边界表达之优化

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边界表达(B-Rep)

边界表达(B-Rep)是目前工业界CAD/CAM领域最常见的实体建模方式之一。其基本理念是任何空间三维物体都可以看作是由一系列曲面包围而形成,而这些边界曲面则刚好可以用来表达三维实体。以上图中棱锥体为例,它由5个面(绿色)包围而成;每个面又由一些棱边(蓝色)包围;每条棱边有由两个顶点(红色)定义。因此该棱锥体的边界表达则由这些“面-边-顶点”关系的表格共同定义。

Parasolid与B-Rep

  
B-Rep技术使得CAD系统可以表达我们所处三维世界中的任意物体。左上图是一个相当复杂的车辆底盘结构,是由世界上最领先的几何建模引擎--- Parasolid 建造及表达的;而该引擎本质上则是一个基于B-Rep的几何建模器,其边界表达层级系统中的拓扑和几何构成如右上图所示。

超轻量精确 B-Rep

          
完整的B-Rep数据结构在实际应用中因为其复杂度常常会占用很大存储空间,即便对于已经很轻量的几何格式 JT 亦是如此。因此开发出超轻量精确(ULP)的B-Rep格式,通过一些列边界表达简化,数据压缩和密铺技术来达到精简储存的目的。ULP 格式通常只占原有B-Rep格式文件的1%左右,但是其精确度相差无几可以达到99%。这种轻量有相当精确的特性使得ULP成为高效实时渲染以及网络协作可视化应用的理想选择。

B-Rep和面片几何之趋同建模(Convergent Modeling)

传统意义上的B-Rep模型通常指代连续光滑的解析几何模型,即所谓传统B-Rep模型。随着3D扫描仪普及,面片模型(包含大量三角形的网格)也变得更加普遍。两种模型各有优劣,而因此经常需要进行互相转化;他们各自的优缺点和特性在上图表中列出。

由于两种模型互相转化的过程十分复杂耗时,Parasolid推出趋同建模的概念,即其函数库可以直接作用于面片模型而无需先转化为传统的B-Rep模型。从用户的使用角度来说,两种不同的几何模型都可以使用相同的函数功能,因此称之为“趋同”建模。上图以实体布尔运算为例描述了趋同建模相比传统建模之过程的简化。