[发明专利]基于集成机构的三维虚拟空间的机械设计方法

说明书

技术领域  本发明属于机械设计技术领域，具体涉及一种基于集成机构的三维虚拟空间的机械设计方法，这种方法通过安装在计算机中的三维虚拟机械设计系统来实现。

背景技术  任何一种机械设计技术都是对设计者构思形象的捕捉、显示和表达。设计者必须遵照机械设计原理，首先在大脑中构思出若干基本机械机构组成的、有相对确定运动的三维机械形象；其次要将其中若干固定构件、主动构件与从动构件以及连接它们的若干运动副，在纸面上绘制成机械运动二维简图并且校核其自由度；第三要按国家标准在图纸上绘制该机械二维的零件图；第四要绘制该机械二维的装配图；第五要按零件图加工出零构件；第六要按装配图将零构件组装成机械；第七要对机械实施运行调试；最后要返回平面图纸进行修改，——直至定型。在这个设计过程中，机械构思与机械实现是三维的，而设计图样要在平面图纸上绘制成二维的。因为支撑视图设计的西传画法几何本身就是研究投影几何的规律：教人们如何将空间形体以视图形式科学而准确地画在纸面所在的二维投影面上，同时又教人们如何从纸面若干二维的投影视图想像成三维空间的形体。这种制图技术、特别是识图技术，即按投影规律从三维到二维，又从二维返三维的形象思维，困扰着不少的机械工人甚至机械设计人员，阻碍和制约着机械设计及其加工行业的快速发展。实际上中国古代工匠并没有像上述设计过程那样绕圈，就是在纸上直接画立体图，但所画立体图不符合现代投影几何规则，有点像国画白描技法，其勾勒线条对空间立体的描绘既不准确，也不清晰。工程制图也可以按投影几何方法画三维坐标轴测图，由于画起来比较麻烦，而且在立体图上标注尺寸又不够清晰，因此在机械设计图纸上很少采用。

当代计算机技术的飞速发展，特别是高效率、高精度的数字编码以及缩解算法，支持着数字图像技术水平不断提高，为高分辨率数字图像在计算机上实时显示、转换、存储等功能，提供了可持续发展的先决条件。各种各样的工具软件，例如AutoCAD，CAXA，3DMAX、MAYA等等，都是基于数字图像技术所进行的数字图像的绘制、处理、分析、识别、构建等过程，其实质是对二、三维数字图像信号的各种运算。这些算法语言的程序，支持各样线型在计算机视频勾画零件轮廓，支持各级色调填充零件封闭轮廓的区域，或在二维坐标平面勾绘零件的视图，或在三维坐标空间勾绘零件的轴测图，并加以消隐和渲染；有的可以将零件的视图、轴测图连同坐标一起移动、旋转或尺度伸缩；如果将时间也作为图像空间信号的另一个变元，则零构件及其整体机械的静像可以变成移动或旋转的动画，以上这些数字图像绘制、处理、分析、识别、构建等技术，为本发明——基于集成机构的三维虚拟空间的机械设计方法奠定了基础。