5. CẤU TRÚC DỮ LIỆU VÀ TIÊU CHUẨN ĐỒ HOẠ pot

5.1 CẤU TRÚC DỮ LIỆU• Cấu trúc dữ liệu là một tập các dữ liệu có mối quan hệ với nhau theo một quy luật nhất định • Theo quan điểm CAD/CAM cấu trúc dữ liệu là một sơ đồ logic hay tuần tự

5.1 CẤU TRÚC DỮ LIỆU

• Cấu trúc dữ liệu là một tập các dữ liệu có mối quan hệ với nhau theo một quy luật nhất định

• Theo quan điểm CAD/CAM cấu trúc dữ liệu là một sơ

đồ logic hay tuần tự các bước lưu trữ các dữ liệu

• Chức năng chính của cấu trúc dữ liệu là cho phép xử lý

dữ liệu trên màn hình như zoom, pan, giao tiếp với

người dùng, đặc biệt là những chức năng chỉnh lý như trim, fillet, stretch, đánh giá các tính chất như diện

Hệ thống quản lý dữ liệu

(DBMS-DataBase Management System)

• Là phần mềm cho phép truy xuất để sử dụng và biến đổi dữ liệu trong database

• DBMS tạo ra một lớp giữa cơ sở dữ liệu vật lý và người sử dụng

Đặc điểm dữ liệu CAD/CAM

• Sản phẩm thiết kế có thể rất lớn với hàng triệu chi tiết và các cụm lắp phụ thuộc lẫn nhau

• Thiết kế có thể thay đổi theo thời gian

• Mỗi chi tiết có thể thay đổi

• Hàng trăm người có thể làm việc trong cùng một thiết kế

Lưu trữ và truy xuất dữ liệu

• Dạng tuần tự: năng suất thấp

• Ngẫu nhiên: năng suất cao

• Do đó các file chứa dữ liệu đồ hoạ được lưu dưới dạng truy xuất ngẫu nhiên và tất cả các file liên kết với nhau bằng mũi tên

• Bản ghi chính có tên là "Head record", từ đây các mũi tên chỉa đến tất cả các dữ liệu khác theo một trật

Cơ sở dữ liệu - Database

• Mục đích của database là thu thập và lưu trữ dữ liệu trong bộ nhớ trung tâm để dễ truy xuất và xử lý

• Ưu điểm của việc quản lý tập trung dữ liệu là:

• Hạn chế trùng lặp

– Rất quan trọng trong việc tích hợp CAD/CAM

– Dữ liệu phải đủ phong phú để hỗ trợ thiết kế và chế tạo sản phẩm.

– Hạn chế những mâu thuẫn hay không phù hợp khi truy xuất cho các ứng dụng khác nhau

• Tăng cường tiêu chuẩn

– Việc kiểm soát tập trung tăng cường được tiêu chuẩn cấu trúc dữ liệu

• Bảo mật

– Việc truy xuất dữ liệu phải được kiểm tra và kiểm soát bằng mã đăng ký sử dụng các vùng khác nhau của database

• Duy trì tính thống nhất

– Tính thống nhất đảm bảo tính chính xác của dữ liệu– Thiếu tính thống nhất có thể dẫn đến việc nhập dữ liệu không phù hợp

CAD/CAM Database

• CAD/CAM database phải có khả năng lưu dữ liệu

ảnh, dữ liệu chữ và số

• Những mô hình database thông dụng là:

– hierarchical database = cơ sở dữ liệu thứ bậc

– network database = cơ sở dữ liệu mạng

– relational database = cơ sở dữ liệu quan hệ

– object-oriented database = cơ sở dữ liệu hướng đối tượng

• Hierarchical database (1950-1975)

– Dữ liệu có cấu trúc cây

– Đỉnh của cây thường gọi là root = gốc, có thứ bậc cao nhất trong số các cấp bậc

• Là một giải pháp đặc biệt cần ngay cho các ứng dụng thực tế

• Già cỗi nhất trong các hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu là IMS của IBM dùng để tổ chức và lưu trữ thông tin cho dự án nghiên cứu việc hạ cánh của phi thuyền Apollo, ra đời năm 1968

Ưu điểm: Xử lý dữ liệu hiệu quả, cấu trúc quen thuộc

cho việc lập trình, đảm bảo dự đoán công việc vì biết trước tất cả đường dẫn

Nhược điểm:

Cơ sở dữ liệu kiểu mạng

• Giống như cấu trúc nhị phân

• Phạm vi kết nối tuỳ thuộc vào mối quan hệ Many

- to many, many - to - one, hay one - to - one

Sơ đồ cấu trúc dữ liệu

Nhược điểm của cơ sở dữ liệu

 Hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu quan hệ giúp vượt qua được những vấn đề trên

Mô hình cơ sở dữ liệu quan hệ

Lịch sử của mô hình quan hệ

• Mô hình đầu tiên do E F Codd đề nghị năm 1970,

• Hệ thống cơ sở dữ liệu quan hệ đầu tiên , hệ thống

Đặc điểm của mô hình

cơ sở dữ liệu quan hệ

• Dữ liệu được lưu trong các bảng có mối quan hệ với nhau, gọi là bảng quan hệ

• Dữ liệu có tính độc lập cao, nghĩa là chương trình

ứng dụng không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi cách biểu diễn dữ liệu bên trong

• Các quan hệ có thể được truy xuất tuần tự hay ngẫu nhiên

• Đảm bảo các kỹ thuật giải quyết các vấn đề liên quan

cột bảng

Bậc Tổng = hàng x cột

Eno = employee number

Nhược điểm của

cơ sở dữ liệu quan hệ

• Các bảng có cấu trúc quá tải về ngôn ngữ: do một kiểu cấu trúc dùng để mô tả đủ loại thông tin (các phần tử, các mối quan hệ, các đặc thù), một bảng không thể đủ để diễn tả dữ liệu và các quan hệ

• Được thiết kế cho dữ liệu đồng nhất: cho rằng tất cả các dữ liệu có cùng cấu trúc.

• Không có kiểu dữ liệu mới được thêm vào sau khi bảng đã hình thành

• Số phép toán hạn chế, không thể thêm sau khi dựng bảng

Mô hình cơ sở dữ liệu hướng đối tượng (ODBMS)

• Object-oriented database

– Dữ liệu được lưu và truy xuất dưới dạng các đối

tượng thiết kế– Các đối tượng thiết kế là cơ sở đảm bảo tính thống nhất để chèn, xoá, sửa chữa đối tượng thành viên.– Mô hình cơ sở dữ liệu hướng đối tượng phải có tính trọn vẹn và thống nhất tốt để truy xuất cho các ứng dụng

Ưu điểm của ODBMS

• Khả năng mô hình hoá phong phú

• Có tính mở rộng

• Loại trừ được sự không phù hợp

• Ngôn ngữ tham vấn dễ hiểu hơn

• Dễ ứng dụng cho các cơ sở dữ liệu nâng cao

Nhược điểm của ODBMS

• Thiếu mô hình dữ liệu vạn năng

• Thiếu tiêu chuẩn

So sánh mô hình hướng đối tượng và mô hình quan hệ

Class giống như Relation nhưng có thêm tính kế thừa

Object Instance giống như Tuple (hàng) nhưng có thể mang bất kỳ cấu trúc

dữ liệu nào hỗ trợ bởi ngôn ngữ định hướng đối tượng như Java, C++

Attribute giống như Column nhưng có thể mang bất kỳ dạng dữ liệu nào

như Java hay C++, kể cả việc tham chiếu tới các đối tượng khác.

So sánh thị trường của các dạng cơ sở

dữ liệu

Relational Database

Object-Oriented Database

Pre & Post relational Database

Thị trường của cơ sở dữ

• Các hệ thống CAD/CAM hiện tại chủ yếu sử dụng hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu quan hệ.

• Hiểu được nguyên tắc của việc tổ chức quản lý dữ liệu trong các phần mềm CAD/CAM sẽ giúp người dùng sử dụng phần

5.2 TIÊU CHUẨN ĐỒ HỌA

SỰ CẦN THIẾT PHẢI CÓ TIÊU CHUẨN ĐỒ HOẠ

• Vào những năm đầu của đồ họa máy tính (1963-1974), phần mềm đồ họa được thiết kế phải phụ thuộc vào phần cứng được sử dụng Việc này gây khó khăn cho cả người dùng lẫn người bán

• Do đó cần thiết phải có các chuẩn đồ họa

Yêu cầu đ i v i ối với ới các tiêu chuẩn đồ hoạ

• Dễ lưu động (portable): Có thể dùng cho nhiều loại màn hình

(thí dụ viết cho màn hình kiểu ống lưu ảnh trực tiếp - DVST (Direct-view storage tube) nhưng có thể dùng được với loại quét mành - Raster ).

 việc mô tả và lưu trữ hình ảnh phải không phụ thuộc màn hình.

• Văn bản phải dễ lưu động: văn bản (text) phải không phụ

thuộc phần cứng.

• Cơ sở dữ liệu của đối tượng phải dễ chuyển đổi Người dùng

hệ thống CAD/CAM phải truyền được dữ liệu từ hệ thống CAD/CAM này sang một hệ thống CAD/CAM khác khi cần

Để phát triển các tiêu chuẩn đồ họa

đã có những hoạt động sau

• Ủy ban kế hoạch phát triển đồ họa (GSPC) Graphic Standards Planning Comitee được thành lập năm

1974 bởi ACM – SIGGRAPH.

• Ủy ban phát triển tiêu chuẩn đồ họa được thành lập

Một số tiêu chuẩn đồ họa điển hình

• 1.Tiêu chuẩn SIGGraph Core:

• (Special Interest Group on Graphics (SIGGraph) of the

Association for Computing Machinary ( ACM))

bảo một hệ thống lệnh chuẩn hóa

2.Tiêu chuẩn GKS (Graphic Kernel System)

• Đặc điểm của GKS: (Do DIN - Deutsches Institut fur

Normung - phát triển và công nhận là chuẩn mực đồ họa của ANSI- American National Standards Institute và ISO – International Organization for Standardization):

* Device independente: Không phụ thuộc thiết bị: Tiêu chuẩn không yêu cầu thiết bị xuất nhập có gì đặc biệt.

* Text/ Annotation: Toàn bộ text/annotation là viết bằng ngôn ngữ tự nhiên như tiếng Anh.

* Display management: Các chức năng quản lý màn hình,

điều khiển chuột và các yếu tố khác hoàn toàn được đảm bảo.

* Graphics Function: Các chức năng đồ họa 2D và 3D được

• GKS đề nghị 2 chương trình để xác định hình ảnh do người dùng dựng nên:

2.Tiêu chuẩn GKS (Graphic Kernel System)

Các chức năng hình học cơ sở

 Polyline: Để vẽ các đoạn thẳng nối tiếp

nhau

 Polymarker: Để vẽ một tập các dấu hiệu

hoặc hình thể

 Fill Area: Để vẽ Polygon và miền bao kín

 Text: Để tạo các chữ

 GDP ( Generized Drawing Primitives): Để

xác định các đối tượng tiêu chuẩn như vòng tròn, ellipse,

Các chức năng tạo đặc tính

• Xác định sự thể hiện màu hoặc dạng

đường của hình ảnh

• Mặc dù sự phát triển của GKS bị ảnh hưởng bởi hệ thống CORE, hai hệ thống này có những điểm khác nhau và do hệ thống CORE còn tồn tại nhiều nhược điểm nên dựa trên quan điểm công nghệ, hệ

thống CORE bị lu mờ bởi sự phát triển của

3 Tiêu chuẩn PHIGS

• (Programmer’s Hierarchical Interactive Graphics

Standard) (Tiêu chuẩn đồ họa tương tác có thứ bậc của người lập trình).

• Gồm các chức năng đồ họa 3D và di

4 GM solid:

– Do General Motors đề nghị để dùng máy tính trong việc thiết kế, phân tích và chế tạo các thành phần của ô tô và dụng cụ Các phương trình cơ bản gồm block, cylinder, Phụ thuộc vào đặc điểm của GKS

5 CGM - Computer Graphis Metafile:

Có nguồn gốc từ VDM (Virtual device metafile): xác định

các chức năng cần thiết để mô tả hình ảnh Những mô tả này có thể lưu trữ và truyền từ thiết bị đồ họa này đến thiết

bị khác VDM bây giờ được gọi là CGM (Computer

6.VDI - Virtual Device Interface :

– VDI được thiết kế để giao diện máy in với GKS hay

PHICS Nó không thể giao diện được với những trạm thiết kế thông minh hoặc môi trường nối mạng VDI giờ được gọi là CGI (Computer Graphics Interface)

1981 Nó có khả năng chuyển đổi dữ liệu của mô hình giữa các hệ thống CAD/CAM

7 IGES (initial graphics exchange specification)

8 NAPLPS (North American

presentation-level protocol syntax)

ANSYS năm 1983 Nó mô tả text và hình ảnh dưới dạng trình tự các byte trong bộ mã ASCII

• Việc hiểu biết các tiêu chuẩn này có thể được

dùng để phát triển những hệ thống CAD/CAM khác nhau

TIÊU CHUẨN CHUYỂN ĐỔI DỮ LIỆU

• - Nhiều khi cần phải chuyển các bản vẽ được vẽ trong một hệ thống này sang một hệ thống khác Thí dụ: từ

CADKEY sang AutoCAD hay từ AutoCAD sang

ANSYS, v.v…

• - Việc này yêu cầu phải viết các chương trình biên dịch giữa các phần mềm với nhau Thí dụ nếu có 5 hệ thống thì cần phải có 10 trình biên dịch

• - Để giải quyết vấn đề hóc búa này cần phải tạo ra các neutral files (các file trung hòa) Các file này có dạng chuẩn và vì thế các hệ thống CAD có thể có các chương trình tiền xử lý (Preprosessors) để chuyển các bản vẽ

của mình sang neutral file và có các chương trình hậu xử lý (Postprocessors) để chuyển các neutral file sang bản

• Biên dịch dữ liệu trực tiếp

• Sự cần thiết trao đổi dữ liệu giữa các phần mềm CAD dẫn đến nhiều tổ chức và nhóm tiêu chuẩn hóa trên thế giới phải tạo ra các tiêu chuẩn Sự phát triển các tiêu chuẩn này có 2 giai đoạn.

• Shape based format (tiêu chuẩn định dạng

dựa vào hình dạng sản phẩm)

• Product data based format (tiêu chuẩn định

dạng dựa trên dữ liệu sản phẩm)

Shape based format

• Các file chuyển đổi là các file trung hòa được định dạng dựa trên hình dạng sản phẩm Chúng có thể dùng chung cho bất cứ phần mềm nào Thuộc loại này có

– IGES – DXF

Tiêu chuẩn IGES (Initial Graphics Exchange Specification)

• Quá trình phát triển của IGES

– Ủy ban IGES được thành lập 1979 Cơ sở đầu tiên của IGES là CAD/CAM Integrated Information Network (CIIN) của hãng Boeing.

– V 1.0 ra đời năm 1980 V.1.0 –Mechanical 2D và 3D drawings

– V.2.0 – 1983 – Sculpture surface.

– V.3.0 – 1986 – AEC, Piping, v.v.

– V.4.0 - 1988 – Constructive Solid Geometry – V.5.0 – 1990 – Rationalisation of existing formats – V.6.0 – 1991 – B – REP solids.

• IGES cho phép chuyển dữ liệu từ 1 hệ thống CAD này sang 1 hệ

thống CAD khác

Phần mềm chuyển đổi dữ liệu từ một hệ thống CAD sang

IGES gọi là Preprocessor, còn phần mềm chuyển đổi dữ

liệu từ IGES sang một hệ thống CAD khác gọi là

Postprocessor Cũng như phần lớn các hệ thống CAD khác

IGES dựa trên các khái niệm về đối tượng từ đơn giản như

Tiêu chuẩn IGES (Initial Graphics Exchange Specification)

Các đối tượng trong IGES:

được chia làm 3 loại.

• a/ Hình học: Đường, đường cong, mặt v.v xác định

một đối tượng

• b/ Ghi chú: (Annotation): Dimention, notes, title block.

• c/ Structure: Phương pháp mà hệ thống CAD dùng để

phối hợp các đối tượng khác nhau để mô tả vật thể một cách dễ dàng hơn (block, v.v trong CAD systems)

• Tiêu chuẩn IGES chủ yếu là một bảng liệt kê cấu trúc và cú pháp của file trung hoà dưới dạng mã nhị phân ASCII Các bản ghi của IGES gồm có 80 cột trong đó

72 cột đầu chứa dữ liệu, 8 cột còn lại là số thứ tự của bản ghi và được dùng để định vị các bộ phận

1 Phần mở đầu: Chứa thông tin về đặc tính của hệ thống gốc

2 Phần tổng quát: Gồm có 24 trường cần thiết cho việc chuyển

đổi file Các trường này ghi các đặc tính của đối tượng cần chuyển đổi như tên file, tên người gửi, trên người nhận, tỉ lệ, đơn vị, giá trị toạ độ lớn nhất,…

3 Phần chứa các đối tượng: Là danh sách của tất cả các đối

tượng được xác định trong IGES file cùng với các đặc tính gắn liền với đối tượng như màu sắc, kiểu đường, chiều dày nét vẽ, v.v.

4 Phần dữ liệu các tham số: chứa các đặc tính của đối tượng

như giá trị các tọa độ, ghi chú, số lượng điểm dữ liệu của đường spline,… Tham số đầu tiên là kiểu đối tượng, các tham số sau là dựa trên đối tượng này Mỗi đối tượng có mũi tên

Một file IGES gồm có 5 phần

Nhược điểm của IGES

– Phức tạp và cồng kềnh– Một file IGES lớn gấp 5 lần một file đồ họa tương đương

– Một số đối tượng mà các ứng dụng CAD chuyển hay yêu cầu còn chưa thể được tạo nên

– Vì IGES được xem xét lại thường xuyên, nhiều nhược điểm có thể được khắc phục trong tương lai

Tiêu chuẩn DXF

(Data Exchange File)

– Là một dạng file trung hoà được hãng Autodesk phát triển để dùng với phần mềm AutoCAD của họ File này cho phép truyền dữ liệu giữa các sản phẩm của Autodesk hoặc chuyển đổi dữ liệu giữa những hệ thống CAD khác hỗ trợ file trung hoà này Nó được dùng rộng rãi giữa các hệ thống CAD trên cơ sở máy tính cá nhân làm công cụ lưu dữ liệu ở

Product data-based format (Định dạng file trung hoà dựa trên dữ liệu sản phẩm)

• Kinh nghiệm đạt được từ các tiêu chuẩn dựa trên việc chuyển đổi dữ liệu shape cùng với sự cần thiết phải tự động hóa các chức năng CAD/CAM dẫn đến việc phát

triển các tiêu chuẩn chuyển đổi dựa trên

dữ liệu thiết kế và chế tạo

 Tiêu chuẩn thứ nhất được phân tích là Product Data Definition Interface (PDDI) của US AIR FORCE.

 Ủy ban kỹ thuật của ISO có tên là TCI 84 (Industrial

Automation Systems) đã đưa ra tiêu chuẩn STEP

(Standard For Transfer and Exchange of Product

Model Data) vào năm 1984

 Họ đã xem xét các tiêu chuẩn IGES, SET, PDDI, và VDAFS và gần nhất là PDES và CAD-1 Ủy ban có tên là TCI 84/SC4 Nhiệm vụ của họ là phát triển 3 tiêu chuẩn quốc tế:

Tiêu chuẩn PDES

(Product Data Exchange using STEP)

• Khởi đầu vào năm 1985

• Tiêu chuẩn này được thiết kế để hỗ trợ bất kỳ một ứng dụng công nghiệp nào (cơ khí, điện, thiết kế nhà máy, kiến trúc, kỹ thuật (Engineering) và kết cấu v.v).

• Bao hàm các chức năng thiết kế, phân tích, chế tạo, đảm bảo chất lượng, thử và những hỗ trợ khác.

• Để hỗ trợ tự động hóa công nghiệp, tiêu chuẩn PDES mã hóa các thông tin ở dạng mà máy tính có thể biên dịch trực tiếp được.