий с нормативной пуск источника документацией Подключение и Выбор PLM выборка из БД Формирование и запись нет параметрических моделей Файл Визуализация Enova для отсутствующих в БД корректен? списка элементов Teamcenter да Проверка Формирование и запись нет соответствия параметрической модели Правка другие загруженных из БД конструкции файла? по перечню да Загрузка данных из файла Целостность описания Формирование списка элементов Верификация Базис модели модели Формирование (2D) конструкции параметрической модели элементов Шрифты Формирование параметрической модели конструкции нет Другое Модель корректна? да Конструктивная Модель да целостность существует в БД? Корректировка модели элементов нет Корректировка Передача модели в модели выбранную конструкции систему Шрифты, Сохранение другое модели в БД нет Продолжить работу? да останов Рис. 6. Структурная схема работы подсистемы «Интегратор проектов» Программная система поддерживает следующие популярные пакеты графических систем и решений поддержки жизненного цикла: система проектирования схемотехнических решений Altium; система проектирования Autocad и другие системы; PLM-пакет фирмы IBM/Dassault Systemes; PLMпакет фирмы Siemens и PLM-решения других производителей.

Использование программной системы восстановления и визуализации 3D модели совместно с PLM-решением вносит изменения в структурные связи узлов четырхуровневой модели клиент-серверной архитектуры PLM. При реализации программного комплекса с использованием подхода клиентсерверной архитектуры вносятся дополнительные изменения в структурные связи узлов четырхуровневой модели, рис. 7. Применение разработанной системы восстановления и визуализации в исходном варианте обеспечивает взаимодействие толстого клиента с сервером PDM, сервером данных и сервером БД напрямую в обход промежуточных запросов к серверу приложений и пулу сервером, что позволяет ускорить выполнение запросов выборки, обработки и внесения данных без нарушения или ослабления требований корпоративной безопасности данных. Модификация разработанного программного обеспечения (ПО) подразумевает реализацию клиент-серверной архитектуры решения, что в свою очередь позволит помимо расширения функционала толстого клиента, тонкому клиенту выполнять все запросы напрямую к серверу БД и серверу данных в обход сервера приложений. Применение модифицированного ПО позволяет обеспечить повышение скорости выборки, обработки, занесения и интерактивной корректировки данных модели или конструкции в любой точке организации, имеющей доступ в корпоративную сеть.

4-уровневая модель клиентсерверной архитектуры системы поддержки жизненного цикла Сервер TC Пул серверов Тонкий клиент Сервер данных Сервер приложений Сервер лицензий Сервер БД Базовая функциональная связь Толстый клиент Функциональная связь установленного ПО Функциональная связь модифицированного ПО Рис. 7. Модифицированная схема четырхуровневой модели клиент-серверной архитектуры PLM-системы Таким образом, разработанные модель интеграции межмодульных интерфейсов программного обеспечения с графическими системами и решениями поддержки жизненного цикла, модульная структура информационной системы восстановления и визуализации 3D-модели графических данных и интегрированная база данных графических элементов обеспечивают бесшовную интеграцию программных систем и представляют собой комплексное решение широкого круга задач, учитывающих специфику предметной области.

Четвртая глава посвящена процессу формирования схемы организации человеко-машинного интерфейса на основании модульной структуры программной системы, отражающей межмодульное взаимодействие графических интерфейсов программного комплекса и их связи между собой (рис. 8).

Графическая форма «Интегратора Графическая форма «Поиск проектов» элементов базы данных» Выбор пути к файлу источнику Поиск по названию элемента Частичное или полное Запуск конвертора данных совпадение Формирование списка Поиск по характеристикам элементов конструкции элемента Модуль передачи и Поиск аналога формирования модели Графическая форма Графическая форма Главная форма «Верификация графических «Взаимодействие со внешним ПО» моделей» Предоставление информации о Обеспечение взаимодействия с Проверка соответствия 3D- характеристиках элемента модели исходной структурной графическими системами модели Организация вывода графической информации Обеспечение интеграции с Назначение «эталонных» PLM-решениями параметров для объмных моделей Организация доступа к Прямая трансляция модели остальным модулям системы Формирование отчета данных верификации Обеспечение сервисных Ручная трансляция данных функций системы Коррекция модели на основании отчета верификации Использование внешних графических библиотек моделей Графическая форма «Восстановление и визуализации 3D-модели» Формирование Графическая форма «Справочной системы» параметрической модели элемента Выборка данных из Создание новых Формирование БД записей в БД параметрической модели конструкции Хранение 3D-моделей Отображение данных элементов и активного элемента Задание параметров отображения конструкций 3D-модели Сохранение объмной модели в библиотеку БД Рис. 8. Схема межмодульного взаимодействия графических интерфейсов в программном комплексе Программный комплекс восстановления и визуализации объемных графических моделей разработан с применением интерактивных средств человеко-машинного интерфейса на основании модульной структуры, схемы взаимодействия графических форм. Отличительной особенностью комплекса является наличие: программных инструментов организации взаимодействия с системами графического моделирования и поддержки жизненного цикла;

интерактивной справочной системы; интегрированной графической базы данных, а также модуля контроля и коррекции пространственных графических моделей.

Общая схема функционального взаимодействия с системами графического моделирования и поддержки жизненного цикла, сформированная на основании модульной структуры и функциональной схемы взаимодействия подсистем программного комплекса, приведена на рис. 9.

Модуль верификации графических данных Комплексный Комплексная контроль коррекция Построение графических 3Dмоделей Системы документооборота Менеджер модели Системы планирования Графическая Главный модуль Системы анализа Пользователь интерфейсной части система проектных решений Системы оптимизации Интерфейс доступа к СУБД Система поддержки жизненного цикла программных систем (PLM) Справочная система СУБД БД PLM системы Графические Параметрические БД БД Рис. 9. Общая схема функционального взаимодействия с системами графического моделирования и поддержки жизненного цикла Взаимодействие с графическими системами и решениями поддержки жизненного цикла предусматривает использование типовых графических моделей, введение унификации данных о взаимодействии элементов для всех видов графических описаний конструкции, что делает процесс формирования модели сквозным, облегчает этапы проектирования, моделирования и дальнейшей поддержки, позволяет добиться комплексного подхода к процессу сквозной разработки. На рис. 10 приведены разработанные графические интерфейсы программных систем, входящих в программный комплекс V + B + A C / C е ы м е а ч ) ю l l л d к.

д * ( о п и J к a и е v к т a с о е и ч л и б м и а б н и Д восстановления и визуализации 3D-модели. На рис. 11-12 приведены результаты работы комплекса.

Рис. 10. Графический интерфейс справочной системы и модуля верификации и коррекции модели а) б) в) Рис. 11. Трансляция модели конструкции а) прямая трансляция модели конструкции; б) после проведения коррекции шрифтов; в) после проведения коррекции шрифтов и габаритных размеров.

а) б) Рис. 12. Модель объекта, описанная языком HuperFun:

а) восстановленная модель; б) визуализированная модель Разработанные программные средства позволяют эффективно решать комплекс задач по восстановлению и визуализации пространственных моделей элементов и конструкций с помощью интерактивных программных модулей, обеспечивают бесшовную интеграцию программного комплекса, графических систем и решений поддержки жизненного цикла с формированием интегрированной базы данных.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 1. На основе комплексного анализа подходов к восстановлению и визуализации объемных графических моделей предложена модульная структура информационной системы восстановления и визуализации 3D-модели графических данных с применением разработанной схемы трехмерной реконструкции пространственной модели элементов по исходному описанию модели объекта.

2. Сформирована модель интеграции межмодульных интерфейсов, поддерживающая систему управления данными проекта, отличительной чертой которой является обеспечение бесшовной интеграции разработанного программного обеспечения с графическими системами и решениями поддержки жизненного цикла, как посредством динамически подключаемых библиотек, так и с использованием БД PLM-систем.

3. Разработано специализированное математическое обеспечение восстановления и визуализации объмных графических моделей конструкции, отличающееся использованием разработанной схемы трехмерной реконструкции элементов по исходной модели, содержащей неоднородные части, с контролем «соответствия» формируемой параметрической модели.

4. Создана интегрированная база данных графических элементов, информационные поля которой содержат полную параметрическую модель объекта; отличающаяся поддержкой различных типов данных и классов, графических библиотек и многовариантного поиска.

5. Сформирована структурная схема информационной системы, позволяющей проводить в интерактивном режиме восстановление и визуализацию 3D-модели графических данных, отличительной особенностью которой является формирование и использование интегрированной БД пространственных моделей.

6. Предложена структура специального программного обеспечения в составе СУБД с применением средств человеко-машинного интерфейса, содержащая интегрированные модули контроля, коррекции, восстановления и визуализации 3D-моделей, отличающаяся сопряжением с широким кругом графических систем и решениями поддержки жизненного цикла с использованием четырехуровневой модели клиент-серверной архитектуры развртывания PLM-систем.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ 1. Сафронов В.В. Методы интеграции ECAD и PLM-систем / В.В.

Сафронов, В.Ф. Барабанов, С.А. Минаков // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2011. Т. 7. № 10. С. 61-64.

2. Сафронов В.В. Анализ архитектуры развертывания PLM-систем / В.В.

Сафронов, В.Ф. Барабанов, С.Л. Кенин // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2011. Т. 7. № 10. С. 69-73.

3. Сафронов В.В. Разработка программного обеспечения сопряжения ECAD и PLM-систем / В.В. Сафронов, В.Ф. Барабанов // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2011. Т. 7. № 11.1.

С. 111-113.

4. Минаков С.А. Синтезированный алгоритм конструирования трехмерных объектов для воссоздания пространственных графических моделей по чертежам ортогональных проекций / С.А. Минаков, В.Ф. Барабанов, В.В.

Сафронов // Системы управления и информационные технологии: научнотехнический журнал. 2011. Вып. 3.2(45). С. 252-261.

5. Минаков С.А. Автоматизация процесса восстановления пространственных моделей по видам ортогональных проекций / С.А. Минаков, В.Ф. Барабанов, В.В. Сафронов, С.Л. Кенин // Системы управления и информационные технологии: научно-технический журнал. 2011. Вып. 4.1(46).

С. 159-162.

Статьи и материалы конференций 6. Барабанов В.Ф. Способы построения клиент-серверной архитектуры PLM-систем / В.Ф. Барабанов, В.А. Васильченко, М.Л. Шуршиков, В.В.

Сафронов // Информационные технологии моделирования и управления:

научно-технический журнал. Воронеж: Научная книга, 2011. Вып. 6(71). С. 689695.

7. Барабанов В.Ф. Использование PLM-системы для создания и обработки 3D изображений / В.Ф. Барабанов, А.М. Нужный, В.В. Сафронов // Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве, НТ-2010: сб. науч. тр. Всероссийской конф. Воронеж: ВГТУ, 2010. С. 28-29.

8. Барабанов В.Ф. Применение системы PLM для создания и обработки 3D изображений / В.Ф. Барабанов, А.М. Нужный, В.В. Сафронов // Оптикоэлектронные приборы и устройства в системах распознавания образов, обработки изображений и символьной информации. Распознавание 2010:

материалы IX Междунар. конф. Курск: КГТУ, 2010. С. 47-48.

9. Минаков С.А. Воссоздание трехмерной модели по чертежам проекций, используя подход инженерной семантики / С.А. Минаков, В.Ф.

Барабанов, В.В. Сафронов // Актуальные проблемы прикладной математики, информатики и механики: сб. тр. Междунар. конф. Воронеж: Изд-во ВГУ, 2010.

С. 250-252.

10. Сафронов В.В. Восстановление и визуализация 3D графических данных / В.В. Сафронов, А.В. Барабанов // Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве, НТ-2011: Труды Всероссийской конференции, Воронеж: ВГТУ, 2011. С. 107.

11. Сафронов В.В. PLM - технология управления жизненным циклом продукции / В.В. Сафронов, В.А. Васильченко, М.Л. Шуршиков // Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве, НТ-2011: Труды Всероссийской конференции, Воронеж: ВГТУ, 2011. С. 113-114.

12. Сафронов В.В 3D интеграция и визуализация узлов бортового оборудования / В.В. Сафронов, В.Ф. Барабанов // ВВС-100 лет на страже неба России: История, современное состояние и перспективы развития: сб. тр.

Всероссийской научно-практической конференции ч.3, Воронеж: ВАИУ, 2012.

С. 181-182.

13. Свидетельство об интеллектуальной собственности «Подсистема сбора и обработки температурных данных» / В.В. Сафронов, В.Ф. Барабанов // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ, ФГУП ВНТИЦ № 50200900191 от 26.01.2009.

14. Свидетельство об интеллектуальной собственности «Подсистема удалнного контроля и мониторинга системы термоконтроля» / В.В. Сафронов, В.Ф. Барабанов // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ, ФГУП ВНТИЦ № 50200900192 от 26.01.2009.

15. Свидетельство об интеллектуальной собственности «Универсальная справочная система визуализации 3D моделей (УСС-3D)» / В.В. Сафронов, В.Ф. Барабанов // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ, ФГБУ ФИПС № 2012618121 от 07.09.2012.

Подписано в печать 01.10.12.

Формат 60х84/16. Бумага для множительных аппаратов.

Усл. печ. л. 1,0. Тираж 90 экз. Заказ № _______ ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» 394026 Воронеж, Московский просп.,




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.