说明书一种三维钢筋模型示意图的绘制方法
技术领域
本发明涉及计算机辅助设计技术、三维信息化模型技术以及三维成图技术， 尤其是一种三维钢筋模型示意图的绘制方法。适用于需要使用钢筋混凝土结构 的可采用三维设计的土木工程行业，包括水利水电建设、工民建、路桥、还包 括电厂建设、港口建设、风机基础等行业。
背景技术
当前，随着计算机技术在水利水电建设行业内的应用越来越广泛和深入， 三维设计的概念也被越来越多的提及。在水电站的厂房以混凝土结构为主，厂 房(结构)专业为龙头专业，一般一个中型项目工厂部分图纸量在1000张左右， 厂房(结构)专业近500多张，占一半左右，其中又以钢筋图居多，在300张 左右，占整个工程图纸总量的1/3。传统的设计方法是在二维CAD中依赖自己 的空间想象能力进行配筋设计、手动绘图、通过EXCEL表格统计钢筋量，校审 时人员需要根据画出的钢筋图纸将整个钢筋量重新计算一遍，工作量异常巨大， 已经难以满足实际的厂房专业的钢筋图生产需要，因此，三维配筋技术便在这 种需求下诞生了，得益于计算机软硬件的飞速发展和三维设计研究与应用的深 入，也逐渐被真正的应用于工程中。
三维配筋技术运用的前提是要有三维的实体结构模型，然后再运用计算机 技术，在设计规范的要求下，结合设计人员或者钢筋计算软件给出的配筋参数， 包括钢筋的等级、直径、间距和其他布置要求，直接在三维实体结构模型中生 成三维钢筋模型的设计方法。当三维的钢筋模型生成后，可以直接统计出钢筋 表和材料表，并且可以通过切图的方式抽出任意断面的钢筋图。
在钢筋表中，需要提供每一种形式的钢筋的示意图，当前已经有的方法是 通过枚举的方法预先定义好每种样式钢筋的示意图，提取三维钢筋示意图时， 将三维钢筋与定义好的样式进行匹配。但由于大体积模型中真实钢筋的复杂性， 这种方法工作量太大且不可能预先枚举出所有的样式。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种三维钢筋模 型示意图的绘制方法，以绘制任意形状三维钢筋模型示意图。
本发明所采用的技术方案是：一种三维钢筋模型示意图的绘制方法，其特 征在于步骤如下：
A、钢筋模型信息提取，用于读取三维钢筋模型的工程属性和空间几何信息， 模型的空间几何信息包括模型的分段数量和分段几何属性，分段几何属性是指 分段的类型、几何尺寸和控制参数，分段类型包括线段、圆弧、椭圆弧和样条 曲线；
B、几何数据变换，将原三维的几何数据通过坐标平移变换和坐标旋转变换 转换为更易在图纸上表达的二维或一维几何数据；
C、几何数据修正，对经变换后的二维或一维几何数据依次进行整体缩放和 分段调整；
整体缩放，将三维钢筋模型的二维或一维几何数据整体缩放到预定大小，在 整体缩放过程中模型各段的比例保持不变；
分段调整，对每一个分段单独进行缩放调整，使过小的分段示意线放大至易 于辨识线段类型和标注线段尺寸，以及使过长的分段示意线缩小至易于钢筋示 意图在钢筋表中的排版和整体美观；
D、绘制钢筋示意图，进行每一组钢筋示意图的绘制，每一组钢筋示意图绘 制包括钢筋示意线和信息标注两部分，其中钢筋示意线为步骤C所得的二维或 一维几何数据，信息标注为步骤A中三维钢筋模型的工程属性和模型分段的几 何尺寸；
将钢筋示意线和信息标注录入相应单元格，得到钢筋报表。
所述步骤C整体缩放，首先获取二维或一维几何数据所有控制点所在的区 域大小，然后将该区域的大小与目标区域大小进行对比，获取一个比例因子， 通过该比例因子缩放所有的控制点；所述目标区域大小为钢筋报表中放置钢筋 示意图的单元格大小。
所述步骤C分段调整，获取每个分段的长度与设定的限定值Ⅰ和限定值Ⅱ 对比，限定值Ⅱ大于限定值Ⅰ，分段长度小于限定值Ⅰ的根据其与限定值Ⅰ的 比例因子进行调整，至其长度大于限定值Ⅰ；分段长度大于限定值Ⅱ的根据其 与限定值Ⅱ的比例因子进行调整，至其长度小于限定值Ⅱ。
本发明的有益效果是：本发明使计算机能够将采用三维设计形成的分布在 实体模型空间中的任意形状的三维钢筋模型转化为二维的示意图，进而形成一 张报表或图纸，并通过整体缩放和分段调整将三维设计的模型成果转换为最终 图纸，解决三维设计与实际生产结合的问题。
附图说明
图1为本发明的方法的流程图。
图2为一组钢筋样式的几何信息记录结构。
图3为某水电工程机组蜗壳层及以下外围钢筋模型展示。
图4为实施例一中三维钢筋模型展示。
图5为实施例一中分段缩放调整过程。
图6为实施例一中生成的钢筋示意图展示。
图7为实施例二中三维钢筋模型展示。
图8为实施例二中生成的钢筋示意图展示。
图9为某水电工程机组蜗壳层及以下外围钢筋模型提取的部分钢筋报表展 示。
具体实施方式
采用三维配筋技术生成某水电工程机组蜗壳层及以下外围钢筋模型中包含 了近万根大体积钢筋，钢筋样式上百种，如图3所示。生成钢筋报表时需要提 取出这上百种钢筋样式的示意图，本实例选取两种典型样式，结合附图来对本 发明技术方案进行详细说明。
如图1所示，本发明技术方案包括钢筋模型信息提取、几何数据变换、几 何数据修正、绘制钢筋示意图四个主要过程。
A、钢筋模型信息提取，用于读取三维钢筋模型的工程属性和空间几何信息。 所述的工程属性是指三维模型所代表的工程意义以及模型本身被设计人员赋予 的与工程相关的属性。模型的空间几何信息包括模型的分段数量和分段几何属 性，分段几何属性是指分段的类型、几何尺寸和控制参数，类型包括线段、圆 弧、椭圆弧和样条曲线，不同分段类型的几何属性的内容也不同：①直线段的 几何属性包括线段长度、两端点坐标和法向量；②圆弧段的几何属性包括圆心 点坐标、半径、弧长、圆心角、法向量、圆弧起始角度和圆弧终止角度；③椭 圆弧段的几何属性包括焦点坐标、长轴长度、短轴长度、圆心角和弧长、法向 量、起始角度和终止角度；④样条曲线的几何属性为曲线端点坐标、曲线长度、 沿曲线分布的多个点坐标。
B、几何数据变换，将原三维的几何数据转换为更易在图纸上表达的二维或 一维几何数据，包括坐标平移变换和坐标旋转变换两部分：①所述的坐标平移 变换是指将在三维空间中任意位置的钢筋模型控制点的坐标平移至图纸坐标原 点附近，该过程的变换矩阵是3 X 1的平移矩阵；②所述的坐标旋转变换指以三 维钢筋模型上一控制点为基准点，通过旋转一定角度，将三维空间中任意角度 的钢筋模型数据旋转至图纸平面上，该过程的变换矩阵是3 X 3的旋转矩阵。
C、几何数据修正，对经过变换后的二维或一维几何数据进行修正，包括整 体缩放和分段调整两个部分。①所述的整体缩放，是根据钢筋示意图宽度要求， 将三维钢筋模型的几何数据整体缩放到预定大小，在整体缩放过程中模型各段 的比例保持不变；②所述的分段调整，是根据钢筋示意图标准化和美观性要求， 对不满足要求的分段示意线单独进行缩放调整，使过小的分段示意线放大后易 于辨识线段类型和标注线段尺寸，以及使过长的分段示意线缩小后易于钢筋示 意图在钢筋表中的排版和整体美观。
D、绘制钢筋示意图，按照钢筋表排版要求进行每一组钢筋示意图的绘制， 每一组钢筋示意图绘制包括钢筋示意线和信息标注两部分。①所述的钢筋示意 线，是依据步骤C几何数据修正过程处理后的二维或一维几何数据，绘制生成 的钢筋示意图的图形部分；②所述的信息标注，是将步骤A钢筋模型信息提取 过程中提取的三维钢筋模型的工程属性和模型分段的几何尺寸信息，作为文字 内容标注在示意线的对应分段上。
将钢筋示意线和信息标注录入相应单元格，得到钢筋报表。
本发明的具体过程和实施方式如下：
实施例一：机组蜗壳层及以下外围模型尾水管出口处的城门洞样式钢筋，三 维钢筋模型如图4所示。
A、钢筋模型信息提取：首先提取出三维钢筋模型的工程属性和空间几何信 息。工程属性是指三维模型所代表的工程意义以及模型本身被设计人员赋予的 与工程相关的属性，在该实施例中，模型工程属性包括钢筋类别、等级、直径、 间距、钢筋编号、钢筋所在高程、钢筋所在面。
模型的空间几何信息包括模型的分段数量和分段几何属性，分段几何属性是 指分段的类型、几何尺寸和控制参数，分段类型包括线段、圆弧、椭圆弧和样 条曲线。在本实施例中，钢筋模型可以被分为五段，分段类型分别为线段、线 段、圆弧、线段、线段。各段的几何尺寸和控制参数如图2所示：线段的几何 尺寸包括线段长度，控制参数包括线段端点坐标和法向量；圆弧的几何尺寸包 括半径、弧长和圆心角，控制参数包括圆弧法向量、圆心点坐标、圆弧起始角 度和圆弧终止角度。
B、几何数据变换：将原三维的几何数据转换为更易在图纸上表达的二维或 一维几何数据，步骤A过程中提取出的三维钢筋的控制点是空间点，是无法直 接画到图纸上的，该过程把原三维钢筋的控制点坐标转换为二维坐标，转换后 的所有控制点Z坐标为0。几何数据变换包括坐标平移变换和坐标的旋转变换两 部分：坐标平移变换是指将在三维空间中任意位置的钢筋模型控制点的坐标平 移至图纸坐标原点附近，该过程的变换矩阵是3 X 1的平移矩阵；坐标旋转变换 指以三维钢筋模型上一控制点为基准点，通过旋转一定角度，将三维空间中任 意角度的钢筋模型数据旋转至图纸平面上，该过程的变换矩阵是3 X 3的旋转矩 阵。
一般来说，钢筋虽然分布在三维空间中，但依然属于平面对象，即钢筋的每 个分段在同一个平面上。系统通过钢筋的所有控制点，自动提取出钢筋所在的 平面，以控制点的起点为原点，钢筋最长段的法向为X轴建立局部坐标系，然 后将所有的三维控制点坐标通过原点平移和坐标轴旋转转换到刚刚建立的局部 坐标系中。
C、几何数据修正：对经过变换后的几何数据进行修正，使绘制的示意图符 合出图标准。几何数据修正分为整体缩放和分段调整两个部分。整体缩放过程 将按照实际工程尺寸建立的钢筋模型缩放到图纸预定大小，在整体缩放过程中， 模型各段的缩放比例相同；分段调整指对每一个分段单独进行缩放调整，保证 调整后的每一段图形的尺寸都在合理的范围内，不至于过大或过小，在该过程 中，模型各段的比例关系会有所变化。
执行整体缩放，首先获取二维或一维几何数据所有控制点所在的区域大小， 然后将该区域的大小与目标区域大小(一般来说是钢筋报表的放置示意图的单 元格大小)进行比对，获得一个比例因子，通过该比例因子缩放所有的控制点。
执行分段调整，每个分段的长度与设定的限定值Ⅰ和限定值Ⅱ对比，限定值 Ⅱ大于限定值Ⅰ，分段长度小于限定值Ⅰ的根据其与限定值Ⅰ的比例因子进行 调整，至其长度大于限定值Ⅰ；分段长度大于限定值Ⅱ的根据其与限定值Ⅱ的 比例因子进行调整，至其长度小于限定值Ⅱ。本实施例中钢筋模型第一、第五 段太短，如果完全按照三维钢筋各段的原始比例来绘制示意图，会造成钢筋示 意图的第一、第五段长度太小以至于无法写下标注文字，因此还需要对第一、 第三段进行单独放大，保证每一段的最小长度不小于某一个限定值，且能够写 下该段的尺寸标注文字。调整后，模型第二段和第四段较长，虽然不影响示意 图信息表达，但是会使生成的示意图占用更多的钢筋表空间，影响美观，因此 还需要对第二、第四段进行单独缩放，保证既能够写下该段的尺寸标注文字， 有不至于太长而影响美观性，分段调整的过程如图5所示。
D、绘制钢筋示意图：钢筋示意图绘制包括钢筋示意线和信息标注两部分。 钢筋示意线是依据步骤C过程处理后的二维或一维数几何据，绘制生成的钢筋 示意图的图形部分；信息标注是将步骤A过程中提取的三维钢筋模型的工程属 性和模型分段的几何尺寸信息，作为文字内容标注在示意线的对应分段上。最 终生成的钢筋示意图如图6所示。
实施例二：机组蜗壳层及以下外围模型顶部的三段样式钢筋，钢筋样式如图 7所示。
A、钢筋模型信息提取：首先提取出三维钢筋模型的工程属性和几何信息。 工程属性是指三维模型所代表的工程意义以及模型本身被设计人员赋予的与工 程相关的属性，在该实施例中，模型工程属性包括钢筋类别、等级、直径、间 距、钢筋编号、钢筋所在高程、钢筋所在面。
在本实施例中，钢筋模型可以被分为三段，三个分段类型都是线段，尺寸分 别为1130、15315～16150(△＝60)、1130，单位mm。三段控制参数均为起止点坐 标和线段法向量。
第一分段的控制参数控制参数为：
[StartPoint(-53109.0000,-8800.0100,87673.0000)]
[EndPoint(-53109.0000,-8800.0100,88799.0000)]
[Vector(0,0,1)]
第二分段的控制参数控制参数为：
[StartPoint(-53109.0000,-8800.0100,88799.0000)]
[EndPoint(-37851.0000,-8800.0100,88799.0000)]
[Vector(1,0,0)]
第三分段的控制参数控制参数为：
[StartPoint(-37851.0000,-8800.0100,88799.0000)]
[EndPoint(-37851.0000,-8800.0100,87673.0000)]
[Vector(0,0,-1)]。
B、几何数据变换：将原三维的几何数据转换为更易在图纸上表达的二维或 一维数据，步骤A过程中提取出的三维钢筋的控制点是空间点，是无法直接画 到图纸上的，该过程把原三维的控制点坐标转换为二维坐标，转换后的所有控 制点Z坐标为0。几何数据变换包括坐标平移变换和坐标的旋转变换两部分：坐 标平移变换是指将在三维空间中任意位置的钢筋模型控制点的坐标平移至图纸 坐标原点附近，该过程的变换矩阵是1 X 3的平移矩阵；坐标旋转变换指以三维 钢筋模型上一控制点为基准点，通过旋转一定角度，将三维空间中任意角度的 钢筋模型数据旋转至图纸平面上，该过程的变换矩阵是3 X 3的旋转矩阵。
一般来说，钢筋虽然分布在三维空间中，但依然属于平面对象，即钢筋的各 段在同一个平面上。系统通过钢筋的所有控制点，自动提取出钢筋所在的平面， 以控制点的起点为原点，钢筋最长段的法向为X轴建立局部坐标系，然后将所 有的三维控制点坐标通过原点平移和坐标轴旋转转换到刚刚建立的局部坐标系 中。
在本实施例中，平移矩阵为：
|53109.0000 8800.0100 -87673.0000|
旋转矩阵为：
|1.0000 0.0000 0.0000|
|0.0000 0.0000 1.0000|
|0.0000 1.0000 0.0000|。
C、几何数据修正：对经过变换后的几何数据进行修正，使绘制的示意图符 合出图标准。几何数据修正分为整体缩放和分段调整两个部分。整体缩放过程 将按照实际工程尺寸建立的钢筋模型缩放到图纸预定大小，在整体缩放过程中， 模型各个分段的缩放比例相同；分段调整指对每一个分段单独进行缩放调整， 保证调整后的每一段图形的尺寸都在合理的范围内，不至于过大或过小，在该 过程中，模型各段的比例关系会有所变化。
执行整体缩放，首先获取所有控制点所在的区域大小，然后将该区域的大小 与目标区域大小(一般来说是钢筋报表的放置示意图的单元格大小)，进行比对， 获得一个比例因子，通过该比例因子缩放所有的控制点；
执行分段调整，每个分段的长度与设定的限定值Ⅰ和限定值Ⅱ对比，限定值 Ⅱ大于限定值Ⅰ，分段长度小于限定值Ⅰ的根据其与限定值Ⅰ的比例因子进行 调整，至其长度大于限定值Ⅰ；分段长度大于限定值Ⅱ的根据其与限定值Ⅱ的 比例因子进行调整，至其长度小于限定值Ⅰ。本实施例中钢筋模型第二段太长， 如果完全按照三维钢筋各段的原始比例来绘制示意图，会造成钢筋示意图的第 一、第三段太短以至于完全无法看到，因此还需要对第一、第三段进行单独缩 放，保证每一段的最小长度不小于某一个限定值，且能够写下该段的尺寸标注 文字；
经过数据变换和缩放后，模型各段的控制参数如下：
第一分段的控制参数控制参数为：
[StartPoint(0.0000,0.0000,0.0000)]
[EndPoint(0.0000,10.0000,0.0000)]
[Vector(0,1,0)]
第二分段的控制参数控制参数为：
[StartPoint(0.0000,10.0000,0.0000)]
[EndPoint(24.0000,10.0000,0.0000)]
[Vector(1,0,0)]
第三分段的控制参数控制参数为：
[StartPoint(24.0000,10.0000,0.0000)]
[EndPoint(24.0000,0.0000,0.0000)]
[Vector(0,-1,0)]。
D、绘制钢筋示意图：钢筋示意图绘制包括钢筋示意线和信息标注两部分。 钢筋示意线是依据步骤C过程处理后的二维或一维几何数据，绘制生成的钢筋 示意图的图形部分；信息标注是将步骤A过程中提取的三维钢筋模型的工程属 性和模型分段的几何尺寸信息，作为文字内容标注在示意线的对应分段上。最 终生成钢筋示意图，如图8所示。
图9为某水电工程机组蜗壳层及以下外围钢筋模型提取的部分钢筋报表展 示，由各个分段的钢筋示意线和信息标注录入相应的单元格中形成。