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海量STL文件的快速读取与显示


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第2 5卷  第 8期  20 0 6年  8月  

机 械 科 学 与 技 术 
M ECH ANI CAL S ENCE AND I   CI   ECHN0L0GY 

V 12   N .   o. 5 o8
Au u t 2 06 g

s  0  

文章 编 号 :0 382 (0 6 0 -9 50  1 0 —7 8 2 0 )80 3 - 4

一 



海 量 S L文件 的 快速 读 取 与显 示  T
卫  炜 , 来水 , 周 张丽艳 
20 1) 10 6 

( 南京航空航 天大学 C D C M工程研究 中心 , A/A 南京

炜 

要 :T   件 作 为 一 种 通 用 的 三 维 数 据 文件 格 式 , S I文 广泛 应 用 于 快 速 成 型及 其 他 领 域 。 如 何 快 速 读 取 海 量 数 据 的 

S L文件并显示 , T 是模 型后 续操作的一个 首要 环节。本文针对 海量数据 的特 点 , 用 内存 映射 手段 、 于哈希 表结  采 基 构的冗余顶 点删 除和 O eG p n L中显示列表技 术等 , 对海量 S L文件的快速读取和 显示进行 了研 究 , T 并和 国外先进软 
件 进行 了比较 , 实验数据表 明本文方法较 S r cr u ae 软件和 R p Fr f ai o d m软件提 高效率 2 % 一 0 5 4 %左 右。  
关 键 词 :T S L文件 ; 量 数 据 ; 海 图形 显 示 

中图分 类号 : P 9  T3 1

文献标 识码 :   A
Ra i   T F l  a i g a d Viu l a i n p d S L  i Lo d n   n   s ai t   e z o
W e  e ,Zh u Las u ,Zh n   y n iW i o   ih i a g Lia  

( A / A   eerhC n r aj gU i rt o eoat s n  so at s N nig20 1 ) C D C M R sac  et ,N ni   nv sy f rnui   dA t nui , aj  10 6  e n e i  A ca r c n Abt c: sagnrltredmes nldt fefra,s rolhgahc( T ie  aebe  sr t A   eea he.i ni a aai  om t t e iorp i S L)f shv  en a   o    l e t l
wi ey u e  n r pi  r t tpi  y t msa d ma   t e   e ds d l  s d i  a d p o o y ng s se   n   nyo h rf l .Ho t o d a d vs lz   TL  lsr pd- i w o l a   n   iuaie S i f e  a i  

l  sk y t  u s q e t mo e  n p l t n Ac o d n   o te c a a trsis o   s ie d t y i  e   o s b e u n   d l ma i u a i . o c r i g t  h   h r c e t   fma sv   aa,me r   i c mo y ma pn   n   s  a l ? a e   t o  o   eei g r d n a c   e t x f s i  q   l s a d Op n   i   p ig a d Ha h tb e b s d me d f r d l t   e u d n y v r  a t n S 、 f e   n   e GL d s h n e   Li — p a  it h v   e n u e  o a c l r t  e la i g a d vs a iain E p rme ts o s t a h   r p s d l y l s a e b e   s d t  c ee ae t   o d n   n   iu l t . x e s  h z o i n   h w  h t e p o o e   t me h d i 2 % ~4 % mo e ef in   a   h   o to  S 5   O r  f ce tt n t e c mme ca  o w r   a k g s S ra e   n   p d o m . i h r ils f a e p c a e   u fc ra d Ra i F r   t Ke   r s T   1 y wo d :S L e;ma sv   a a iu l a in s ie d t ;v s ai t   z o

S L s rolhgahc T (t e  torp i)文件 格式 由 3   yt e i D S s ms公 司  e 于 18 9 7年推出 , 采用 三角 形 面片 离散 地 近似 表 示三 维模  型, 目前 已成为快速原 型技 术领域最 为常用 的文 件格 式 和 

数据点 , 于后 续建模 、 对 快速成 型及 数控加 工编程 , 是一个  首要和基本 的环节 。文献 [ ] 编程的 角度研 究 了大 数据  1从

事实上的接 口标准 , 向工程 、 在逆 有限元 分析 、 医学 成像 系   统、 文物保护等方面有广泛 的应用 。   SL T 文件 的最大特点 也是其 主要 问题是 , 由一 系 它是  
列的三角形面片无 序排列组合在 一起 的 , 有反 映三角形  没 面片之间的拓扑关系 , 而且 每一个小 三角形 面 片必 须与相  邻的三角形面片共用两个顶点 , 每个 顶点通 常被重 用 6次  左右 , 件数据重 复很 多 , 文 由此造 成 了 S L文 件在读 取 、 T 存 

量的快速存取 问题 ; 献 [ ] 文 2 和文 献 [ ] 究 了 SL文 件  3研 T 中冗余顶点 的滤 除方 法 ; 文献 [ ] 4 和文 献 [ ] 别 对 S L 5分 T  文件 中拓扑信息 的快 速建立 和 SL文件在 O eG T pn L中的显  示进 行 了研究 。本文 在上述研 究的基 础上 , S L 件快  对 T文 速读取与显示流 程各 个 环节 效 率 的提高 进行 了 系统研 究  与实现 , 得了较为满 意的结果 。 取  
1 S L文 件 数 据读 取 及 显 示    T

储等方面 的效率 问题。近 年 来 , 量 设 备 的 发展 十 分 迅  测 速 , 是光学测 量机 已发展到 可以在几 秒钟 内测量 出百  尤其
万以上的海量 数据点 。如何快 速读 取 并显 示这 些海 量 的 

S L文件记录 了描 述 三 维模 型 的全 部 三 角 形面 片数  T 据 , 括每个 三角 形的 顶点坐 标 和法 向量。S L文件一般  包 T 有 A CI 和二进 制两种格 式 , 中二进制 格式 文件较小  S I码 其 ( 常是 A CI码 格 式 的 15) 节 省 文 件 存 储 空 间 , 通 SI / , 但  A CI S I 码格式 的文 件可读性更 强 。其形 式表现为 :   sl  lnm .t/ 文件路 径及文件名  odfe a e s / ii l

收稿 日期 :0 5— 9一O  20 0 2 基金项 目: 国家 自然科学 基金项 目( 0 7 0 1 , 5 4 5 4 ) 霍英东教 育基金高  校青年教师基金 项 目( 15 ) 教 育部 优秀 青年教 师教  903 , 学科研奖励计 划资助  作者简介 : 炜( 92一 , 汉 ) 江苏 , 卫 17 ) 男( , 博士研究生 
E ma l me wwe@ n a . du CI — i: e i u ae . F  

f enra / a to l 三角形 面片法 向量 的 3 c   m …/ 个分量值 
o trl o   u e  o p

vr x / et …/ 三角形 面片第一个顶 点的坐标  e

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96 3  vr x / et …/ =角形面片第二个 顶点的坐标  e vr x / et …/ Z角形面片第三个顶 点的坐标  e
e do p n lo  

机 械 科 学 与 技 术 

第2 5卷 

其效率可 以提 高 1倍 以上 , 而且 文 件越 大 , 高 的效 率  提
越高。  

12 S L文件数据处理  .  T 12 1 三角 网格模 型的数据结构  ..
三角 网格模型 的数据结 构通常 由顶点 表 、 向量表和  法

e d ct / 一个 三角形面片定义结束  nf e/第 a e do dfea e s / 整个文件结 束  n sl  lnm .t / ii l 11 内存映射文件  . Widw n o s提供了一种进行 文件操 作 的高效 途径 , 即内 

三角形面片 表构 成。顶 点链 表 和面 表 的数 据结 构 如 图 1   所示 。其中 、 z   分别 是 f a 型 的 顶点 坐标 值 , 。, 2  lt o , 、尸 、 尸
,3 P 分别是 i 型的顶点索引号 。 n t  
l   Pl

存 映射文件机制 L 。其主要工作原理 是 : 留一段虚拟 内  6 j 保 存 地址空间 , 将一个已经存 在于磁 盘上 的文件 内容提交给 
此区域 , 通过一个指 向该区域 的指针访 问文件 内容。一旦 
y   /   P,
-  

I   P3

该文件被映射 , 就可以像整个文件 已经加 载到 内存 一样去 
访问它 , 从而可 以不 必对 文件 执行 I0操 作 , 效提 高程  / 有
图1   Vet r x和 F c e ae数据结构示意 图 

序的运行效率 , 尤其是可 以高效读取 大数 据量的文件 。   内存 映射文件机制处理 海量数 据文件 的优 点在 于 :   ( )Wi 2系统采用 以页为基 础 的虚拟 内存 系统 , 1 n 3 每  顶点的索引号对应 顶点链表 中的坐标 值 , 每个 三角形 
面片 由 3个顶点 的索 引号构 成 , 个 面对 应面 索引 号 , 每 并 

页为 4 B大小 。虚拟 内存 管理 器 以统 一的 方式 处理所有  K 磁盘 I / 0操作 , 即每次 以 一个页 面为 单位 进 行读 写 内存 ,  
从而意味着一 些小 的 I0操 作将 被缓 冲入 一次 大 的操作  /

加到面的链表 中 , 同时对于每个 顶点 记录其共 享该顶点 的  所有三角形 面片的索引 号 , P = { i 设 P , =0, , , } 1 … n 为顶  点的索引集合 , = { ii=0 1 … , F F, , , m}为三角形 面片 的 

之 中 , 需再进行 一次磁 盘 I 无 / 0操作 , 大幅 度减 少硬 盘读 
写头 的移动 , 提高 系统 的性能 。  

索引集合 , 之间的 相互关 系 如图 2所示 , 中 (,  它们 其    J =0 1 … ) 示以第 P 个点为顶点 的第 - ,, 表   『 个三角形 面片 ,  
并且 F  ∈ F。  
_ 面表  点表  点表  共享该点的所有面 

( )所有的 I0交互 都 在 内存 中并 以标 准 内存 寻址  2 / 方式进行 , , 同时 磁盘的周期性 分页发生 在后 台 , 由操作系 
统本 身实现 , 用程序是透 明的。 对应   内存 映射文件分 3种情况 , 第一 种是可执 行文件 的 内 



一 匦 

互卜  

存 映射 , 主要由 Widw n o s自身 使用 ; 二 种 是数 据文 件 的  第 内存 映射 ; 三种是借 助于页 面交 换文件 的 内存 映射 。本  第 文采用 的是数据 文件 的 内存 映射 。首先 把数 据 文件 的全  部或 一 部 分 映 射 到 虚 拟 地 址 空 间 ( 射 的 区 域 是  映

臣]—  t  
臣]—  卜咂 卜 
固 .  

08000 — xF F FF , 不提 交 R M, 取 这段 内 x0000 0B F FF ) 但 A 存  
存 的指令 同样 会产 生页 面异常 。操 作 系统捕 获 到这 个异  常后 , 分配一 页 R M, A 并把 他映射 到 当前 进 程发生 异常 的  地址处 , 然后 系统把文 件 中相应 的数 据读 到这 个 页面 中 ,   继续 执行 刚才 产生异 常 的指令 。这 也 是应 用程 序 自身不 



图 2 点表、 面表 、 与点相邻 的面表 的关 系结构 图  

需要 调用文件 I 函数 的原 因。具 体实 现 时分 为 以下几  / O 个步 骤:   ① 通过 Cet i ( 函数创建 或打开一个文件 内核对  r el ) a Fe
象, 该对象标 识了磁盘 上将要用作 内存映 射的文件。  

在用表对三角 网格模 型的几何 信息存 储时 , 文采用  本 静 态数 组形式 , 而放弃 了 Vsa C++中提供 的动态 数组  i l u 

C ry Ar 类。对于数据的存储 、 a 删除等操作, Ar 类封装  C ry a
了相应 的成 员函数 , 但每次操作 均需要重 新分 配内存 空间  和进 行元 素拷贝 。在存储海 量数据 时 , 时间开 销很 大。而  静 态数 组结构在 对数 据 的存 储 时 , 时间 开销 最小 , 缺点  但 是需要预先确定 数据元素 的最大个 数 , 申请足够 的分配空  间。对 于海 量的 S L文件 , T 如果 一次性 申请全部 的存储空  间, 有可能 由于内存 中不存在连续 的存储 空间而无 法执行  程序。通 常 S L文件 中的总顶点数 是三角形 面片的 3倍 , T  
而由欧拉定理  可知 S L文件 中 三角形 面 片的数量 是顶  T

② 通过 C_ t iMa p g ) Ia Fl p i ( 函数 创建 一个 文件 映射  ee e n 内核对象以告诉 系统文 件的尺寸以及访问文件 的方式 。  
③ 通过 MaVe O Fl( 函数将 文件映射对象的全部  p i fi ) w e

或部 分映射到进程地址 空间。这样 , 内存 映射文 件的使  对 用 和处理 同通 常加载 到 内存 中的文件 数据 的处 理方 式基 
本相同。  

④ 通过 U m p iw fi ( 和 Coe ade ) n a Ve O Fl ) e l H nl( 函数 完  s 成对 内存 映射文件 的清 除和资源释放 。  

点数量( 不含冗余顶点 ) 2 的 倍左右 , 以最终 生成 的无冗  所 余 顶点的数 量约为 S L文件 中总顶 点数 的 16 T / 。故本文采 
用的数组结构 , 一次 申请 相对较大的空 间 , 即大约是 N 6× /   k个顶点空间 , / N 3×k个面空 间等 。 中 Ⅳ是 S L文件中  其 T 的总点数 ; k为一经验值 , 通常取值 为 0 2  .。

在本 文算 法中 , 内存映射 文件 可以实现快 速读取  引入 海量 S L文件的数据 。实例表 明在相 同配置的 P T C机上采 
用内存映射文件较 与传 统的通过 IO文件 读取方法相 比, /  

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第8 期 



炜等 : 量 S L文件的快速读取与显示  海 T

97 3 

12 2 S L文件 中冗余顶点 的快 速滤除  ..  T

有较高的查找效率 , 而且 哈希表 的长度 可根据 S L文件 大  T 小, 自由调 节。 哈希表 的键值 k由下式确 定 :  
k =IP  X 1  I+  . ×1  I+I . X 1  I   .  0 IP Y 0      0   P

S L文件 中存在大量 的冗余 顶点 , 些冗余顶 点会破  T 这
坏面片 间的拓扑关系 , 响 后续 的模 型处理 。在读取 S L 影 T 

文件时 , 当判定 到某个顶 点 冗余 , 即该顶 点 已经 在顶 点数  组 中存 在 , 这时 , 不再 将该顶点加 到顶点 数组 中 , 只需将  而
该顶点索引号加 到对应 的三角 片面号 中 , 而建立 一个 不  从 含冗余 信息 的拓 扑结构 。如果采 用 一般 的线 性 查找 法判 

式中 : . ,. ,. 别为顶 点 的 xy 坐标 值 。 取一 正  P xp YP  分 ,、 选 整数 P=2  一1 n=(n) 1 ) 通过除余法 J 哈希函数  , it (o 。   , 最终定义 为 日( K)=K d 表 1为在配置 P  .  H 处  moP。 416G z 理器和 52M 内存的 P 1  C机上对 3个 S L文 件分别 采用 平  T 衡 二叉树法和哈希表 法滤除冗 余顶 点 的时间对 比 , 由此 可  知哈希表法具有较高 的查找效 率 , 尤其是 S L文件三角形  T 面片数越多 , 效率越高 。 其  
表 1 采用平衡二叉树 法和哈希表法 的时 间对 比    三角形面片数 
12 7 4 71   4 71   91 2 15 7 0 303 

定某个 顶点是否 存在 冗余 顶点 , 对于 大数据 集 , 找 效率  查
很低 , 以满足工 程 要 求  许 多 文 献 资料 对 此 进 行 了研  难 究, 主要有 平衡 二 叉树 法  , 分 块 排 序 法  , 3轴 哈希 表  法  等。平衡二叉检 索树 ( V ) A L 是一 种特 殊 的二叉 检索 

树, 它的左子树和右子树 的深度之 差绝对值不超过 1 而且  ,
其左 、 右子树都 是平衡二 叉树 , 以使 具 有相 同结 点 数 目 可  

平衡二叉树 法( ) 8 
1  3 6  4 32 0 

哈希表法 () s 
9   3  3 9  4

的二叉检索树的高度最 小 , 而加 快查 找速 度。3轴 分块  从 排序法将顶 点在 、 、 3个 轴方 向上 进行 分块 排序 , yz这 然 
后采用 二分法进行 查找 。哈希表 法直 接通 过 查找 关 键字  找到相应 的记 录 , 查找 不经 过上 述 比较 的过 程 , 其 具有 较 

好 的查 找效率 。假设 S L文件 的总顶 点个数 为 Ⅳ, T 执行 上 
述 3种 算法 的 时 间 复杂 度 分 别 为 O(o, , N ) , 1gN) O(  J   ON 。 ( ) 如果 Ⅳ 很大 , 衡二 叉 树法 具 有很 好 的时 间优 越  平

12 3 基 于 O eG .. pn L的 S L模 型显示  T 网格模 型 的光 照 显 示一 般 有 Fa 显 示 和 G uad显  l t oru 示  等 。Fa 显示 时 直 接从 S L文件 中获 取三 角形 面 片  l t T

性。但是平衡二叉树 由于节 点的插 入 或删 除操 作 可能 会 
影 响到树 的平衡 性 , 必须对 其进 行 平衡 化旋 转 , 而使 其  从

保 持最 佳性 的时 间代 价太 大。本 文在 对平 衡二 叉树 法 和 
哈希表法进行理论对 比分析 和实验 对 比研究 的基 础上 ( 对 

的法 向量 , 且每一 三 角形 面 片上 所有 点 的法 向量 均相 同 ,   在应用 简单光 照后 , 同一三角形 面 片上 的光亮度将保 持一  致, 但由于不 同三角形 面片之 间存 在不连续 的法 向量跃变 ,  
会导致物体表 面的光亮 度呈 现不 连续跃 变 , 而影 响生 成  从

比实验结果见表 1 , ) 采用 基 于哈希 表的算 法 , 以顶 点坐 标  为查找关键字 , 通过链地址 法逐一 进行 比较来处理 冲 突顶  点, 实现对冗余 顶点 的快  基本表   链表数据  
速滤 除。 图 3为链 地址 0   法解决 冲突 的哈 希 表结  ^  

图形 的光滑性 。G ua d显示 将三 角形 表面 的光亮度取 为  oru

近似表示该 曲面 的各 三角形 顶点 光亮度 的双线 性差值 , 使 
不同三角形面 片之间的法 向量连续 , 显示 的效果。 改进  
本文 采 用 平 均 法  向量 法 计算 顶 点 的法 

向量值 , 即每个顶 点 的 
法向 量 是对 共 享 该 顶  点的各 三 角 形 面 片 的 

外法 向量 求 和并 单 位 
化 得 到 的。 如 图 4所  示, 顶点 P由 6个 三角 
图 4 共享 顶点 P的法 
向量 计算示 意图  

形面 片共 享 , P点的  则
法向量为 

. 

∑  
= 




 

?  

式 中 : 为三 角形面片 法向量 。     在 O eG pn L函数 库 中 , 供 了直接 渲染三 角形面片 的  提 方法 , 而且 O eG pn L会 根据三 角 形 面片 3个顶 点 的外法 向 

量线性插 值算 出面片 内每一点 的外 法向量 , 以方便 快捷  可
实现 S L文件 的真实感图形显 示。为提 高显示效率 , T 本文  采用 了 O e G pn L显示 列 表 ( i lyLs) 它 是 由一组 预先  Ds a  i , p t

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机 械 科 学 与 技 术 

第2 5卷 

存储起来的留待以后调 用 的 O eG pn L函数 语句 组成 , 当调  用 该 显 示 列表 时就 依 次执 行 表 中所 列 出的 函数语 句 。   OeG pn L显示列表被设 计 成命 令高 速缓存 , 优化程 序 运  能 行性 能。需要注意的是 , 并不 是只要调 用显示列 表就能 优 
化程序性能 。因为创建或调用显示 列表 , 程序本 身也有 一  些开销 , 若一个显示 列表太 小 , 这个 开销将 超 过显 示列 表  的优越性 。但是对海 量的 S L文件 , 如 有超 过 1 个  T 例 0万 三角片 , 如果仅 创建显 示一 个列 表 , 间上 的 开销 同样 会  时

测量数据均 是采 用 A O T S流动 式光 学测 量 仪 实际测 量所  得, 中, 其 课题组对雅克 教练机进行 了全机测 量 , 飞机 机长 

1  , 2i 翼展 8i, n   共计 4 6 27个测点 。表 2是对图例 5和  n 6 34 图例 6分别采用本文算法 、ufcr S r e 软件 和 R pd om软件  a ai r F
进行 文件 读取 显示 的时 间对 比 ( ufcr R pd om是  S r e 和 aiF r a

目前 比较有代表性 的 , 功能强 大的逆 向工 程软件 ) 可 以发  ,
现本文算法具 有较 好 的显示 效率 。图 7是对 9个 S L文  T

件进行读取显示 的时间对 比和最 大消耗 内存对 比曲线图。  
由图 7可知本文算法 在读取显示 S L文件 时较 S r cr T uf e 软  a

使显 示列表失去其效率 优势 。经过 大量 实例 验证 , S L 当 T 
文件 有超过 1 0万个三角片时 , 需创建 多个显 示列 表 , 且  而

件提高效率 2 %左右 , R pd om软件 提高 效率 4 %左  5 较 aiFr 0

每个显示列表创建 的三 角片 个数最好在 5万个左 右 , 时  这 显示效率 比较高 。  

右; 最大内存 消耗 较上 述两 软件 要多 2% 一 0 0 5%。但是 ,  

本文方法的内存占用在目前通常配置的计算机上 , 也是可 
以接受 的。  

对海量 SL文件进行 旋 转 、 放等 操 作时 , 往存 在  T 缩 往 重绘 刷新 的效率 问题 , 此采用多线 程编程 可 以在 某种 程  对
度上缩短重绘 刷新 的时 间。本 文采 用 了一种 更 为简单 的 

方法 : 当按下 鼠标进行文件旋 转 、 缩放等操 作 时 , 的三  显示
角片个数仅为文件总 的三 角形 面片个 数的 1 ~1%左 右  % 0

( 具体 实现 时 , 比例 与 文 件 总 的三 角 形 面 片 个数 成 反  该 比) 这样大幅度减少 了需要显示 的三角形 面片数 , , 但又能 
一 照茁嚣帐 惜吲醛蝼 杖 一   0  ∽ 一一   雉  略嚣  瓣怅吲醛蝼  议 一 ∽   

足够显现 出模型 的轮 廓 , 而极 大降 低旋 转 、 放的操 作  从 缩
迟滞感 , 而且一旦松 开 鼠标 , 就会 自动调 用 已经存 在 的多 

个列表进行显示 , 实现图形的快速刷新 。  
2 实 验 对 比 

一  
图 5 飞机模型  图 6 雅克教练机机头 

本文在配置 P  .  H 4 16 G z处理 器 和 5 2 M 内存 的 P   1  c 机上对上述算 法进 行了验 证。 图 5 图 6分别 是波 音飞机  、

S L文件中包含 的三 角形片 数 ( ) T 万  

模型和雅克教练机 机头部分 S L T 文件的 G u u 显示 。其  or d a

图 7 本文算法与 Sr c 、 ai o u ae R p Fr f r d m软件 的时问和消耗内存对 比 

表 2 采用本文算法和 国外先 进软件 对 s L T 文件进行读取显示的时间对 比   文件大小  角形面片数  三 不含冗余顶点 的顶点数  含冗余顶点的顶点数  本文算 法时问  S r cr u ae 执行 时问 f   Rp Fr ai o d m执行时问  
() s  图 例 3 9 3M  4 .    图 例 4 2 8M   1    2 2 0  523 16 O 6 0 O 4  17 5  283 5_ 9  438 4 7 60   56 9 3818 10 3  2  0 9  9 () s  3  0 13 3  () s   4  2 17 8 

3 结 论 

2% 一 0 5 4 %左右 , 能够 满足 工程 实际 需要 。在今后 的工作 

本文通过采用内存 映射 文件 、 于哈希表 结构 的冗余  基 顶点删除和 O G  ̄n L的显 示列 表技术 , 对海 量 S L文件 的 T   快速读取和显示进行 了研究 。实验结果 表 明, 文方法 具  本 有较高 的时间效率 , Sr c 和 R p Fr 较 ua r fe ai o d m软件提高效率 

中, 将进一步研究几 何与拓 扑压 缩 以及 内存 数据结构 的融 
合技术 , 以便在实现效率 提高的同时减少 内存 消耗 。   ( 下转 第 95页 ) 7  

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第8 期 

=  

=  

=  



孟庆鑫 等 : 穿地龙” “ 机器人 的设计与综合 

95 7 

删  
∞  

使 用要 求等优点 , 因而 , 具有很大 的应 用前景 。  
(7   1)

\ \    

[ 考文献 ] 参  
刘沙. 冲击矛 和夯管 锤 综述 [ ] 非开 挖技术 , 0 ,9 5 : J. 2 2 1( ) 0  
2 ~2   O 3

r  

= L 

{ =  Y 0 Ⅳ 【 :    0

() 1 \8  

何官章. 国外非 开挖 铺 管设备 一 览 [ ] 非 开挖技 术 , 0 , J. 2 3  0
2( )2 0 1 :0~2  3

为 了实现“ 地龙 ” 穿 机器人运 动轨迹仿真 , 利用上 面推 
导 的数学 模型 , 用 M T A 采 A L B语 言 进 行 了仿 真程 序 的编  制, 得到了预期 的仿 真结果如 图 9所 示。  
O  


S r   .G a els   i n a a [ .B rn V r g r t t nD rb noe Et g b u M] e i : e a  n   e i r u l l E s
&Sh 20  o n. 0 3



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一  
1j   1J   1J   1;  

P u H m at o   dr m n  u m n[ ] oD g n  a l .I pc m l a   m i e i etJ .N - i I -     en a gq p  
tr ain l19 ( ):0~ 2 en t a,9 8, 1 3 3   o
P n    .e  1 Deeo me to  e gJM ta. v lp n fKCM1 0 se rb arp wee   3  Iea k i—o rd

ip   o  r icoabr gJ. e  ien e n l  m  ̄t l f  r tnl on[] N wPpl e c o - m eode i   i i T h o
ge , eui  n   ae ,0 3,2 :16 is S c r ya d Sf ̄ 2 0 ( ) 3 7~17  t 33

王茁 . 穿地龙 ” “ 机器 人关键技术 研究与 样机研制 [ ] 哈尔  D.
滨: 哈尔滨工程大学 ,0 3 20  

蔡自 . 兴 机器 人学[ . M] 北京 : 清华 大学出版社 , 0   2 0 0
1j  

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图9 轨迹规划 曲线 

盂庆 鑫等. 穿地 龙” “ 机器 人总体 方案 分析 与研究 [] 哈尔  J.
滨 工程 大 学 学 报 .03,3)2 2~ 9  2 0 ( :9 2 5

通过 “ 穿地 龙 ” 器  机 人的穿孔 实验 ( 图 1   如 0) 来 验 证 仿 真 结 果 的 可 

( 上接第 9 8页 ) 3  

靠性 。   从 实 验 中, 集 了  采
“ 穿地龙 ” 机器人 转 向行 

[ 考文献 ] 参  
吕京国 , 黄国满 , 明辉等 .用 V s l 杨 i a C++ 实现 大数据量  u 

走轨迹坐标如 图 1 的实  1

验数据 , 坐标轴 轴 为人  土深度 , 轴为转向高度 , 图 1 机器人穿土实验照片  Y   O
从实验中可以得 出头部 的偏转 能够 实现一 定 曲率 的穿 孑  L 作业 , 而证 明了轨 迹规划 的可靠性 。 从  

的快速存取 []测绘科学 , 022 ( )2 3  J. 20 ,7 3 : 9~ 2
崔树标 , 张宜生 , 梁书 云等.S L面片 中冗余 顶点 的快速滤  T

除算法及其应用 [] 中国机 械工程 , 011 ( )13 15 J. 20 , 2 : ~ 7  2 7
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( )6 6 :9~7  2

黄常标 。 林俊义 , 开勇. 江 快速 成形 中 S L文件 拓扑信息 的  T 快速建立 [ ]现 代制造 工程 , 0 4 ( ) 1 — 8 J. 2 0 ,8 :6 1  郎必华 , 郭阳 , 林亨 , 张伟. T S L模型 的立体显示及 其多屏拼  接[ ] 系统仿真学 报 , 04 1 ( )7 0~ 4   J. 2 0 ,6 4 :4 7 4 [ ] ai J K ul si i M C ++6 0 术内幕( 四 美 D v   rg nk d. i .Vs   u . 技 第   版 )[ . M] 北京 : 清华大学 出版社 , 9 9 19  
Ed e ra e  J Co n cii   o rsin frtin l  s G g be kr R . n e t t c mp e so o r ge me h ̄  vy a

[ ] E E T a sc o s o   i a z t n a d C m ue  J .I E   r nat n   n V s l a o   n   o p t i ui i r 图 1 轨迹实验数据  1
Grp is 9 9, 1 :7~6  a hc ,19 5( )4 1

朱战立 , 刘天 时. 据结构 ( 数 使用 C语言 ) M . [ ] 西安 : 西安交 

6 结束 语 

通大学 出版社 , 9 9 19 

本文针对 目前地 下管 线 的非 开挖 技术 的 发展 现 状提  出了“ 穿地龙 ” 机器人 的总体 方案 设计 , 进 行 了分析 , 并 采  用气动 冲击前进 驱动 机构 , 计 了转 向机构 , 检测 与控  设 及
制系统 。  

彭群生, 鲍虎 军 。 小 刚. 算机 真实 感 图 形 的算 法 基 础  金 计 [ . M] 北京 : 科学 出版社 , 9 9 1 9 

通过 轨迹仿 真 , 可以得到 “ 穿地龙” 机器人在土 中的规  划轨迹 , 为机器人的运动仿 真和工作 过程 中机器人 的轨 迹 
控制打下了基础。  

“ 穿地龙 ” 机器人具 有操 作 简单 , 格低 廉 , 能满 足  价 性


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