4.4  智能图元设计法

智能图元设计法是以智能图元为核心、以图形的可分解性为思路的一种全新的CAD系统设计。它不同于参数化设计和集成化设计，从设计思路上说，依据“一个复杂图形是由若干个简单图形逻辑组合而成”，升华了“简单几何的点线圆圆弧组合成产品图形”的思维。参数化设计是针对建立的参数模型，通过传递的参数，根据参数模型的拓扑关系，组合简单的几何实体（点、线、圆、圆弧）；集成化设计是针对专门行业中的工程实体的图形单元设计，是围绕整个图纸而言。智能图元设计法与集成化设计一样，是面对对象的，但智能图元设计法是以智能图元为目标，不受行业的限制，扩宽了系统应用范围，并且，智能图元设计法是针对图形的，最重要的是，智能图元的功能远比工程实体图形单元的功能丰富。智能化图元也具有参数化功能，集成到智能图形单元的“类”属性和函数中。

对于每一张工程产品图纸，尽管图与图之间是千差万别的，但是一个产品图的某个结构总是可以从其他零产品图中找到相同或相似的。为了有效地利用这些相同或相似的图形单元，提出拼图法绘图：在装配图中，一个机器由若干个零件图组装而成；而在零件图中，一个零件可看作是由若干图形单元组成，如：一个零件外型图形单元和若干个零件内腔图形单元（包括开孔）组成。归纳来说，无论是装配图还是零件图，都是由若干图形单元拼成，而且不是简单的把图形放到一起，还存在图形单元的变化。例如：由零件图拼成装配图中，需要有部分零件图的打断、消隐等工作；由零件外型图形单元和内腔图形单元组成零件图时，更要涉及到图形图形之间的打断、消隐、圆角化等等。这就决定了图形单元应具有部分智能化，命名为智能图元，它与普通的图形单元最大的不同在于：智能图元可以在不同的周围图形环境下自动调整其表现形式。这种以“智能图元”为设计单元的设计方法称为智能图元法。

4.4.1  智能图元

智能图元是具有一定拓扑关系、特征点、内函数、外函数和几何单元的图形单元，是拼图法绘图思维中的基本单元。特别地，智能图元具有面向对象设计中的“类”的特性，即封装性和继承性。如前所述，任何一幅图形都是由若干图形单元按照一定的逻辑关系组合而成，例如，在装配图中，图形单元表现为零件图形单元，而在零件图中，图形单元则表现为零件结构单元。

1、智能图元的模型

在系统实现中，智能图元是一个典型的“类”的结构，包括几何单元集合、拓扑关系描述、特征点集合、内函数和外函数（见图4-9)，定义如下：

class Intellitive_Graphics_unit

{

Private:

   INT    Feature_size[MAX]；//特征尺寸

   INT    Circumstance_ID；//环境ID

   ads_point    base_point；//基点

   INT    Entity_Color；//颜色

   INT    Entity_Lttype；//线形

   ...

Public:

   RTPICKS Geometry_Entity；//几何单元实体几何

   INT    Topology_ID；//拓扑关系的ID

   RTPICKS    Feature_Point；//特征点

   Void    Show(INT scale)；//显示

   Void    delete()；//删除

   Void    move(ads_point new_position)；//移动

   Void    rotate(ads_real_new_angle)；//旋转

   Void    Get_circumstance_ID()；//取得环境ID

   Void    adapt_function(INT circumstance_ID)；//外函数

   ...

}

几何单元是智能图元的最基本图形结构单元的集合，例如线、圆、圆弧等，其具体的组合规则是受拓扑关系控制；拓扑关系是智能图元的内在特征属性，它是具体指导几何单元的有机地组合方式，它和几何单元一起构成了智能图元的外在表现形式；特征点是智能图元对外界信息响应的入口点，当智能图元在继承另一个智能图元时的拓扑关系的改变，以及各智能图元在图纸中组合时的拓扑关系改变，都是通过对特征点的激活，调用图元的外在函数，从而使智能图元的拓扑关系按照一定的规则进行改变，重要的是，它能够根据已确认的规则而实现智能化。外在函数就是一个智能图元响应具体的外界信息时，其拓扑关系改变的具体方式，外在函数种类繁多，全部存放在智能图元的外在函数库里，根据具体的外界信息，选择相应的外在函数；但它也受拓扑关系和几何单元的约束，就好象无法求得二条平行线的交点；内在函数是指对智能图元几何单元操作的具体功能，例如：绘制、移动、删除、旋转等等。

2、智能图元的结构特征

智能图元，是图纸单元与“面向对象”设计思维的结合体，不仅具有类的两大属性：封装性、可继承性；而且具有图纸单元的特征不定性。

封装性：对于某个智能图元的具体操作，能且只能通过对其内部函数或（和）外部函数实现，而不能通过其他操作实现，以防止产生信息干扰。

可继承性：一个智能图元不仅可以是其他智能图元的父图元，也可以是一个或多个智能图元的子图元，最底层的智能图元称为基图元，他们没有父图元；最上层的智能图元称为表图元，他们没有子图元，其集成度最高；就象一个机器的装配图由若干个零件图组成，而一个零件图是由若干个结构单元组成，整个智能图元集合属于一种比较复杂的层次结构，如图4-9。

特征不定性：当一个智能图元继承另一个智能图元后，其属性并不是被简单的扩大了，而是一些属性消失而另外一些属性出现了。这也是智能图元之间由于智能图元特征点的激活而使智能图元拓扑关系逻辑迭加、几何单元的改变（打断，消隐等）表现形式。

3、智能图元的工作模式

智能图元设计法是以智能图元为最小设计单位，利用智能图元对环境的自适应功能，完成实际意义的拼图法设计，智能图元对环境的自适应功能首先是通过对智能图元的特征点激活开始。详细见图4-10。

通过对特征点的激活，首先判断激活值，是调用外部函数还是调用内部函数，如果是调用内部函数，则根据激活值，调用某个内部函数，实现智能图元自身的操作，如删除、放大、旋转等等；如果是调用外部函数，则再获取周围图元信息，并以此查询外部函数库，得到某个外部函数，则调用此外部函数，实现智能图元的拓扑关系和几何单元信息的改变。（如图4-11所示）

4.4.2  智能图元法程序设计步骤

1）通过阅读常用图纸信息，提炼出其中具有一般特性的图形单元。提取图形单元的一般规则：

(l）先提取结构简单的基图元，再提取高层结构复杂的图元，充分利用智能图元的继承性。

(2）基图元的提取要相对通用但不完全通用，而高层结构复杂的图元则相对专用。

2）记录每个图元的拓扑关系、特征点

3）建立图形单元拓扑关系变化库，赋予图元智能化，并建立智能图元的外在函数库。

4）建立智能图元的调用规则：复杂智能图元优先于简单智能图元。

4.4.3  智能图元的分类

根据拼图法对智能图元的智能化的侧重点要求不同，将智能图元分为二类：基于产品结构的智能图元化和基于特性尺寸的智能图元化。基于产品结构的智能图元主要是对各种图形单元的抽象，其重点是对特征点的激活和外函数中拓扑关系对环境适应的描述，建立此类智能图元难度很大；而基于特性尺寸的智能图元主要是对拓扑关系固定的图形单元的抽象，建立此类智能图元难度不大，这类智能图元一般都是基图元，很少有继承图元。例如，对各种标准件和通用件等系列化的产品等的引用。

1、智能图元模型实例

按照智能图元提取的一般规则，对于一般工程图纸的实际状况，常用简单零件结构的外形是四边形（图4-11)，对于此类四边形的定义，根据“基图元的提取要相对通用但不完全通用”原则，一般是用梯形结构来归纳，其定义如下：

几何单元：五条线段：a，b，c，d，e

拓扑关系：满足梯形定义（a//c），a，b线交B点，a、d线交A点，d、c线交C点，c、b线交D点，e是梯形的中线。

特征点：可定义为四个顶点（A、B、C、D）或线段中点或其他点

内函数：智能图元的移动、删除、旋转等

外函数：线段的打断、与凹凸槽的接口等

2、智能图元继承实例

为减少图元开发的重复性工作，应充分利用智能图元的继承性，例如，另外一个智能图元继承上面的智能图元，是在图4所示的智能图元的基础上，增加内腔结构智能图元（图4-12)，形成子图元，其定义如下：

几何单元：若干线段

拓扑关系：满足图4-12形状

特征点：Ll、LZ线段上的所有点

内函数：智能图元的移动、删除、旋转等

外函数：线段的打断，圆角化等

3、智能图元拼图实例

图4-12所介绍的图元为一个简单的机架结构，现在要完整其结构，利用拼图，拼上一个内部支座的智能图元（图4-13)，激活特征点，调用外部函数，智能图元将会自动打断如图4-12中所示的Ll、L2线段。

4.4.4  智能图元法绘图的特点．

1）绘图效率高，把若干个图元（特别是集成度较高的表面图元）按照一定的逻辑顺序拼成一幅图，当然比用简单的几何绘图元素（线、圆、圆弧）绘图的效率高的多。

2）绘图范围广，参数化好。图元不同与AutoCAD中的“block”，他可以在基本的拓扑关系变的前提下，图元中的几何单元可以呈现出多种图形，并且，当图元在继承其他图元或图元互相组成完整图时，可改变拓扑关系，更使图形多种多样。

3）绘图准确性高，通过激活图元的特征点，可以自动改变图元的拓扑关系，实现对某些线条的添加、删除和剪切，可减少绘图中常见的错误。

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