电缆虚拟设计用布线空间自动生成方法技术

本发明专利技术针对三维虚拟环境中电缆布线自动设计的算法需求，公开了一种电缆虚拟设计用布线空间自动生成方法，电缆虚拟设计的布线空间由一系列空间中分布的栅格点组成，每个栅格点使用权重属性来表征布线工艺的优劣。基于改进的八叉树空间分割法来生成空间栅格点并自动设置权重。本发明专利技术生成的栅格点靠近几何结构表面，具有布线工艺性好、数据利用率高及搜索空间适中的特点。本发明专利技术的实施可提高布线路径规划算法的效率，并改善布线规划结果中电缆的结构性和工艺性。

【技术实现步骤摘要】
电缆虚拟设计用布线空间自动生成方法
本专利技术属于计算机图形处理
，涉及的是一种电缆布线设计中的虚拟空间表示技术，尤其是一种在三维CAD虚拟环境下，用于电缆布线路径规划算法的可行空间表示和生成方法，该可行空间更适用于布线路径的规划，可提高布线算法的效率和布线路径的有效性，具体的说是一种电缆虚拟设计用布线空间自动生成方法。
技术介绍
虚拟环境下电缆的自动布线设计是根据机电产品的结构和电气端口位置、布线的拓扑结构(电气接线表)及一些布线工艺条件，基于一些空间路径搜索算法对电缆的空间走线路径进行自动规划的过程。其中搜索空间的表达应表示出障碍物(机电产品结构)和自由空间，以及相应空间的布线工艺性能。合理的搜索空间建模才能有利于规划中搜索量的减少，才能有利于布线算法性能的提高和布线结果的优化，而且不同的规划方法是基于各种不同的虚拟环境建模来进行的。现在在路径规划中常用的三维空间表达方法有以下几种：(1)C空间法。该方法按比例扩大障碍物，而把机器人缩小成一点，然后采用预先定义的凸多边形等基本形状构造自由空间来描述机器人及其周围的环境，并将自由空间表示为连通图。此方法比较灵活，即使起始点和目标点改变，也不必重构连通图。但是如果将工作空间与C空间进行显式的转换，其算法复杂性非常高。详见文献：ZhangLJ.Efficientmotionplanningusinggeneralizedpenetrationdepthcomputation[Ph.D.Thesis].UniversityofNorthCarolina,2009.(2)栅格法。该法将一个一定大小的三维空间平均划分为若干小立方体，对于每个小立方体黑色代表障碍物，在栅格数组中标为1，白色代表自由空间，标为0。然后将这些栅格构成一个显式的连通图，并在图中搜索可行路径。栅格法的特点是简单，易于实现，可应用于不同算法。但是这样的空间划分将是一个数据量超大的工作非常占用系统资源，空间表示效率不高，存在着时空开销与求解精度之间的矛盾，如果区域太大，将使栅格的数量急剧增加，使搜索存在组合爆炸的问题。详见文献：陈立潮,张永梅,刘玉树,等.基于栅格的GIS三维空间数据模型[J].计算机工程,2004,30(8):4～6.(3)单元树法。该法是把三维空间划分成了几个较大的立方体单元，每个单元具有以下三种情况之一：都为自由空间；都为障碍物空问；混合型空间。对于混合型空间类型的单元按照前面的方法继续进行划分，直到一个预先设定好的精度为止。四叉树法和八叉树法都属于单元树法的范畴。该算法对各种维数的姿态空间原则上都适用，由于只在障碍物(图中的黑色区域)的边缘处，需要分解成小的栅格，从而克服了均匀划分栅格法的缺陷。但它基本上都是盲目的、穷举的方法，对于高维的情况，计算量很大，所找到的自由路径也比较靠近障碍物，并且各单元之间没有考虑实际的工艺信息。详见文献：ChenDZ,SzezerbaRJ.UsingFramed-Octreestofindconditionalshortestpathsinanunknown3-Denvironment.IEEETrans.RoboticsandAutomation.1995,RA-4(l):15～25.(4)Roadmap表示法：该法的主要思想是将自由空间连接关系转化为所谓Roadmap的线性曲线网。Roadmap作为规则化的路径集合建立起来之后，路径规划就简化为寻找Roadmap中起始点和终点之间的路线问题。Roadmap法又可以分为可视图法(TheVisibilityGraph)、V氏图法(TheVoronoiDiagram)。该方法的应用场合有限，且根据三维的CAD模型生成困难。详见文献：OommenB，IyengarS,RaoN，etal.Robotnavigationinunknownterrainsusinglearnedvisibilitygraphs.PartI:Thedisjointconvexobstaclecase.IEEEJournalofRoboticsandAutomation,1987,3(6):672～681.目前在三维虚拟环境下电缆的自动布线设计中，据申请人所知，目前尚没有一种公开的、可包括布线工艺信息的虚拟布线空间的表示和自动生成方法，且能适用于高效的电缆布线路径规划算法。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对目前虚拟电缆设计的布线路径规划研究中，由于目前已知的三维布线空间的表示方法数据复杂度高且不易生成、缺少布线工艺信息等缺陷而导致布线路径搜索算法效率低、布线结果结构性和工艺性差的问题，专利技术一种可包括布线工艺信息的、数据复杂度适中的电缆虚拟设计用布线空间自动生成方法。本专利技术的技术方案是：一种电缆虚拟设计用布线空间自动生成方法，其特征是首先生成一系列空间中分布的栅格点，并计算出各栅格点的权重值，为布线路径优化提供依据，其次，再由栅格点生面所需的布线空间，进而确定各电气端口之间布线所需要经过的栅格点，将这些栅格点顺序连接起来就形成了布线路径，将布线路径经过后续的光顺处理，为设计员布线提供参考。所述的栅格点生成方法包括以下步骤：步骤一，输入要进行布线设计的机电装置三维CAD装配几何模型1，利用二次开发接口建立装配几何模型1的AABB包围盒，根据AABB包围盒的中心O和最大边长建立第一个立方体2，第一个立方体的中心为O点，各边与AABB包围盒平行；步骤二，基于改进的八叉树空间分割法对第一个立方体2进行空间剖分，剖分步骤如下：第1步，将立方体平均细分为八等分，形成八个子立方体C(i)，顺序存储八个子立方体的中心和边长L，计算每个子立方体C(i)与三维CAD装配几何模型1是否重合，并得到重合体积V；第2步，如果没有子立方体C(i)与几何模型1重合，则将每个子立方体C(i)都标记为Ⅰ型叶节点；第3步，否则，将子立方体C(i)与几何模型1重合体积V满足V≥L3-(K×D)3的每个子立方体标记为Ⅱ型叶节点，其中：K为精度系数，它是根据布线电缆的最大直径在数值上表示空间剖分的立方体的密度，取值范围为(0.5～3)；D为待布线的电缆最大直径；第4步，对其余满足V<L3-(K×D)3的子立方体C(i)重复第1步的细分，直至所有的空间立方体都被标记为Ⅰ型叶节点或Ⅱ型叶节点，剖分的空间立方体用八叉树进行存储；步骤三，根据CAD二次开发接口获得几何模型1中所有电气端口元件E1(i)的空间位置和矢量方向，建立电气端口元件E1(i)的AABB包围盒，并沿插接矢量方向拉伸10D的长度；建立几何模型1中所有高频电器元件E2(i)的AABB包围盒，并沿三个方向拉伸10D的长度；建立几何模型1中所有发热器件E3(i)的AABB包围盒，并沿三个方向拉伸10D的长度；步骤四，存储所有的Ⅰ型叶节点的立方体的中心，将其作为布线空间的栅格点；将所有Ⅰ型叶节点的立方体与电气端口元件E1(i)的AABB包围盒进行相交测试，将相交的立方体对应的栅格点的权重属性设置为1；对其余Ⅰ型叶节点的立方体与高频电器元件E2(i)的AABB包围盒进行相交测试，将相交的立方体对应的栅格点的权重属性设置为0.2；对其余Ⅰ型叶节点的立方体与发热器件E3(i)的AABB包围盒进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电缆虚拟设计用布线空间自动生成方法，其特征是首先生成一系列空间中分布的栅格点，并计算出各栅格点的权重值，为布线路径优化提供依据，其次，再由栅格点生面所需的布线空间，进而确定各电气端口之间布线所需要经过的栅格点，将这些栅格点顺序连接起来就形成了布线路径，将布线路径经过后续的光顺处理，为设计员布线提供参考。

【技术特征摘要】
1.一种电缆虚拟设计用布线空间自动生成方法，其特征是首先生成一系列空间中分布的栅格点，并计算出各栅格点的权重值，为布线路径优化提供依据，其次，再由栅格点生成所需的布线空间，进而确定各电气端口之间布线所需要经过的栅格点，将这些栅格点顺序连接起来就形成了布线路径，将布线路径经过后续的光顺处理，为设计员布线提供参考；所述的栅格点生成方法包括以下步骤：步骤一，输入要进行布线设计的机电装置三维CAD装配几何模型(1)，利用二次开发接口建立装配几何模型(1)的AABB包围盒，根据AABB包围盒的中心O和最大边长建立第一个立方体(2)，第一个立方体的中心为O点，各边与AABB包围盒平行；步骤二，基于改进的八叉树空间分割法对第一个立方体(2)进行空间剖分，剖分步骤如下：第1步，将立方体平均细分为八等分，形成八个子立方体C(i)，顺序存储八个子立方体的中心和边长L，计算每个子立方体C(i)与三维CAD装配几何模型(1)是否重合，并得到重合体积V；第2步，如果没有子立方体C(i)与几何模型(1)重合，则将每个子立方体C(i)都标记为Ⅰ型叶节点；第3步，否则，将子立方体C(i)与几何模型(1)重合体积V满足V≥L3-(K×D)3的每个子立方体标记为Ⅱ型叶节点，其中：K为精度系数，它是根据布线电缆的最大直径在数值...

【专利技术属性】
技术研发人员：张丹，李国闻，杜海遥，左敦稳，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32