基于step文件的從cad模型到mcnp幾何模型的轉(zhuǎn)換算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及物理、核科學(xué)技術(shù)和CAD建模等領(lǐng)域，核心內(nèi)容是基于STEP文件的從 CAD模型到MCNP幾何模型的轉(zhuǎn)換算法。
【背景技術(shù)】
[0002] 蒙特卡洛中子-光子輸運程序MCNP(MonteCarloN-ParticleCode)是美國 新墨西哥洛斯阿拉莫斯國家實驗室應(yīng)用理論物理部的MonteCarlo小組經(jīng)過數(shù)十年的 研究開發(fā)的一個基于蒙特卡洛方法的大型多功能MonteCarlo粒子輸運程序。因其良 好的粒子輸運性能在物理、核科學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。但其輸入文件（INPfile)結(jié) 構(gòu)復(fù)雜，手寫容易出錯等問題，國際上出現(xiàn)了很多解決這一問題的軟件，類似Visual Editor,Moritz,DesignModeler,MCAM等軟件，由于這些軟件有的不能添加材料，有的不能 對導(dǎo)入的模型進行修改等原因不能滿足用戶的需求。另外，能解決上述問題的思路大致有 三類，意思從BREP表示到CSG表示的轉(zhuǎn)換，二是基于大型三維建模軟件的二次開發(fā)，三是基 于中性文件的轉(zhuǎn)換。第一種由于兩種轉(zhuǎn)換的表示涉及到大量的數(shù)學(xué)知識和計算機圖形學(xué)的 知識，在轉(zhuǎn)換的過程中會帶來諸多麻煩。第二種太容易受到軟件本身數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義的限制， 并在一般大型的三維建模軟件像CATIA和solidworks等都是商業(yè)軟件，版權(quán)很貴。因此我 們提出了基于中性文件STEP(StanderfortheExchangeofProductModelData)的從 CAD模型到MCNP幾何模型的轉(zhuǎn)換算法。因為CAD系統(tǒng)具有強大的幾何建模功能，我們可以 將CAD系統(tǒng)構(gòu)建的模型導(dǎo)出成STEP文件后在轉(zhuǎn)換為INPfile。
[0003] STEP標準是ISO(國際標準化組織）提出的信息交換標準，通過一種不依賴于任 何系統(tǒng)的中性機制，為解決不同CAX系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換和共享提供了可行性。STEP可以被 多種CAD建模軟件支持，因此通過設(shè)計STEP文件到INP文件的轉(zhuǎn)換算法以實現(xiàn)CAD模型到 MCNP模型的轉(zhuǎn)換，最終實現(xiàn)MCNP輔助建模，這樣的轉(zhuǎn)換算法具有通用性，可實現(xiàn)多個CAD系 統(tǒng)與MCNP模型的交互。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對INP文件格式，為了實現(xiàn)通用的CAD建模軟件與MCNP模型之間的交互，本發(fā) 明公開一種全新的基于STEP文件的從CAD模型到MCNP幾何模型的轉(zhuǎn)換算法。
[0007] 本發(fā)明通過對STEP文件進行分析，提取文件中有用的幾何信息，通過進一步幾何 運算，得到INPfile需要的幾何信息和拓撲信息，然后根據(jù)INP文件格式將CAD模型轉(zhuǎn)換 成相應(yīng)的柵元卡和曲面卡形式，完成CAD建模軟件與MCNP模型之間的交互。為了提高算法 的靈活性，在前一階段對體進行分析基礎(chǔ)上進行了改進，改進之后的算法可以直接對模型 中的面進行分析，能夠輸出任意模型的曲面卡。對于柵元卡的輸出則采用構(gòu)造柵元樹的方 法進行。本部分將分為四個部分來介紹
【發(fā)明內(nèi)容】
，主要分為，本算法整體思路，對STEP文件 信息提取算法，構(gòu)造柵元樹算法和柵元樹輸出算法。
[0008] 本發(fā)明整體算法步驟如下： St印1提取STEP文件中封閉殼（CLOSED_SHELL)信息：根據(jù)不同的曲面卡生成所需參數(shù) 提取STEP文件中相對應(yīng)的法方向、點坐標半徑、角度等信息。根據(jù)不同的柵元卡生成所需 參數(shù)提取STEP文件中相當對應(yīng)體的信息，并將對應(yīng)的字符轉(zhuǎn)換成數(shù)字； St印2組成封閉殼（CLOSED_SHELL)的所有曲面方程求?。焊鶕?jù)STEP文件中的關(guān)鍵字先 判斷出曲面的類型，然后根據(jù)Stepl中提取的信息，通過數(shù)學(xué)幾何計算求出各種曲面的方 程。聲明新的柵元節(jié)點并根據(jù)曲面卡形式，將封閉殼中所包含的所有曲面的參數(shù)以及面信 息均存于該節(jié)點中； St印3STEP文件中封閉殼（CLOSED_SHELL)之間包含關(guān)系判定：若封閉殼A包含封閉殼B，則Produce(A,B) =1;若封閉殼B包含封閉殼A，則Produce(A,B) =-1;若封閉殼A與封閉 殼B不存在包含關(guān)系，則Produce(A,B) =0 ; Step4柵元樹構(gòu)造：根據(jù)Step3中Produce(A，B)函數(shù)的返回值構(gòu)造柵元樹。這里假設(shè)Cl為新加入的柵元節(jié)點，C2為柵元樹中的節(jié)點，將節(jié)點Cl與柵元樹中的所有柵元節(jié)點進行 比較即求對應(yīng)的Produce(Cl,C2)值。當Produce(Cl,C2)=l時，將A作為B的孩子節(jié)點；當 Produce(Cl,C2) =-1，將A作為B的父節(jié)點；當Produce(Cl,C2) =0時，將A作為B的兄弟節(jié) 占. St印5判斷STEP文件中所有封閉殼搜索是否完成：完成時，轉(zhuǎn)Step6 ;若沒有，轉(zhuǎn)Stepl； Step6選擇標號方式對柵兀樹中柵兀進行標號； Step7曲面卡、柵元卡輸出：遍歷柵元樹，按序輸出柵元樹中所有柵元節(jié)點中所包含的 曲面卡的信息于txt文件中，同時將遍歷到的柵元節(jié)點作為根節(jié)點，再次遍歷該節(jié)點下面 所有層的所有節(jié)點，得到它們的柵元號并以"a±fl±f2~#b#c#d..."的形式輸出于同一個 txt文件中（a表示當前柵元節(jié)點柵元號，fl、f2…表示該柵元邊界曲面的曲面號土表示曲 面方向，b、c、d…表示當前柵元節(jié)點下面所有層?xùn)旁?jié)點的柵元號）； Step8算法結(jié)束。
[0009] 由于在STEP文件里的信息包括了產(chǎn)品的整個生命周期，信息豐富，我們只需獲得 我們所需的信息即可。所以本算法在對STEP文件進行信息提取時只提取對柵元卡和曲面 卡輸出有用的信息。
[0010] 在Stepl中對于STEP文件信息的提取時采用的是按索引號和關(guān)鍵字的方式提取 信息的。
[0011] 對于一般的STEP文件不能僅僅是按照行的模式讀取，因為可能存在STEP文件不 是以行的形式來進行存儲的，所以本算法采取以分號作為結(jié)束標志進行文件讀取，避免了 格式不同而讀取失敗的情況發(fā)生。
[0012]STEP文件信息提取算法步驟如下： St印1 令K= "CL0SED_SHELL" ； Step2以分號作為讀取結(jié)束標志讀取STEP文件存于字符數(shù)組chi中； St印3判斷K是否在該字符數(shù)組中，是則轉(zhuǎn)Step4,否則轉(zhuǎn)Step2 ; St印4將字符數(shù)組chi中括號里的索引數(shù)字存