关于浅析基于面向对象技术虚拟实体建模期刊

论文导读：
【摘 要】随着现代化产品更新换代速度之快，为减少设计/制造的时间与成本，提高其效率与质量，人们采用了虚拟设计技术。其中虚拟实体建模，是虚拟产品设计与装配技术的基础，本文通过面向对象技术，介绍一个虚拟装配系统的几何内核库的开发过程。
【关键词】虚拟设计；实体建模

一、虚拟设计技术与虚拟装配

虚拟设计技术是将虚拟现实（VR）与产品设计联系在一起，将CAD延伸与发展为基于虚拟现实的CAD。其顺应了设计技术发展的内在要求，进一步推动了产品设计向虚拟化方向发展。在虚拟环境中，产品模型从交互与行为表现上均高度接近与现实产品。设计者无需通过实物样机就能对产品设计结果进行多角度、全方位的分析与验证，确保产品的可制造性、可装配性、可维护性与可重用性。
虚拟装配是（VA）是VR技术在CAD/CAM应用中一个重要领域。它是利用计算机工具，建立一个产品的虚拟模型，通过分析、可视化数据表示等技术帮助设计者进行装配关系的工程决策。近年来，随着虚拟现实技术的发展，一些基于虚拟现实技术的简单虚拟装配设计环境受到人们的关注。

二、虚拟实体建模

（一）概述
虚拟现实是在虚拟的数字空间中模拟真实世界中的事物，这就需要真实世界的事物在数字空间中的表示，于是催生了虚拟现实中的建模技术。虚拟现实对现实“虚拟”得到底像不像，是与建模技术紧密相关的。因此，建模技术的研究具有非常重要的意义，得到了国内外研究人员的重视。
虚拟实体建模，是虚拟产品设计与装配技术的基础。它克服了传统二维设计中仅能以视图描述零件特征，而不摘自：学术论文模板www.7ctime.com
能建立实体模型的缺点，使设计者能够以不同的角度，不同的方式对设计进行分析、评价与修改，并在零部件进行虚拟装配的过程中，得到进一步的设计分析与优化。因此，虚拟实体建模的好坏直接影响着对其的管理和操作，设计一个好的实体模型在虚拟装配过程中犹为重要。
下面通过面向对象技术，介绍一个虚拟装配系统的几何内核库的开发过程。

(二)面向对象技术基本原理

面向对象的系统分析和设计方法是一种将系统看作由对象构成的有机体，一切工作都围绕对象展开的方法。面向对象的最基本原则是使描述问题空间和解决问题的方法空间在结构上尽可能一致。在面向对象系统中，世界被看成是独立对象的集合，对象之间通过消息相互通讯，对象将数据和消息封装在一起，对一个对象的存取或修改仅通过其外部接口实现，其内部的实现细节、数据结构及对它的操作是不可见的。下面主要介绍面向对象技术的几个关键部分。
对象（Object）是组成一个系统的基本逻辑单元，是一个有组织形式的含有信息的实体。它由属性和行为两部分组成。对象只有在具有属性和行为的情况下才有意义，属性是用来描述对象静态特征的一个数据项，行为是用来描述对象动态特征的一个操作。在程序设计领域，可以用“对象=数据十作用于这些数据上的操作”这一公式来表达。
类（Class）是创建对象的样板，在整体上代表一组对象，它是具有相同属性和行为的一组对象的集合，它为属于该类的全部对象提供了统一的抽象描述，其内部包括属性和行为两个主要部分，类是对象集合的再抽象。
继承（Inheritance）是一种联结类与类的层次模型。继承性是指特殊类的对象拥有其一般类的属性和行为。
多态性（Polymorphi）是指类中同一函数名对应多个具有相似功能的不同函数，可以使用相同的调用方式来调用这些具有不同功能的同名函数。
继承性和多态性的结合，可以生成一系列虽类似但独一无二的对象。由于继承性，这些对象共享许多相似的特征；由于多态性，针对相同的消息，不同对象可以有独特的表现方式，实现特性化的设计。
面向对象方法最大的优点是软件的可重用性，面向对象方法通过继承与多态性相结合等方法使得软件模块得以充分重用，尤其在开发新系统时，可充分利用重用机制大大减小开发工作量和提高软件的可靠性。

(三)虚拟实体几何对象类的层次设计

1.Entity：几何对象基本类，描述几何对象的共有属性。

CEntity是几何对象基类，它定义了几何对象的许多公有属性，也包括了几何对象的一些公共的操作函数。CEntity在MFC类CObject的基础上派生，因而可以继承CObject的属性和操作。因此，和M论文导读：配体按照由面片层到部件层的顺序构建，虚拟实体才得以创建。因此，几何实体层次化建模是虚拟装配过程中的重要环节，是虚拟装配得以成功的关键。上一页12
FC的视图类基类CView一样，CEntity也是一个抽象类，其中定义了纯虚函数，不能直接用于声明具体的几何对象。CEntity作为基类，派生出了其他的几何对象类。这样设计充分利用了C++面向对象技术的继承概念，不仅减少了代码重复，使得程序的结构清晰，而且方便管理和扩充。

2.CPart：高级几何模型类，描述应用程序中整个几何模型。

CPart类是一个几何模型的集合类，它可以包含一系列的子模型。其文档中的具体应用数据是一系列由CMyModel对象组成的模型，CPart就是来描述这样一个模型的集合。

3.CMyModel：几何模型类，描述由特征面组成的实体。

类CMyModel是一个具体的几何对象类，用来描述一个由自定义特征面所组成的实体模型。它是CEntity的派生类，具有CEntity类的属性和方法，并包含自己的属性和方法，例如，实体类型、旋转自由度及平移自由度等属性。

4.CFeature：特征面类，描述由三角面片表示的特征面。

特征面是组成虚拟实体的基本构成元素，它在基于语义的虚拟装配过程中具有至关重要的作用，例如，在几何定位求解过程中，通过装配面的属性才得以实现。CFeature的基本成员包括：特征面类型、法线向量、轴向量、特征点等。

5.CTriChip：三角面片对象类，描述三角面片。

类CTriChip用于描述组成特征面的基本三角面片对象，它是组成虚拟实体最基本的组成元素。它在虚拟实体的显示、干涉检查等方面具有相当重要的作用。这五个基本几何对象类之间的层次关系如图1所示。
在实际的虚拟装配过程中，正是运用了面向对象技术，将装配实体模型进行层次化类的分析，使装配体按照由面片层到部件层的顺序构建，虚拟实体才得以创建。因此，几何实体层次化建模是虚拟装配过程中的重要环节，是虚拟装配得以成功的关键。