一种产品模型的轻量化处理方法及装置技术领域
本发明涉及产品数字化模型技术领域，尤其涉及一种产品模型的轻量化处理方法
及装置。
背景技术
随着三维CAD技术在产品设计中的应用日益深入，CAD系统能够进行复杂三维模型
的能力越来越强，但是也同时带来一个问题，即：大型复杂CAD装配模型处理的速度问题。复
杂产品往往由成千上万的零部件构成，要在计算机中构建产品整机完整的装配模型，其所
需处理的模型数据量非常庞大，处理时需要耗费的时间非常长。按照现有的计算机处理能
力，对于复杂产品而言，打开一个整机装配模型的时间往往需要十几分钟、甚至数十分钟的
时间。这极大地降低了复杂产品整机装配模型构建以及在整机装配模型上进行诸如布线、
布管、爆炸图制作、机构运动分析、动画制作、球标图制作等各种应用的工作效率。
提高CAD模型的处理速度的最有效的办法是对其进行轻量化处理。也就是说，在模
型外观不变或者相似的，用简单模型代替复杂模型。目前常用的CAD模型轻量化实现途径有
三种：一是基于三角网格的模型轻量化技术，即:采用三角面片技术来近似表述模型几何形
状，是一种非精确的模型表达方式。二是基于细小特征抑制的模型轻量化技术，即：通过识
别、去除模型中的细小特征，以此简化模型。三是基于LOD的模型轻量化技术，即：根据模型
显示层级不同，控制模型显示细节，以此达到简化模型的目的。
但是上述三种方法都无法适用于产品整机装配模型的简化需求：
一、模型精度无法满足需求。上述轻量化技术都是用近似模型代替原模型，在模型
表达精度上不能满足工模模型的表达需求。
二、层级控制的角度不同。LOD技术主要是从显示的角度进行层级控制，而产品装
配模型更需要从装配的角度进行层级控制。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的一个技术问题是提供一种产品模型的轻量化处理方
法，能够进行去特征处理。
一种产品模型的轻量化处理方法，包括：分析产品模型并获取所述产品模型的特
征集合；根据预设的轻量化策略确定所述特征集合中的可删除特征；将所述可删除特征删
除、并保留所述产品模型的几何结构特征和尺寸特征，生成与所述产品模型具有相同外形
结构的产品轻量化模型。
根据本发明的一个实施例，进一步的，包括：提取零件模型的特征集合，包括：零件
特征、装配特征和设计特征；删除所述零件特征、所述装配特征，并保留所述零件特征中的
几何结构特征和尺寸特征，生成与所述零件模型具有相同外形结构的零件轻量化模型。
根据本发明的一个实施例，进一步的，获取组成组件模型的多个零件模型的特征
集合，包括：零件特征、装配特征和设计特征；分别删除需要进行轻量化处理的零件模型的
所述零件特征、所述装配特征，并保留所述零件特征中的几何结构特征和尺寸特征，生成与
所述多个零件模型具有相同外形结构的多个零件轻量化模型；基于所述组件模型的拓扑结
构将所述多个零件轻量化模型融合为整体,并记录所述多个零件轻量化模型之间的融合特
征,生成组件轻量化模型。
根据本发明的一个实施例，进一步的，将整机模型分割为多个零件模型或组件模
型；分别生成与所述多个零件模型或组件模型相对应的多个零件轻量化模型或组件轻量化
模型；基于所述整机模型的拓扑结构将所述多个零件轻量化模型或组件轻量化模型融合,
并记录所述多个零件轻量化模型之间的融合特征,生成整机轻量化模型。
根据本发明的一个实施例，进一步的，获取组成整机模型或组件模型的多个零件
模型；分别提取所述多个零件模型的特征集合，包括：零件特征、装配特征和设计特征；分别
删除需要进行轻量化处理的零件模型的所述零件特征、所述装配特征，并保留所述零件特
征中的几何结构特征和尺寸特征，生成与所述多个零件模型具有相同外形结构的多个零件
轻量化模型；基于所述整机模型或组件模型的拓扑结构将所述多个零件轻量化模型装配为
整体,并记录所述多个零件轻量化模型之间的装配特征,生成轻量化的整机模型或组件模
型。
根据本发明的一个实施例，进一步的，根据接收到的分解显示的指令，将组成所述
轻量化的整机模型或组件模型的多个零件轻量化模型拆分并显示；根据接收到的融合显示
的指令，将组成所述轻量化的整机模型或组件模型的多个零件轻量化模型组合为整体并显
示。
根据本发明的一个实施例，进一步的，所述零件模型、所述组件模型、所述整机模
型、所述零件轻量化模型、所述组件轻量化模型、所述整机轻量化模型都为三维模型。
一种产品模型的轻量化处理装置，包括：模型特征获取单元，用于分析产品模型并
获取所述产品模型的特征集合；冗余特征确定单元，用于根据预设的轻量化策略确定所述
特征集合中的可删除特征；轻量模型生成单元，用于将所述可删除特征删除、并保留所述产
品模型的几何结构特征和尺寸特征，生成与所述产品模型具有相同外形结构的产品轻量化
模型。
根据本发明的一个实施例，进一步的，所述模型特征获取单元，还用于提取零件模
型的特征集合，包括：零件特征、装配特征和设计特征；所述冗余特征确定单元，还用于删除
所述零件特征、所述装配特征，并保留所述零件特征中的几何结构特征和尺寸特征；所述轻
量模型生成单元，还用于生成与所述零件模型具有相同外形结构的零件轻量化模型。
根据本发明的一个实施例，进一步的，所述模型特征获取单元，还用于获取组成组
件模型的多个零件模型的特征集合，包括：零件特征、装配特征和设计特征；所述冗余特征
确定单元，还用于分别删除需要进行轻量化处理的零件模型的所述零件特征、所述装配特
征，并保留所述零件特征中的几何结构特征和尺寸特征；所述轻量模型生成单元，还用于生
成与所述多个零件模型具有相同外形结构的多个零件轻量化模型；基于所述组件模型的拓
扑结构将所述多个零件轻量化模型融合为整体,并记录所述多个零件轻量化模型之间的融
合特征,生成组件轻量化模型。
根据本发明的一个实施例，进一步的，包括：整机模型分解单元，用于将整机模型
分割为多个零件模型或组件模型；所述轻量模型生成单元，还用于分别生成与所述多个零
件模型或组件模型相对应的多个零件轻量化模型或组件轻量化模型；基于所述整机模型的
拓扑结构将所述多个零件轻量化模型或组件轻量化模型融合,并记录所述多个零件轻量化
模型之间的融合特征,生成整机轻量化模型。
根据本发明的一个实施例，进一步的，所述整机模型分解单元，还用于获取组成整
机模型或组件模型的多个零件模型；所述模型特征获取单元，还用于分别提取所述多个零
件模型的特征集合，包括：零件特征、装配特征和设计特征；所述冗余特征确定单元，还用于
分别删除需要进行轻量化处理的零件模型的所述零件特征、所述装配特征，并保留所述零
件特征中的几何结构特征和尺寸特征；所述的轻量化处理装置还包括：装配模型生成单元，
用于生成与所述多个零件模型具有相同外形结构的多个零件轻量化模型；基于所述整机模
型或组件模型的拓扑结构将所述多个零件轻量化模型装配为整体,并记录所述多个零件轻
量化模型之间的装配特征,生成轻量化的整机模型或组件模型。
根据本发明的一个实施例，进一步的，模型显示单元，用于根据接收到的分解显示
的指令，将组成所述轻量化的整机模型或组件模型的多个零件轻量化模型拆分并显示；根
据接收到的融合显示的指令，将组成所述轻量化的整机模型或组件模型的多个零件轻量化
模型组合为整体并显示。
本发明的产品模型的轻量化处理方法及装置，能够进行去特征处理，只保留最终
的边界模型结构，并能够进行装配层级的融合处理，可以大大节省模型存储的空间以及模
型处理的速度，自动完成零部件的轻量化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是
本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还
可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为根据本发明的产品模型的轻量化处理方法的一个实施例的流程图；
图2为根据本发明的产品模型的轻量化处理方法的一个实施例中零件轻量化的示
意图；
图3为根据本发明的产品模型的轻量化处理方法的一个实施例的轻量化装配的模
型示意图；
图4为根据本发明的产品模型的轻量化处理方法的一个实施例的轻量化装配示意
图；
图5为根据本发明的产品模型的轻量化处理装置的一个实施例中的用户界面示意
图；
图6A为组件模型的原始示意图，图6B为组件模型经过轻量化处理后的示意图；
图7A为零件模型的原始示意图，图7B为零件模型经过轻量化处理后的示意图；
图8为根据本发明的产品模型的轻量化处理装置的一个实施例中的模块示意图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。下
面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显
然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实
施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属
于本发明保护的范围。下面结合各个图和实施例对本发明的技术方案进行多方面的描述。
图1为根据本发明的产品模型的轻量化处理方法的一个实施例的流程图，如图1所
示：
步骤101，分析产品模型并获取产品模型的特征集合。
步骤102，根据预设的轻量化策略确定特征集合中的可删除特征。
步骤103，将可删除特征删除、并保留产品模型的几何结构特征和尺寸特征，生成
与产品模型具有相同外形结构的产品轻量化模型。
产品模型可以是单个零件、组件或整机模型。在一个实施例中，针对零件模型，提
取零件模型的特征集合，包括：零件特征、装配特征和设计特征等。例如，以特征驱动的软件
产品中对零件构建3维模型模，零件特征包括：凸台、槽、倒角、腔、壳等，以及各个特征之间
的关系，例如父子关系等等。装配特征包括与整机或组件中的其它零件的装配关系等。设计
特征包括视图信息特征等。
删除零件特征、装配特征，并保留零件特征中的几何结构特征和尺寸特征。例如，
对一个带有中心通孔的轴，此轴与轴套装配。轴的零件特征包括：端面、孔、以及孔与端面的
父子关系等。轴的装配特征包括：与轴套的装配关系等。设计特征包括：主视图、俯视图信息
等。
在对此轴进行轻量化时，删除轴的装配特征，如与轴套的装配关系等。删除零件特
征，如孔与端面的父子关系等，但保留零件特征中的几何结构和尺寸，如端面、孔等。生成与
零件模型具有相同外形结构的零件轻量化模型，需要删除哪些特征用户可以自己进行定
义。
在一个实施例中，零部件轻量化是通过将原部件特征信息进行抑制，以减少模型
自身数据量，同时消除零部件再生过程，从而实现模型的快速加载。需保证零件模型的造型
不发生改变，且各组件间拓扑关系要与原模型保持一致，并保存原模型的质量、视图等信
息，如图2所示：
步骤201－204，从原始模型中提取原模型的零件结构信息、组件间装配信息、视图
等设计信息特征。
步骤205，输出零部件结构信息特征。
步骤206，提取零部件结构信息特征，重构轻量化零件，并依据装配信息进行自动
装配，将设计信息写入轻量化零件。
在一个实施例中，获取组成组件模型的多个零件模型的特征集合，包括：零件特
征、装配特征和设计特征。分别删除多个零件模型的零件特征、装配特征，并保留零件特征
中的几何结构特征和尺寸特征，生成与多个零件模型具有相同外形结构的多个零件轻量化
模型。基于组件模型的拓扑结构将多个零件轻量化模型融合为整体,并记录多个零件轻量
化模型之间的融合特征,生成组件轻量化模型。
例如，一个组件包括轴和与此轴配合的轴套，先对轴和轴套分别进行轻量化处理，
获得轴和轴套的轻量化模型，再根据该组件的原拓扑结构将轴和轴套的轻量化模型进行组
装，即融合，记录关于轴和轴套的轻量化模型的装配特征，生成此组件的轻量化模型。
由于在实际生产过程中，不同的生产部门仅对设计模型中与本部门相关的拓扑结
构有其自身的细节要求，而对其他部门的模型细节不予关注。因此，模型可以通过组件间的
合并，来实现更进一步的轻量化效果。
将有细节要求的模型其拓扑结构保留，其余模型融合为整体。同时，记录融合体的
信息，在需要时可随时将融合体展开，能大大减少模型的数据量，且与传统LOD方法有所区
别的是，模型能随时动态的展开和融合。首先，筛选需要融合的组件，从模型中提取融合信
息，判断模型的当前融合状态；然后，将状态信息反馈至用户，由用户控制模型是否融合；最
后，根据用户输入的模型状态，自动将模型融合/展开。
在一个实施例中，将整机模型分割为多个零件模型或组件模型，分别生成与多个
零件模型或组件模型相对应的多个零件轻量化模型或组件轻量化模型。基于整机模型的拓
扑结构将多个零件轻量化模型或组件轻量化模型融合,并记录多个零件轻量化模型之间的
融合特征,生成整机轻量化模型。
获取组成整机模型或组件模型的多个零件模型，分别提取多个零件模型的特征集
合，包括：零件特征、装配特征和设计特征等。分别删除需要进行轻量化处理的零件模型的
零件特征、装配特征，并保留零件特征中的几何结构特征和尺寸特征，生成与多个零件模型
具有相同外形结构的多个零件轻量化模型。基于整机模型或组件模型的拓扑结构将多个零
件轻量化模型装配为整体,并记录多个零件轻量化模型之间的装配特征,生成轻量化的整
机模型或组件模型。
根据用户使用需求不同分为整机轻量化和轻量化装配两种方式。其中：
(1)整机轻量化的主要功能是对已有的产品整机CAD装配模型进行轻量化处理，保
证其模型结构及拓扑关系不发生改变的情况下，形成整机的轻量化三维几何模型。
(2)轻量化装配是在完成产品零部件设计的情况下，自动生成其轻量化零部件模
型，并以轻量化零部件为基础进行整机产品的轻量化装配，其基本思想如图3所示。
上述实施例中的产品模型的轻量化处理方法，能够进行去特征处理。一般的CAD模
型都是基于特征的，基于特征可以实现模型的参数化驱动，但缺点是其模型的更新和显示
需要耗费大量的计算时间。因此，在整机装配模型中，去除各零件的特征树结构，只保留最
终的边界模型结构，可以大幅提高装配模型的处理速度。
上述实施例中的产品模型的轻量化处理方法，能够进行装配层级的融合处理。大
装配模型中，根据应用的不同，很多低层级的模型是无需做细分处理的，大部分的装配层级
只有在特定的情况下才会用到，因此可以在某个层级的装配不用时，对其做融合处理。这样
可以大大节省模型存储的空间以及模型处理的速度。
上述实施例中的产品模型的轻量化处理方法，能够使模型数据的压缩。面向大装
配模型应用的需求，去除原始的设计模型中用不到的信息，例如：特征、装配关系等，压缩
CAD模型的数据存储量，提高模型的处理速度。
在企业实际生产过程中，装配设计模型时，随时会面临大量复杂特征、特征再生等
问题，这些问题将严重影响设计人员的工作效率。上述实施例中的产品模型的轻量化处理
方法，提出了一种轻量化装配技术，在模型由零部件装配的过程中，采用以上的轻量化技术
及融合技术自动完成零部件的轻量化，模型将以轻量化的形式进行装配，避免了以上复杂
特征及特征再生问题，从而提高设计人员的工作效率。
如图4所示，步骤301，提取零件的原模型信息；步骤302，判断由用户设定的模型的
轻量化状态，如果需要进行融合，则进行步骤303、304，进行组件的融合处理；如需进行轻量
化，则进行步骤304，对模型进行轻量化处理；如果用户希望采用原模型，则进行步骤306，保
持原态；步骤307，将处理后的轻量化模型加入装配。
根据接收到的分解显示的指令，将组成轻量化的整机模型或组件模型的多个零件
轻量化模型拆分并显示。根据接收到的融合显示的指令，将组成轻量化的整机模型或组件
模型的多个零件轻量化模型组合为整体并显示。
上述实施例提供的产品模型的轻量化处理方法，能够解决大装配复杂三维模型的
轻量化问题，即：面向不同用户的需求，在确保轻量化模型几何形状及拓扑结构与原始设计
模型一致性的情况下，对原始设计的大装配模型进行轻量化处理。该方法具有以下特性：
1)轻量化模型的数据组织与原始的三维模型相同,提供产品的装配结构关系和零
件的几何拓扑信息,支持对零件表面属性修改；
2)支持在轻量化模型上实现三维装配,以方便在此基础上实现产品的可视化配置
功能；
3)包含模型显示数据与几何数据,可实现对零件的快速浏览和对几何信息精确查
询；
4)消除装配体中的数据冗余问题,并对模型文件进行数据压缩,以尽可能小的文
件表示零件模型,方便在网络上进行数据交流。
通过上述实施例提供的产品模型的轻量化处理方法，可以有效的减少模型文件尺
寸，并加快模型加载过程，实现了模型零部件的轻量化、融合及装配。在一个实施例中，可以
在模具设计软件PRO/E或UG等软件中进行二次开发，实现本发明的的产品模型的轻量化处
理方法，界面如图5所示，能够成功的进行零件的特征去除，从根本上杜绝特征再生现象。图
6A、7A是轻量化前的原始模型，拥有大量的特征存在，图6B、7B为经过系统处理后的轻量化
模型，两者在模型外观等信息上保持了高度一致，但其特征，例如“拉伸”，“孔”，“草绘”等特
征，都被轻量化为“导入特征”，能满足用户的不同需求。
通过大量的模型试验数据及与现有的特征去除方式对比，发现本申请所提出的轻
量化方法在数据压缩比率上占优。下表1和表2所示数据为以某模型为例进行轻量化处理结
果对比如下：
表1－一个模型进行轻量化前后的数据压缩比率
表2－另一个模型进行轻量化前后的数据压缩比率经过试验验证模型加载耗时,
试验机采用如下表3的配置:
CPU
Pentium E5700
内存
2G
显卡
Geforce9400
显存
256MB
表3－试验机的硬件配置表处理结果对比如下表4和表5：
模型文件大小(:MB)
加载时间
|
原模型
346
3m10s
轻量化模型
210
1m40s
表4－第一个模型进行轻量化处理前后的加载时间对比表
模型文件大小(:MB)
加载时间
|
原模型
660
5m15s
轻量化模型
410
3m12s
表5－第二个模型进行轻量化处理前后的加载时间对比表
表5－第三个模型进行轻量化处理前后的加载时间对比表
通过以上对比试验，证明了本发明所提出的轻量化方法是切实有效的，能够很好
的满足用户的生产需求。
在一个实施例中，如图8所示，本发明提供一种产品模型的轻量化处理装置。模型
特征获取单元31分析产品模型并获取产品模型的特征集合。冗余特征确定单元32根据预设
的轻量化策略确定特征集合中的可删除特征。轻量模型生成单元33将可删除特征删除、并
保留产品模型的几何结构特征和尺寸特征，生成与产品模型具有相同外形结构的产品轻量
化模型。
在一个实施例中，模型特征获取单元31提取零件模型的特征集合，包括：零件特
征、装配特征和设计特征。冗余特征确定单元32删除零件特征、装配特征，并保留零件特征
中的几何结构特征和尺寸特征。轻量模型生成单元33生成与零件模型具有相同外形结构的
零件轻量化模型。
模型特征获取单元31获取组成组件模型的多个零件模型的特征集合，包括：零件
特征、装配特征和设计特征。冗余特征确定单元32分别删除需要进行轻量化处理的零件模
型的零件特征、装配特征，并保留零件特征中的几何结构特征和尺寸特征。轻量模型生成单
元33生成与多个零件模型具有相同外形结构的多个零件轻量化模型，基于组件模型的拓扑
结构将多个零件轻量化模型融合为整体,并记录多个零件轻量化模型之间的融合特征,生
成组件轻量化模型。
整机模型分解单元34将整机模型分割为多个零件模型或组件模型。轻量模型生成
单元33分别生成与多个零件模型或组件模型相对应的多个零件轻量化模型或组件轻量化
模型，基于整机模型的拓扑结构将多个零件轻量化模型或组件轻量化模型融合,并记录多
个零件轻量化模型之间的融合特征,生成整机轻量化模型。
整机模型分解单元34获取组成整机模型或组件模型的多个零件模型。模型特征获
取单元31分别提取多个零件模型的特征集合，包括：零件特征、装配特征和设计特征。冗余
特征确定单元32分别删除需要进行轻量化处理的零件模型的零件特征、装配特征，并保留
零件特征中的几何结构特征和尺寸特征。装配模型生成单元35生成与多个零件模型具有相
同外形结构的多个零件轻量化模型，基于整机模型或组件模型的拓扑结构将多个零件轻量
化模型装配为整体,并记录多个零件轻量化模型之间的装配特征,生成轻量化的整机模型
或组件模型。
模型显示单元36根据接收到的分解显示的指令，将组成轻量化的整机模型或组件
模型的多个零件轻量化模型拆分并显示。根据接收到的融合显示的指令，将组成轻量化的
整机模型或组件模型的多个零件轻量化模型组合为整体并显示。
上述实施例提供的产品模型的轻量化处理方法，能够进行去特征处理，只保留最
终的边界模型结构，可以大幅提高装配模型的处理速度，并能够进行装配层级的融合处理，
可以大大节省模型存储的空间以及模型处理的速度，自动完成零部件的轻量化，模型将以
轻量化的形式进行装配，避免了复杂特征及特征再生问题，从而提高设计人员的工作效率。
可能以许多方式来实现本发明的方法和系统。例如，可通过软件、硬件、固件或者
软件、硬件、固件的任何组合来实现本发明的方法和系统。用于方法的步骤的上述顺序仅是
为了进行说明，本发明的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说
明。此外，在一些实施例中，还可将本发明实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括
用于实现根据本发明的方法的机器可读指令。因而，本发明还覆盖存储用于执行根据本发
明的方法的程序的记录介质。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明
限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描
述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理
解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。