Начальная точка для изучения форматов файлов CAD / CAE?

Question

Мы разрабатываем программное обеспечение для анализа стресса и напряжения в университете. Теперь пришло время перейти от прямоугольников, прямоугольников и сфер к реальным моделям. Но я все еще не знаю, с чего начать.

В нашем программном обеспечении мы собираемся строить сетки, а затем производить расчеты, но как мне импортировать твердые тела из программного обеспечения CAD / CAE?

1) Как организованы модели CAD / CAE? Как представлены твердые тела? Каковы возможности форматов DWG, DXF, IGES, STEP? Например, есть полный справочник по DXF, но мне трудно понять, не зная основных понятий.

2) Существуют ли библиотеки C ++ для импорта твердых тел из форматов файлов CAD / CAE? Не будет ли слишком сложно построить полную модель, чтобы иметь возможность импортировать полный файл?

Answer 1

Для импорта твердых тел сначала необходимо экспортировать их из системы САПР. Большинство файлов данных системы САПР являются собственностью (если они не перешли на XML за те несколько лет, что я был вне отрасли!). DWG - это формат файлов Autodesk, и они не поощряют людей читать его напрямую. Они предложили библиотеку для чтения / записи файлов, если память не изменяет, но я не знаю, каково это сейчас. DXF, IGES и STEP - все форматы передачи данных.

DXF принадлежит Autodesk, но публикуется, поэтому другие компании могут использовать его для чтения и записи моделей. Ссылка на DXF сложна, но это всего лишь ссылка - вам нужно знать концепции, прежде чем вы сможете понять, что она представляет.

Твердые модели могут быть представлены несколькими способами, либо с помощью конструкционной твердой геометрии (CSG), где форма состоит из сложения или вычитания твердых примитивов друг от друга, либо с помощью граничного представления (B-Rep), где края сохраняются или с помощью триангулированных граней (которые используются в 3D Studio MAX, WPF и многих других) и так далее. Конкретный формат будет зависеть от того, для чего предназначен разработчик модели.

Существуют библиотеки и инструменты для чтения различных форматов файлов. Я не знаю, какие из них все еще активны, так как прошло более 5 лет с тех пор, как я активно занимался 3D-графикой. Вам лучше поискать текущий урожай самостоятельно. Я бы порекомендовал начать с Википедии - там будет несколько статей по 3D-графике, и должно быть много ссылок для дальнейшего чтения и инструментов / библиотек.

Если у вас есть считыватель, вам необходимо преобразовать данные во внутренний формат - это не тривиальная задача. Возможно, вам лучше принять существующий формат. Одной из моих задач было чтение моделей из различных источников в структуру данных моей компании. Моей задаче очень помог тот факт, что разработчики моделей, которые мы поддерживали, пришли с API, которые позволяли нам напрямую читать сетки моделей, и оттуда это было относительно простой (но никогда не легкой) задачей по преобразованию их сетки в нашу. Всегда были крайние случаи и нюансы формата, которые вызывали головные боли. Они были умножены в несколько раз, если бы нам пришлось самим читать формат файла - например, для DXF или VRML.

Answer 2

Наиболее распространенный способ представления твердотельных моделей в текущем программном обеспечении 3D CAD (CATIA, Pro / Engineer / Solidworks / NX) - через представление границ (B-REP).

Однако большинство библиотек для импорта таких данных САПР являются собственностью. Некоторые библиотеки поступают напрямую от геометрических разработчиков моделей (таких как ACIS с Interop, Parasolid или Granite), другие - от небольших компаний-разработчиков программного обеспечения, специализирующихся на рынке перевода данных CAD.

Со стороны открытого исходного кода, возможно, взгляните на ядро ​​OpenCascade. Это ядро ​​было открытым исходным кодом (в основном) и имеет некоторые функции STEP для импорта и создания сетки.

Answer 3

Лучше всего работать с существующей системой CAD с открытым исходным кодом, такой как BRL-CAD , которая включает поддержку многочисленных импортеров и экспортеров.

Ваша интуиция о том, что изучение заданного формата будет трудно понять и реализовать поддержку, вполне верна, особенно когда речь идет о форматах твердой геометрии, предназначенных для анализа. Сохранение целостности с топологическими гарантиями важно для получения достоверных анализов, но редко решается с помощью простых форматов сетки.

В частности, для двух распространенных международных стандартов (IGES и STEP) их чрезмерно сложно поддерживать, поскольку они могут содержать одну и ту же твердую геометрию, закодированную различными способами. Рассмотрим простой пример сферы. Эта сфера может быть закодирована как простая точка и радиус (без явной информации о поверхности, неявной формы, общей для использования в CSG), это может быть полигональная сетка (формат сетки BREP с потерями), это может быть поверхность сплайна (BREP NURBS ), это может быть объемный (например, данные КТ) и многое другое. Сосредоточение внимания на любом из них включает различные компромиссы (простота, надежность, аналитические гарантии, гибкость и т. Д.).

Как уже упоминалось в отношении BRL-CAD, это большая система твердотельного моделирования с открытым исходным кодом, обладающая множеством функциональных возможностей во многих областях, которые вы можете использовать, около дюжины библиотек функциональности и более 400 сжатых инструментов (около двух десятков - геометрия). преобразователи). Даже если это не делает именно то, что вам нужно, у вас есть исходный код, и вы можете внести улучшения и сотрудничать с существующим сообществом, чтобы помочь реализовать то, что вам нужно.

Answer 4

Перечитав ваш вопрос, позвольте мне полностью изменить свой ответ. Если вам нужны только меши, просто используйте простой формат на основе сетки.

OBJ прост, хорош и очень стандартен. Преобразование из многих форматов САПР в OBJ требует тесселятора / мешира, о котором вы все равно не хотите писать, просто получите пакет САПР для выполнения перевода. Мои или носороги недорогие и поддерживают множество форматов.

Answer 5

Я регулярно работаю с коммерческим программным обеспечением для электромагнитного моделирования, которое использует ядро ​​моделирования ACIS и компоненты Simmetrix . Хотя я не могу лично подтвердить простоту использования этих библиотек, похоже, они работают так, как рекламируется, и могут сэкономить вам много работы. Они могут быть недоступны на подходящих условиях для академического использования, но, похоже, они предназначены для того, чтобы делать именно то, что вы хотите.

Answer 6

Насколько я знаю, все программное обеспечение CAD / CAE поддерживает форматы файлов IGES, STEP и т. Д. Для геометрии и идей, анализа и т. Д. Для данных сетки. Большую часть времени мы обнаруживаем, что iges не содержит топологической информации. Но разработка STEP (стандарта для обмена продуктами) началась в 1984 году как преемник IGES. Первоначальный план состоял в том, что «STEP должен основываться на одной единой, полной, независимой от реализации информационной модели продукта, которая должна быть главной Запись интегрированных тематических и прикладных информационных моделей ». У нас есть несколько библиотек для чтения и записи этих форматов файлов. Но так как я написал код для чтения и записи геометрии, а также сетки, чтение или запись этих форматов файлов не сложно, а довольно скучно.