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4.4  智能圖元設(shè)計(jì)法

智能圖元設(shè)計(jì)法是以智能圖元為核心、以圖形的可分解性為思路的一種全新的CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)。它不同于參數(shù)化設(shè)計(jì)和集成化設(shè)計(jì)，從設(shè)計(jì)思路上說，依據(jù)“一個(gè)復(fù)雜圖形是由若干個(gè)簡(jiǎn)單圖形邏輯組合而成”，升華了“簡(jiǎn)單幾何的點(diǎn)線圓圓弧組合成產(chǎn)品圖形”的思維。參數(shù)化設(shè)計(jì)是針對(duì)建立的參數(shù)模型，通過傳遞的參數(shù)，根據(jù)參數(shù)模型的拓?fù)潢P(guān)系，組合簡(jiǎn)單的幾何實(shí)體（點(diǎn)、線、圓、圓弧）；集成化設(shè)計(jì)是針對(duì)專門行業(yè)中的工程實(shí)體的圖形單元設(shè)計(jì)，是圍繞整個(gè)圖紙而言。智能圖元設(shè)計(jì)法與集成化設(shè)計(jì)一樣，是面對(duì)對(duì)象的，但智能圖元設(shè)計(jì)法是以智能圖元為目標(biāo)，不受行業(yè)的限制，擴(kuò)寬了系統(tǒng)應(yīng)用范圍，并且，智能圖元設(shè)計(jì)法是針對(duì)圖形的，最重要的是，智能圖元的功能遠(yuǎn)比工程實(shí)體圖形單元的功能豐富。智能化圖元也具有參數(shù)化功能，集成到智能圖形單元的“類”屬性和函數(shù)中。

對(duì)于每一張工程產(chǎn)品圖紙，盡管圖與圖之間是千差萬別的，但是一個(gè)產(chǎn)品圖的某個(gè)結(jié)構(gòu)總是可以從其他零產(chǎn)品圖中找到相同或相似的。為了有效地利用這些相同或相似的圖形單元，提出拼圖法繪圖：在裝配圖中，一個(gè)機(jī)器由若干個(gè)零件圖組裝而成；而在零件圖中，一個(gè)零件可看作是由若干圖形單元組成，如：一個(gè)零件外型圖形單元和若干個(gè)零件內(nèi)腔圖形單元（包括開孔）組成。歸納來說，無論是裝配圖還是零件圖，都是由若干圖形單元拼成，而且不是簡(jiǎn)單的把圖形放到一起，還存在圖形單元的變化。例如：由零件圖拼成裝配圖中，需要有部分零件圖的打斷、消隱等工作；由零件外型圖形單元和內(nèi)腔圖形單元組成零件圖時(shí)，更要涉及到圖形圖形之間的打斷、消隱、圓角化等等。這就決定了圖形單元應(yīng)具有部分智能化，命名為智能圖元，它與普通的圖形單元最大的不同在于：智能圖元可以在不同的周圍圖形環(huán)境下自動(dòng)調(diào)整其表現(xiàn)形式。這種以“智能圖元”為設(shè)計(jì)單元的設(shè)計(jì)方法稱為智能圖元法。

4.4.1  智能圖元

智能圖元是具有一定拓?fù)潢P(guān)系、特征點(diǎn)、內(nèi)函數(shù)、外函數(shù)和幾何單元的圖形單元，是拼圖法繪圖思維中的基本單元。特別地，智能圖元具有面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)中的“類”的特性，即封裝性和繼承性。如前所述，任何一幅圖形都是由若干圖形單元按照一定的邏輯關(guān)系組合而成，例如，在裝配圖中，圖形單元表現(xiàn)為零件圖形單元，而在零件圖中，圖形單元?jiǎng)t表現(xiàn)為零件結(jié)構(gòu)單元。

1、智能圖元的模型

在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中，智能圖元是一個(gè)典型的“類”的結(jié)構(gòu)，包括幾何單元集合、拓?fù)潢P(guān)系描述、特征點(diǎn)集合、內(nèi)函數(shù)和外函數(shù)（見圖4-9)，定義如下：

class Intellitive_Graphics_unit

{

Private:

   INT    Feature_size[MAX]；//特征尺寸

   INT    Circumstance_ID；//環(huán)境ID

   ads_point    base_point；//基點(diǎn)

   INT    Entity_Color；//顏色

   INT    Entity_Lttype；//線形

   ...

Public:

   RTPICKS Geometry_Entity；//幾何單元實(shí)體幾何

   INT    Topology_ID；//拓?fù)潢P(guān)系的ID

   RTPICKS    Feature_Point；//特征點(diǎn)

   Void    Show(INT scale)；//顯示

   Void    delete()；//刪除

   Void    move(ads_point new_position)；//移動(dòng)

   Void    rotate(ads_real_new_angle)；//旋轉(zhuǎn)

   Void    Get_circumstance_ID()；//取得環(huán)境ID

   Void    adapt_function(INT circumstance_ID)；//外函數(shù)

   ...

}

幾何單元是智能圖元的最基本圖形結(jié)構(gòu)單元的集合，例如線、圓、圓弧等，其具體的組合規(guī)則是受拓?fù)潢P(guān)系控制；拓?fù)潢P(guān)系是智能圖元的內(nèi)在特征屬性，它是具體指導(dǎo)幾何單元的有機(jī)地組合方式，它和幾何單元一起構(gòu)成了智能圖元的外在表現(xiàn)形式；特征點(diǎn)是智能圖元對(duì)外界信息響應(yīng)的入口點(diǎn)，當(dāng)智能圖元在繼承另一個(gè)智能圖元時(shí)的拓?fù)潢P(guān)系的改變，以及各智能圖元在圖紙中組合時(shí)的拓?fù)潢P(guān)系改變，都是通過對(duì)特征點(diǎn)的激活，調(diào)用圖元的外在函數(shù)，從而使智能圖元的拓?fù)潢P(guān)系按照一定的規(guī)則進(jìn)行改變，重要的是，它能夠根據(jù)已確認(rèn)的規(guī)則而實(shí)現(xiàn)智能化。外在函數(shù)就是一個(gè)智能圖元響應(yīng)具體的外界信息時(shí)，其拓?fù)潢P(guān)系改變的具體方式，外在函數(shù)種類繁多，全部存放在智能圖元的外在函數(shù)庫里，根據(jù)具體的外界信息，選擇相應(yīng)的外在函數(shù)；但它也受拓?fù)潢P(guān)系和幾何單元的約束，就好象無法求得二條平行線的交點(diǎn)；內(nèi)在函數(shù)是指對(duì)智能圖元幾何單元操作的具體功能，例如：繪制、移動(dòng)、刪除、旋轉(zhuǎn)等等。

2、智能圖元的結(jié)構(gòu)特征

智能圖元，是圖紙單元與“面向?qū)ο蟆痹O(shè)計(jì)思維的結(jié)合體，不僅具有類的兩大屬性：封裝性、可繼承性；而且具有圖紙單元的特征不定性。

封裝性：對(duì)于某個(gè)智能圖元的具體操作，能且只能通過對(duì)其內(nèi)部函數(shù)或（和）外部函數(shù)實(shí)現(xiàn)，而不能通過其他操作實(shí)現(xiàn)，以防止產(chǎn)生信息干擾。

可繼承性：一個(gè)智能圖元不僅可以是其他智能圖元的父圖元，也可以是一個(gè)或多個(gè)智能圖元的子圖元，最底層的智能圖元稱為基圖元，他們沒有父圖元；最上層的智能圖元稱為表圖元，他們沒有子圖元，其集成度最高；就象一個(gè)機(jī)器的裝配圖由若干個(gè)零件圖組成，而一個(gè)零件圖是由若干個(gè)結(jié)構(gòu)單元組成，整個(gè)智能圖元集合屬于一種比較復(fù)雜的層次結(jié)構(gòu)，如圖4-9。

特征不定性：當(dāng)一個(gè)智能圖元繼承另一個(gè)智能圖元后，其屬性并不是被簡(jiǎn)單的擴(kuò)大了，而是一些屬性消失而另外一些屬性出現(xiàn)了。這也是智能圖元之間由于智能圖元特征點(diǎn)的激活而使智能圖元拓?fù)潢P(guān)系邏輯迭加、幾何單元的改變（打斷，消隱等）表現(xiàn)形式。

3、智能圖元的工作模式

智能圖元設(shè)計(jì)法是以智能圖元為最小設(shè)計(jì)單位，利用智能圖元對(duì)環(huán)境的自適應(yīng)功能，完成實(shí)際意義的拼圖法設(shè)計(jì)，智能圖元對(duì)環(huán)境的自適應(yīng)功能首先是通過對(duì)智能圖元的特征點(diǎn)激活開始。詳細(xì)見圖4-10。

通過對(duì)特征點(diǎn)的激活，首先判斷激活值，是調(diào)用外部函數(shù)還是調(diào)用內(nèi)部函數(shù)，如果是調(diào)用內(nèi)部函數(shù)，則根據(jù)激活值，調(diào)用某個(gè)內(nèi)部函數(shù)，實(shí)現(xiàn)智能圖元自身的操作，如刪除、放大、旋轉(zhuǎn)等等；如果是調(diào)用外部函數(shù)，則再獲取周圍圖元信息，并以此查詢外部函數(shù)庫，得到某個(gè)外部函數(shù)，則調(diào)用此外部函數(shù)，實(shí)現(xiàn)智能圖元的拓?fù)潢P(guān)系和幾何單元信息的改變。（如圖4-11所示）

4.4.2  智能圖元法程序設(shè)計(jì)步驟

1）通過閱讀常用圖紙信息，提煉出其中具有一般特性的圖形單元。提取圖形單元的一般規(guī)則：

(l）先提取結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的基圖元，再提取高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜的圖元，充分利用智能圖元的繼承性。

(2）基圖元的提取要相對(duì)通用但不完全通用，而高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜的圖元?jiǎng)t相對(duì)專用。

2）記錄每個(gè)圖元的拓?fù)潢P(guān)系、特征點(diǎn)

3）建立圖形單元拓?fù)潢P(guān)系變化庫，賦予圖元智能化，并建立智能圖元的外在函數(shù)庫。

4）建立智能圖元的調(diào)用規(guī)則：復(fù)雜智能圖元優(yōu)先于簡(jiǎn)單智能圖元。

4.4.3  智能圖元的分類

根據(jù)拼圖法對(duì)智能圖元的智能化的側(cè)重點(diǎn)要求不同，將智能圖元分為二類：基于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的智能圖元化和基于特性尺寸的智能圖元化。基于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的智能圖元主要是對(duì)各種圖形單元的抽象，其重點(diǎn)是對(duì)特征點(diǎn)的激活和外函數(shù)中拓?fù)潢P(guān)系對(duì)環(huán)境適應(yīng)的描述，建立此類智能圖元難度很大；而基于特性尺寸的智能圖元主要是對(duì)拓?fù)潢P(guān)系固定的圖形單元的抽象，建立此類智能圖元難度不大，這類智能圖元一般都是基圖元，很少有繼承圖元。例如，對(duì)各種標(biāo)準(zhǔn)件和通用件等系列化的產(chǎn)品等的引用。

1、智能圖元模型實(shí)例

按照智能圖元提取的一般規(guī)則，對(duì)于一般工程圖紙的實(shí)際狀況，常用簡(jiǎn)單零件結(jié)構(gòu)的外形是四邊形（圖4-11)，對(duì)于此類四邊形的定義，根據(jù)“基圖元的提取要相對(duì)通用但不完全通用”原則，一般是用梯形結(jié)構(gòu)來歸納，其定義如下：

幾何單元：五條線段：a，b，c，d，e

拓?fù)潢P(guān)系：滿足梯形定義（a//c），a，b線交B點(diǎn)，a、d線交A點(diǎn)，d、c線交C點(diǎn)，c、b線交D點(diǎn)，e是梯形的中線。

特征點(diǎn)：可定義為四個(gè)頂點(diǎn)（A、B、C、D）或線段中點(diǎn)或其他點(diǎn)

內(nèi)函數(shù)：智能圖元的移動(dòng)、刪除、旋轉(zhuǎn)等

外函數(shù)：線段的打斷、與凹凸槽的接口等

2、智能圖元繼承實(shí)例

為減少圖元開發(fā)的重復(fù)性工作，應(yīng)充分利用智能圖元的繼承性，例如，另外一個(gè)智能圖元繼承上面的智能圖元，是在圖4所示的智能圖元的基礎(chǔ)上，增加內(nèi)腔結(jié)構(gòu)智能圖元（圖4-12)，形成子圖元，其定義如下：

幾何單元：若干線段

拓?fù)潢P(guān)系：滿足圖4-12形狀

特征點(diǎn)：Ll、LZ線段上的所有點(diǎn)

內(nèi)函數(shù)：智能圖元的移動(dòng)、刪除、旋轉(zhuǎn)等

外函數(shù)：線段的打斷，圓角化等

3、智能圖元拼圖實(shí)例

圖4-12所介紹的圖元為一個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)架結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在要完整其結(jié)構(gòu)，利用拼圖，拼上一個(gè)內(nèi)部支座的智能圖元（圖4-13)，激活特征點(diǎn)，調(diào)用外部函數(shù)，智能圖元將會(huì)自動(dòng)打斷如圖4-12中所示的Ll、L2線段。

4.4.4  智能圖元法繪圖的特點(diǎn)．

1）繪圖效率高，把若干個(gè)圖元（特別是集成度較高的表面圖元）按照一定的邏輯順序拼成一幅圖，當(dāng)然比用簡(jiǎn)單的幾何繪圖元素（線、圓、圓弧）繪圖的效率高的多。

2）繪圖范圍廣，參數(shù)化好。圖元不同與AutoCAD中的“block”，他可以在基本的拓?fù)潢P(guān)系變的前提下，圖元中的幾何單元可以呈現(xiàn)出多種圖形，并且，當(dāng)圖元在繼承其他圖元或圖元互相組成完整圖時(shí)，可改變拓?fù)潢P(guān)系，更使圖形多種多樣。

3）繪圖準(zhǔn)確性高，通過激活圖元的特征點(diǎn)，可以自動(dòng)改變圖元的拓?fù)潢P(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)某些線條的添加、刪除和剪切，可減少繪圖中常見的錯(cuò)誤。

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