戴艳红+崔健

摘 要： 研究并实现了一个交互式的三维建模系统，该系统以边界表示法表达三维模型为理论基础，同时提出一种改进的半边数据结构来表达三维模型，通过欧拉算子生成各种形体。系统实现了模型切割、实体交并差的布尔运算，以及对实体的体积、表面积的计算。在场景渲染方面，利用OpenGL或者Direct3D的库函数结合系统所采用改进的半边数据结构实现了3D模型的渲染。在仿真模块实现了三维实体的体素化算法，该算法采用正四面体和长方体相结合的八叉树三维空间分割法对实体进行空间分割，实现了对物体重心的计算，最后用该系统实现了一个螺纹铣削加工的仿真实例。

关键词： 三维建模； 半边数据结构； 欧拉操作； 交互式技术

中图分类号： TN911?34； TM417 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）01?0159?04

Abstract： An interactive 3D modeling system is studied and implemented， which takes the boundary representation method to represent the 3D model as the theoretical foundation. An improved half?edge data structure is proposed to represent the 3D model， and various forms are generated by means of Euler operator. The model cutting， Boolean operation of the entity intersection difference， and calculation of the entity volume and superficial area were realized in the system. The 3D model rendering was realized by means of the fusion of OpenGL or Direct3D library function with the improved half?edge structure of the system. The voxelization algorithm of the 3D entity was implemented in the simulation module， by which the octree?based 3D space segmentation method combining the regular tetrahedron with cuboid is used to segment the entity space to calculate the center of gravity of the object. A simulation example of the thread milling was realized with this system.

Keywords： 3D modeling； half?edge data structure； Euler operation； interactive technology

0 引 言

三维建模在计算机仿真领域占有非常重要的位置，是活跃的科学和工业研究领域[1]。本文对计算机仿真三维建模平台设计的各个环节进行了详细的讨论和分析，实现了基于改进的半边数据结构的多面体欧拉操作算子，同时以欧拉操作算子三维实体造型高级操作实现了一个实时、便捷、高性能的面向计算机仿真的三维建模平台。

1 系统平台总体设计

1.1 系统总体结构

本系统从面向对象的模块化设计出发，遵循了高内聚低耦合的原则，系统总体结构图如图1所示。

1.2 控制模块

控制模块是中央枢纽，主要用于维护系统中各个模块间的协同运行，有条不紊地按照一定策略处理每个事件。……