行李处理系统设计中三维模型的研究

摘要：该文将研究行李处理系统设计中的三维模型，对比实体模型、网格模型、线框模型在BHS设计过程中的优缺点，找到满足BHS设计要求的三维模型类型及三维建模方法。

关键词：行李处理系统；三维建模；三维动态模块；网格模型；三维转二维

中图分类号：TP303 文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)10-2366-02

Research on 3D Model in Design of Baggage Handling System

WU Xiao-peng

(China IPPR International Engineering Corporation, Beijing 100089, China)

Abstract: With research on the 3D model in design of baggage handling system, I compare among solid model, mesh model and wireframe model. Finally, I find proper 3d model type and modeling methods to meet requirements of design of baggage handling system.

Key words: BHS; 3D modeling; 3d dynamic model; mesh model; 3D to 2D conversion

国内行李处理系统（下文简称BHS）设计起步较晚，在浦东T1航站楼行李处理系统设计之前,基本由国外设计单位垄断。国外设计单位用三维设计技术对BHS进行设计，他们自己研发了参数化的三维设计软件，在使用过程中，只需要简单地输入参数，就可以完成和修改BHS中的三维单体设备模型和三维系统模型。国内设计单位一般采用通用的CAD绘图软件，如AutoCAD等，完成和修改BHS三维模型。

本文将研究行李处理系统设计中的三维模型，对比实体模型、网格模型、线框模型在BHS设计过程中的优缺点，找到满足BHS设计要求的三维模型类型及三维建模方法。

1 BHS设备分类

BHS由若干不同的皮带输送设备、分拣设备、转盘和安检设备组成。部分设备的尺寸是经常变化的，如水平输送机、转盘、倾斜输送机、滑槽等；其他设备的尺寸一般是不变化的，是严格按照工艺要求选取的固定数值，如值机输送机、转弯输送机、排队输送机、水平分流器、垂直分流器、安检设备等。

为了行文的方便，将尺寸经常变化的设备定义为订制设备，将尺寸不变化的设备定义为通用设备。

2 BHS设计过程

BHS设计过程主要有概论设计、初步设计、深化设计阶段。

概念设计阶段，根据航站楼总体规划、可研、业主要求，主要完成BHS的流量计算、功能需求分析、BHS原理图。

初步设计阶段，主要完成BHS三维建模和BHS布置图，提供的设计图纸有：立体示意图、总布置图、各相关建筑平面布置图、行李房交通组织图、子系统各输送线三视图、典型剖面图等。

深化设计阶段，主要调整初步设计阶段的图纸，并提供载荷图、墙洞图、楼板开洞图、设备基础图等。

在BHS设计出图时，为了反映BHS设备错综复杂的空间布置，会对三维模型进行消隐处理。

原始的电子设计图纸中有完整的系统三维模型，包含了详细的工艺数据。在对外提供电子设计图纸时，为了保护工艺数据，出于保密性的需要，通常将原始电子设计图纸中的三维模型转换为二维模型，删除图纸中的设备属性。

3 BHS三维建模

在BHS三维建模过程中，建立每个设备的单体三维模型，并将单体三维模型放置到正确的空间位置，用若干单体三维模型建立BHS系统三维模型，国内某机场BHS三维模型如图1所示。

设备的单体三维模型中包含设备编号、设备名称、长度、皮带宽度、速度、功率、角度等属性信息。这些属性信息有利于统计设备数量、长度、电功率和投资预算。

4 三维模型对比

在BHS设计过程中，采用三维设计的方法，使用AutoCAD软件建立三维模型。为了快速完成BHS的三维建模，关于AutoCAD的几种三维模型，我进行了对比研究。

在AutoCAD中，三维模型一共有3种，分别是线框模型、网格模型和实体模型。3种不同的三维模型在显示效果、三维造型难度、系统建模、三维模型的转换等方面有各自的优缺点。

4.1 显示效果

在BHS设计过程中，使用到的三维模型显示效果主要有：三维浏览、消隐和渲染。通过三维浏览，可以很方便的观察三维模型的构造；通过消隐操作，可以直观地了解三维模型各部分在多视角下的空间关系；通过渲染操作，可以制作美观的效果图。

线框、网格和实体模型在显示效果方面有明显差异，如表1所示。

三维线框模型只能显示特定视角的三维效果，经过三维旋转后，其特定视角的三维效果被破坏。由于线框模型由线条组成，没有消隐和渲染效果。

通过显示效果对比，我认为BHS三维建模应采用网格或实体模型。

4.2 三维造型难度

利用AutoCAD软件建立单体设备的三维模型。三维实体模型和网格模型的对比，如表2所示。

在AutoCAD软件中，建立三维实体模型的方法主要有拉伸、旋转、扫掠、布尔运算等，建立三维网格模型的方法主要有平移、旋转、拉伸顶点等。

实体模型由封闭的面组成，而采用平移、旋转方法建立的网格模型不是由封闭的面组成，需要用额外的面来产生封闭的效果。

对于曲面的显示效果，实体模型比网格模型好。在网格模型中，曲面被分割为若干网格，其网格密度越大，显示效果越好，但是达不到实体模型中曲面的显示效果。

对于三维螺旋曲面的建模，使用扫掠的方法（在AutoCAD2007及之后的版本中）建立相应的实体模型，没有找到简单的方法建立相应的网格模型。

通过三维造型难度对比，我认为BHS三维建模应采用实体模型。

4.3 系统建模

BHS系统建模时，直接使用单体设备的三维模型图块，在AutoCAD的建筑空间中布置所有单体设备，从而形成BHS三维模型。

BHS中的通用设备的尺寸是固定的，在BHS系统建模过程中，直接使用单体通用设备图块，不对图块进行任何修改。

BHS中的定制设备的若干尺寸是变化的，如直线输送机的长度、倾斜输送机的角度和长度等。如果每个定制设备都建立相应的设备图块，创建设备图块的工作量就会很大，而且大部分创建过程都是重复性的劳动，所以应该创建典型的定制设备图块，并在这些典型图块的基础上，改变典型图块的某些参数，创建新的单体设备图块。

数量最多的定制设备是水平输送机，其次是值机输送机，这些定制设备的尺寸只是在长度方向上发生了变化。经过研究发现，三维图块在X/Y/Z方向的缩放可以反映图块在对应单一方向上尺寸的变化，三维图块缩放会导致三维模型的部分细节变形，如驱动、皮带滚筒、皮带水平间隙等，如图2所示。

其他定制设备的尺寸变化不是单一的，如倾滑槽的长度和倾斜角度、斜输送机的长度和倾斜角度、O/L/T/U型转盘的形状等。经过研究发现，三维网格图块的顶点可以任意方向拉伸，网格顶点的拉伸可以反映图块在对应多方向上尺寸变化。

BHS系统建模过程中，单体设备可以采用不缩放的网格图块、不缩放的实体图块、缩放的网格图块、缩放的实体图块、拉伸顶点的网格图块，5类图块在最大限度反映设备真实外观的前提下进行对比，对比如表3所示。

通过系统建模对比，我认为：BHS中通用设备应采用三维实体图块，定制设备应采用三维网格图块；采用拉伸网格顶点的方法修改定制设备的三维图块。

4.4 三维图纸的转换

BHS设计时，使用AUTOCAD软件进行三维建模，在AUTOCAD布局空间中出图。为了保护工艺设计的有关数据，需要将BHS三维图纸转为二维图纸，保持原三维模型的出图效果。经过研究，发现以下5种转换方法：

1）打印为DXB文件，使用DXBIN命令载入DXB文件。

2）使用FLATTEN命令。

3）使用SOLPROF命令。

4）使用SOLVIEW和SOLDRAW命令。

5）使用FLATSHOT命令（AutoCAD 2007及以后版本）

BHS的5类单体模型可以使用的转换方法如表4所示。

从表4中不难发现：方法1适用所有类型的单体模型，方法2不适用实体图块缩放类的单体模型，方法3～5只适用实体图块类的单体模型。

BHS原始设计图纸中反映了设备和建筑的消隐效果，但是三维图纸转二维图纸后，所有的面和实体都变成了线，二维图纸无法形成设备和建筑的消隐效果。表5中的消隐指的是BHS设备间的消隐。5种三维转二维方法的转换效果对比如表5所示。

从表5中不难发现：方法3～5的转换效果是一致的。

通过三维模型的转换对比，我认为：BHS三维建模时，首先按三维转二维的转换效果确定转换方法，然后选出适用该方法的工作量最小的单体模型类别，最后建立单体模型形成的系统模型。

5 结论

BHS设计中的主要工作是系统建模，次要工作是三维图纸转二维图纸，工作量最大的工作是单体设备建模，所以应该抓主要工作，从减轻工作量的角度出发，选择合适的单体模型类别。

综上所述，在BHS三维建模过程中，我认为：BHS中通用设备应采用三维实体图块，定制设备应采用三维网格图块；修改定制设备的三维图块时，采用拉伸网格顶点的方法。