The Initial Graphics Exchange Specification(IGES)是被定義基於Computer-Aided Design (CAD)&Computer-Aided Manufacturing (CAM) systems (電腦輔助設計&電腦輔助製造系統)不同電腦系統之間的通用ANSI信息交換標準。
IGES (初始化圖形交換規範)
The Initial Graphics Exchange Specification(IGES)是被定義基於Computer-Aided Design (CAD)&Computer-Aided Manufacturing (CAM) systems (電腦輔助設計&電腦輔助製造系統)不同電腦系統之間的通用ANSI信息交換標準。3D Studio MAX可以實現這種IGES格式以用於機械、工程、娛樂和研究等不同領域。用戶使用了IGES格式特性後,你可以讀取從不同平台來的NURBS數據,例如:Maya、Pro/ENGINEER,SOFTIMAGE,CATIA等等軟體。為了得到完整的數據,建議使用5.3版本的IGES格式。
IGES——重點支持以下模型的交換
二維線框模型、三維線框模型、三維表面模型、三維實體模型、技術圖樣模型。
IGES——實現CAD或CAM系統間數據交換的規範
隨著CAD/CAM技術的迅猛發展和推廣套用,各企業都在積極採用CAD/CAM技術。因歷史原因及不同的開發目的,各CAD/CAM軟體的內部數據記錄方式和處理方式不盡相同,開發軟體的語言也不完全一致,因此,CAD/CAM的數據交換與共享是目前面臨的重要課題。 80年代初以來,國外對數據交換標準做了大量的研製、制訂工作,也產生了許多標準。如美國的DXF、IGES、ESP、PDES,法國的SET,德國的VDAIS、VDAFS,ISO的STEP等。這些標準都為CAD及CAM技術在各國的推廣套用起到了極大的促進作用。
筆者在參與新型紅旗轎車及新型北京吉普車零件的製造過程中,曾遇到大量CAD/CAM系統間的數據交換問題。
1 IGES的作用和檔案構成
CAD/CAM技術在工業界的推廣套用,使得越來越多的用戶需要把他們的數據在不同CAD/CAM系統之間交換。IGES正是為了解決數據在不同的CAD/CAM間進行傳遞的問題,它定義了一套表示CAD/CAM系統中常用的幾何和非幾何數據格式,以及相應的檔案結構,用這些格式表示的產品定義數據可以通過多種物理介質進行交換。
如數據要從系統A傳送到系統B,必須由系統A的IGES前處理器把這些傳送的數據轉換成IGES格式,而實體數據還得由系統B的IGES後處理器把其從IGES格式轉換成該系統內部的數據格式。把系統B的數據傳送給系統A也需相同的過程。
標準的IGES檔案包括固定長ASCⅡ碼、壓縮的ASCⅡ及二進制三種格式。固定長ASCⅡ碼格式的IGES檔案每行為80個字元,整個檔案分為5段。段標識符位於每行的第73列,第74~80列指定為用於每行的段的序號。序號都以1開始,且連續不間斷,其值對應於該段的行數。
⑴開始段,代碼為S 該段是為提供一個可讀檔案的序言,主要記錄圖形檔案的最初來源及生成該IGES檔案的相同名稱。IGES檔案至少有一個開始記錄。
⑵全局參數段,代碼為G 主要包含前處理器的描述信息及為處理該檔案的後處理器所需要的信息。參數以自由格式輸入,用逗號分隔參數,用分號結束一個參數。主要參數有:檔案名稱、前處理器版本、單位、檔案生成日期、作者姓名及單位、IGES的版本、繪圖示準代碼等。
⑶目錄條目段,代碼為D 該段主要為檔案提供一個索引,並含有每個實體的屬性信息,檔案中的每個實體都有一個目錄條目,大小一樣,由8個字元組成一域,共20個域,每個條目占用兩行。
⑷參數數據段,代碼為P 該段主要以自由格式記錄與每個實體相連的參數數據,第一個域總是實體類型號。參數行結束於第64列,第65列為空格,第66~72列為含有本參數數據所屬實體的目錄條目第一行的序號。
⑸結束段,代碼為T 該段只有一個記錄,並且是檔案的最後一行,它被分成10個域,每域8列,第1~4域及第10域為上述各段所使用的表示段類型的代碼及最後的序號(即總行數)。
2 IGES檔案的數據記錄格式
在IGES檔案中,信息的基本單位是實體,通過實體描述產品的形狀、尺寸以及產品的特性。實體的表示方法對所有當前的CAD/CAM系統都是通用的,實體可分為幾何實體和非幾何實體,每一類型實體都有相應的實體類型號,幾何實體為100~199,如圓弧為100,直線為110等;非幾何實體又可分為注釋實體和結構實體,類型號為200~499,如注釋實體有:直徑尺寸標註實體(206)、線性尺寸標註實體(216)等,結構實體有顏色定義(314)、字型定義(310)、線型定義(304)等。
幾何實體和非幾何實體通過一定的邏輯關係和幾何關係構成產品圖形的各類信息,實體的屬性信息記錄在目錄條目段,而參數數據記錄在參數數據段。下面舉例介紹。
⒉1 直線
IGES檔案中實體是有界的,每一點為起點P1,第二點為終點P2,參數數據為起點和終點的坐標P1(X1,Y1,Z1),P2(X2,Y2,Z2)。直線實體的類型號為110,其定義如下:
110 1432 1 1 0 9 0 000020001D 2747
110 0 0 1 0 0D 2748
參數定義欄位:
110,442.01251,-338.64197,0.,440.41876,-338.64197,0.; 2747P 1432
上式中,起點坐標為(442.01251,-338.64197,0.),終點坐標(440.41876,-338.64197,0.),2747表示該直線實體在目錄條目段中的第一行序號,1432表示該直線實體在參數數據段中的序號。
⒉2 圓弧
IGES中圓弧由兩個端點及弧的一個中心確定,該圓弧始點在先,終點隨後,並以逆時針方向畫出圓弧。參數數據為ZT,X1,Y1,X2,Y2,X3,Y3。ZT為XT,YT平面上的圓弧平行於ZT的位移量,(X1,Y1)為圓弧中心坐標,(X2,Y2)為圓弧起點坐標,(X3,Y3)為圓弧終點坐標。如果起點與終點坐標重合,則為一個整圓。圓弧的實體類型號為100,其定義為
100 6020 1 1 0 7841 8253 000010001D 8255
100 0 0 2 0 0D 8256
參數定義欄位:
100,-1003.02643,-758.02863,-5144.16797,-758.02863,-5144.16797,8255P 6020
-758.03094,-5146.36768; 8255P 6021
即位移為-1003.02643
圓心坐標為(-758.02863,-5144.16797)
起點坐標為(-758.02863,-5144.16797)
終點坐標為(-758.03094,-5146.36768)
⒉3 變換矩陣
變換矩陣在IGES中是一個特殊實體(“運算元實體”),藉助於變換矩陣實體可以實現實體由定義空間到模型空間的轉換。其轉換可表示為
列向[X1,Y1,Z1]是一個被變換向量,[X2,Y2,Z2]是變換後的向量,R=[RIJ]是實數矩陣,T=列[T1,T2,T3]是一個實數的3級行列向量,12個參數R11、R12、R13、T1、…、R31、R32、R33、T3全部為實數。
變換矩陣類型號為124,其定義如下
124 6034 1 1 0 7841 0 000000001D 8269
124 0 0 1 0 0D 8270
參數定義欄位:
124,0.,0.,1.,0.,0.,1.,0.,0.,-1.,0.,0.,0.;8269P 6034
上述變換矩陣的作用是將坐標(X1,Y1,Z1)變為(X2,Y2,Z2),且X2=Z1,Y2=Y1,Z2=-X1,即表示將某一實體繞Y軸旋轉90°。
⒉4 有理B樣條曲線
有理B樣條曲線用來描述具有普遍意義的解析曲線,在實際工程中已廣泛套用。它首先用於CAD/CAM技術的空間曲線,有理B樣條曲線的參數數據有:K,M,P1,P2,P3,P4,T(-M)~T(N+M),W(0)~W(K),X0,Y0,Z0,…,XK,YK,ZK,V(0),V⑴,XNORM,YNORM,ZNORM。
K為K次B樣條曲線,M為基函式的階,P1為平面標誌,P2表示曲線的起點和終點是否重合,P3表示曲線是多項式或有理式,P4表示曲線對於其參數是否是周期性的,T(-M)~T(N+M)為節點序列,W(0)~W(K)為權值,X0,Y0,Z0,…,XK,YK,ZK為控制點,V(0)為起始值參數,V⑴終止值參數,XNORM,YNORM,ZNORM為單位法向。
有理B樣條曲線實體的類型號為126,其定義為
126 2253 1 1 0 3479 0 000000001D 3883
126 35 5 3 0 0D 3884
參數定義欄位:
126,3,3,0,0,1,0,0.,0.,0.,0.,1.,1.,1.,1.,1.,1.,1.,1.,0.,3883P 2253
-912.10699,744.65399,0.,-912.69482,744.61395,0.,-914.01208, 3883P 2254
744.52753,0.,-915.29333,744.44391,0.,1.,0.,0.,0.; 3883P 2255
上式表示樣條函式及基函式都為3階,非平面開曲線,多項式非周期曲線,權值均為1,N=K-M+1=1,A=2M+N=7。
有理B樣條曲線也可以表示一個優選的曲線類型,其類型由目錄條目段中的格式參數確定,如3表示橢圓弧,2表示圓弧等。
3 IGES存在問題及解決辦法
IGES目前已發展到V5.3版,每一版本的功能都有所加強,壓縮了數據格式、擴充了元素範圍、擴大了宏指令功能、完善了使用說明等,可以支持產品造型中的邊界表示和結構的實體幾何表示,並在國際上絕大多數商品化CAD/CAM系統中採用。因此,在實際工作中,由CAD/CAM系統的數據格式轉換成IGES格式時,一般都不會產生問題;而由IGES格式轉換成CAD/CAM系統的數據格式時常會出現問題,下面介紹幾種經常發生的問題及解決辦法:
⑴變換過程中經常會發生錯誤或數據丟失現象,最差的情況是因一個或幾個實體無法轉換,使整個圖形都無法轉換。如僅因一個B樣條曲線無法轉換,導致全部不能轉換。這時可通過另一個CAD/CAM系統來進行轉換,如欲把某IGES檔案轉換成CATIA,可先把該IGES檔案轉換成UGⅡ,再通過UGⅡ的IGES轉換器轉換成IGES格式,然後經CATIA的後處理器轉換成CATIA的數據格式。
⑵在轉換數據的過程中經常發生某個或某幾個小曲面丟失的情況,這時可利用原有曲面邊界重新生成曲面;但當子圖形丟失太多時,則可通過前述第一種類似方式進行轉換。
⑶某些小曲面(Face)在轉換過程中變成大曲面(Surface),此時可對曲面進行裁剪。