ГОСТ Р 57591-2017 "Аддитивные технологические процессы. Базовые принципы. Часть 4. Обработка данных"
ГОСТ Р 57591-2017
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ. БАЗОВЫЕ ПРИНЦИПЫ - часть 4
Обработка данных
Additive processes. Basic principles. Part 4. Dataprocessing
ОКС 71.020
71.100.01
77.160
Дата введения 2017-12-01
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным унитарным предприятием "Всероссийский научно-исследовательский институт стандартизации и сертификации в машиностроении" (ВНИИНМАШ), Акционерным обществом "Наука и инновации" (АО "Наука и инновации")
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 182 "Аддитивные технологии"
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ
4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
5 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Апрель 2019 г.
Правила применения настоящего стандарта установлены в . Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок-в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)
1 Область применения
Настоящий стандарт содержит требования к формату файлов для аддитивного производства (AMF), которые используются для коммуникационной (для обмена данных) электронной геометрической модели аддитивного производства, включающей в себя пространственное описание геометрии поверхности, со встроенной поддержкой для цвета, материалов, сеток координат, групп элементов и метаданных.
Для поддержки совместимости со стандартами аддитивного производства файлы AMF могут быть использованы только при условии соблюдения настоящего стандарта и при условии использования расширяемого языка разметки (XML) (см. [1]).
Объединение XML и AMF возможно в соответствии со стандартами ISO и ASTM. Руководство по осуществлению такого объединения представлено в приложении А.
Настоящий стандарт не устанавливает каких-либо четких механизмов обеспечения целостности данных, электронных подписей и шифрования.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
Единая система конструкторской документации (ЕСКД). Правила передачи электронных конструкторских документов. Общие положения
Организация данных в системах обработки данных. Термины и определения
Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Термины, определения и сокращения
3.1 Термины и определения
В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:
3.1.1 потребитель AMF: Программное обеспечение для чтения файлов аддитивного производства (AMF), используемых для изготовления, визуализации или анализа.
Примечание - AMF-файлы также используются для просмотра, анализа и верификации программного обеспечения.
3.1.2 редактор AMF: Программное обеспечение для считывания и перезаписи файлов аддитивного производства (AMF) при их преобразовании.
Примечание - Редактор AMF используется для преобразования AMF из одной формы в другую (например, когда необходимо преобразовать все изогнутые треугольники в плоские треугольники).
3.1.3 производитель AMF: Файл программного обеспечения для записи (генерации) файла аддитивного производства (AMF) по исходным геометрическим данным.
Примечание - AMF-файлы обычно экспортируются автоматически из программного обеспечения для проектирования (САПР), сканирования или непосредственно из алгоритмов вычислительной геометрии.
3.1.4 атрибут: Характеристика данных, представляющих собой один или более аспектов или дескрипторов данных в элементе.
3.1.5 редактор: Все элементы текста, связанные с файлами аддитивного производства (AMF).
Примечание - AMF-файлы обычно экспортируются автоматически из программного обеспечения для проектирования (САПР), сканирования или непосредственно из алгоритмов вычислительной геометрии.
3.1.6 элемент: Информация в XML-документе, состоящая из открывающего тега, конца тега, содержимого между тегами и атрибутами;
3.1.7 расширяемый язык разметки, XML; eXtensible Markup Language. Рекомендован Консорциумом Всемирной паутины (W3C): Стандарт Консорциума Всемирной паутины, разработанный для пометки информации, содержащейся в документах, предлагающий средства для предоставления содержимого в одинаково хорошо удобном формате для чтения человеком и компьютерными программами.
Примечание - Благодаря использованию настраиваемого стиля таблиц и схем, информация может быть представлена унифицированным способом, позволяющим обмен как информацией (данными), так и форматом (метаданными).
| 3.1.8 набор данных: Идентифицированная совокупность физических записей, организованная одним из установленных в системе обработки данных способов и представляющая файлы или части файлов в среде хранения. [, ] |
| 3.1.9 информационный объект: Идентифицированная (наименованная) совокупность данных в информационной системе, обладающая набором атрибутов (характеристик). [, ] |
3.2 Сокращения
| AMF | - | формат компьютерных данных, альтернативный формату Stl., применяемому с 1987 г. в качестве базового для передачи данных компьютерной 3D-модели в аддитивную машину для построения физической модели. AMF базируется на языке EML (Extensible Markup Language - расширяемый язык разметки) и поддерживает размерность, цвет, текстуру, триангуляцию, сетчатые структуры, которые Stl-формат не поддерживает; более компактный, чем Stl-файл; |
| XML | - | текстовый файл, содержащий список элементов и атрибутов; |
| Бит | - | Единица измерения информации в двоичной системе счисления; |
| ID | - | уникальный признак объекта, позволяющий отличать его от других объектов; |
| RGBA | - | изображение цвета материала (красный/зеленый/синий) с техникой создания эффекта полупрозрачности альфа-композитинг (англ. Alpha compositing); |
| SRGB | - | стандарт представления цветового спектра с использованием модели RGB; |
| RGB | - | аддитивная цветовая модель, описывающая способ кодирования цвета для цветовоспроизведения; |
| 2D | - | двухмерное проектирование; |
| 3D | - | трехмерное проектирование; |
| ZIP | - | формат архивации файлов и сжатия данных без потерь; |
| PRSM | - | код для псевдослучайной пространственной карты; |
| STL | - | формат файлов, применяемый с 1987 г. в качестве базового для передачи данных компьютерной 3D-модели в аддитивную машину для построения физической модели. |
4 Общие положения
4.1 Принципы форматирования
4.1.1 Существует естественный компромисс между форматом файла и его полезностью для определенных целей. Функции, предназначенные для удовлетворения одних целей, могут помешать достижению других. Требования к файлам AMF, описанные в настоящем стандарте, предназначены для решения задач, указанных в 4.1.2-4.1.7.
4.1.2 Технология независимости
AMF описывает объект таким образом, чтобы любая машина могла построить его в соответствии со своими характеристиками. Разрешение и толщина слоя построения независимы и не содержат информацию, относящуюся к какому-либо конкретному производственному процессу или методу. Это не отменяет функций, которые поддерживаются оборудованием (например, цвет, материалы и т.п.). Эти функции определены таким образом, чтобы избежать исключительности.
4.1.3 Доступность
AMF легко распознать и понять. Файлы можно читать и отлаживать в простом текстовом редакторе. Идентичная информация не хранится в нескольких местах.
4.1.4 Масштабируемость
Размер файла и время обработки хорошо масштабируются с увеличением сложности конфигурации детали и улучшением разрешающей способности, а также точности производственного оборудования. На случай, когда необходимо производство с очень высоким разрешением, предусмотрена возможность обработки больших массивов однотипных объектов (например, сеток и решеток) и криволинейных поверхностей, в том случае, когда необходимо производство с очень высоким разрешением.
4.1.5 Производительность
AMF обеспечивает разумный срок для чтения и записи, а также разумный размер файла для крупных объектов. Характеристики представлены в приложении Б.
4.1.6 Обратная совместимость
Любой существующий файл STL может быть преобразован непосредственно в файл AMF без потери информации и необходимости добавления какой-либо дополнительной информации. AMF-файлы можно легко конвертировать обратно в формат STL для использования на устаревших системах, при этом дополнительные функции будут потеряны. Этот формат поддерживает треугольную сетку геометрии поверхности.
4.1.7 Перспективы совместимости
Чтобы оставаться актуальным в быстро меняющейся отрасли, этот формат является легко расширяемым, при этом сохраняется совместимость с предыдущими версиями.
4.2 Рекомендации для включения новых элементов
4.2.1 Любой новый предложенный элемент должен применяться во всех аппаратных платформах и технологиях, которые могут быть использованы для достижения желаемого результата.
4.2.2 Новые элементы, предложенные в настоящем стандарте, описываются объектами, а не способами их построения. Например, в будущем элемент может быть использован в виде пустого объема, если это возможно. Однако элемент , в котором описывается создание полого объема, не предполагает особый процесс изготовления.
5 Структура данной спецификации
5.1 Формат
Информация, указанная в спецификации, сохраняется в формате XML 1.0. XML - это текстовый файл, содержащий список элементов и атрибутов. Применяя этот широко принятый формат данных, возможно использовать множество инструментов для создания, просмотра, манипулирования, обработки и хранения AMF-файлов. XML является удобочитаемым для человека. XML может быть сжат или зашифрован с использованием стандартных процедур.
5.2 Гибкость
А.3 Формулы для перехода от криволинейных треугольников к прямолинейным
А.3.1 Нелинейные треугольные участки с установленными нормалями поверхности или краями касательных должны быть интерполированы из их трех вершин и шести касательных векторов и/или трех нормалей поверхности с использованием кривых интерполяции Эрмита второго порядка, как описано в пунктах А.3.2-А.3.4.
А.3.2 Для каждого из трех ребер треугольника (см. (а)) выполните шаги, описанные в пунктах А.3.2.1-А.3.2.6.
|
|
а) - обозначения, используемые для разбиения кривой; б) - треугольники разделены рекурсивно в глубину до пяти
Рисунок А.1 - Типы треугольников, используемых в сетке
Примечание - На рисунке показан пример сферической поверхности, содержащей 320 треугольников, каждый разделен на 16 субтреугольников, используя процедуру, описанную в пункте А.3.
А.3.2.1 Если нормаль в точке
не была установлена явно с помощью элемента , вычислить нормаль
можно путем вычисления декартова произведения между двумя краевыми касательными, сходящимися в этой точке. Для этого вычисления используют краевые касательные, указанные элементом , если таковые имеются, от А.3.2.6, выполненные в предшествующем уровне рекурсии или, если ни один из этих вариантов не доступен, используют прямые линии, соединяющие конечные точки.
А.3.2.2 Повторяют действия пункта А.3.2.1 для нормали в точке
.
А.3.2.3 Если тангенс не указан явно в элементе или предыдущей рекурсии, вычисляют касательный вектор
таким образом, чтобы он был перпендикулярен к нормали
и находился в плоскости, определяемой нормалью и вектором, соединяющим две вершины
и
. Для расчета
используется формула (А.1), при этом
:
(А.1)
А.3.2.4 Повторяют действия пункта А.3.2.1 для тангенса в точке
.
А.3.2.5 Центральную точку 
рассчитывают с помощью интерполяционной кривой Эрмита второго порядка, в соответствии с формулой (А.2):
. (A.2)
А.3.2.6 Центральную касательную 
рассчитывают с помощью интерполяции кривой Эрмита второго порядка, в соответствии с формулой (А.3):
. (A.3)
A.3.3 Используя полученные три новых вершины и нормали, делят треугольник на четыре подгруппы треугольников.
А.3.4 Повторяют рекурсивно действия пункта А.3.3 для каждого треугольника на глубину до пяти (см. (б)).
А.4 Код для псевдослучайной пространственной карты (PRSM)
Цель функции случайных значений (rand) - построить псевдослучайные текстуры, которые будут использоваться в построении объекта. Случайные (х, у), случайные (х, у, z) и случайные (х, у, z, k) возвращают постоянное случайное число в зависимости от установленной координаты. Эти функции позволяют получать 2D- или 3D-координаты в интервале [0,1] (без учета 1). Возвращаемое число должно быть все время постоянным. Если k=1, то второй номер может быть возвращен для этой координаты. Третий номер может быть возвращен для координаты с k=2 и так далее. Пример реализации кода С++ для rsm (х, у, z, k) приведен на .
|
|
Рисунок А.2 - Пример реализации кода C++ для PRSM-функции
Приложение Б
(справочное)
Данные о производительности и будущие возможности
Целью данной спецификации является определение требований к AMF в части оптимального времени чтения и анализа файлов, а также его размеров в зависимости от объема содержащихся данных. В таблице Б.1 приведены статистические данные по эффективному размеру файлов в зависимости от количества треугольников, описывающих объект. Время обработки файла определяется как время, которое необходимо на чтение и анализ данных, содержащихся в файле.
Примечание - Время, необходимое на чтение и анализ файла, невелико по сравнению с общим временем, необходимым для обработки файла в процессе изготовления объекта.
Таблица Б.1 - Размер файлов
| Количество | Двоичный Формат STL (несжатый) | Двоичный Формат STL (сжатый) | AMF (несжатый) | AMF (сжатый) |
| 1016388 | 49,6 Мb | 25,3 Мb | 205,9 Mb | 12,2 Мb |
| 100536 | 4,9 Мb | 2,3 Mb | 20,1 Мb | 1,2 Мb |
| 10592 | 518 K | 249 K | 2,1 Мb | 129 K |
| 1036 | 51 K | 20 K | 203 K | 12 K |
Таблица Б.2 - Время записи (в секундах)
| Количество | Двоичный Формат STL (несжатый) | Двоичный Формат STL | AMF (несжатый) | AMF (сжатый) |
| 1016388 | 0,372 | ~3,4 | 6,8 | 15,5 |
| 100536 | 0,038 | 0,038 | 0,79 | 1,78 |
| 10592 | 0,005 | 0,005 | 0,11 | 0,21 |
| 1036 | 0,001 | 0,001 | 0,06 | 0,06 |
Таблица Б.3 - Время чтения и анализа (в секундах)
| Количество | Двоичный Формат STL (несжатый) | Двоичный Формат STL (сжатый) | AMF (несжатый) | AMF (сжатый) |
| 1016388 | 0,384 | ~1,3 | 6,447 | 6,447 |
| 100536 | 0,043 | 0,043 | 0,669 | 0,687 |
| 10592 | 0,005 | 0,005 | 0,107 | 0,107 |
| 1036 | 0,001 | 0,001 | 0,056 | 0,056 |
Таблица Б.4 - Точность (погрешность вычисляется на единичной сфере)
| Количество треугольников | STL | AMF (с нормалями) |
| 20 | 0,102673 | 0,006777 |
| 80 | 0,032914 | 0,000788 |
| 320 | 0,008877 | 8,28Е |
| 1280 | 0,001893 | 1,01Е |
| 5120 | 0,000455 | 1,95Е |
| 20480 | 1,13Е | 4,51Е |
| 81920 | 2,81 Е | 1,11Е |
| 327680 | 7,03Е | 2,75Е |
| 1310720 | 1,76Е | 6,87Е |
Библиография
| [1] | W3C | Extensible Markup Language (XML)1.0 (Fifth Edition). W3C,2008, www.w3.оrg/TR/RЕС-xml |
| [2] | IЕС 61966-2-1* | Multimedia systems and equipment - Colour measurement and management - Part 2-1: Colour management - Default RGB colour space - sRGB |
| ________________ * Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в . - Примечание изготовителя базы данных. | ||
| [3] | File Format Specification Z.I.P. | Version: 6.3.4. PKWARE Inc., 2014, |
| [4] | Info-ZIP | www.info-zip.org |
| УДК 774:002:006.354 | ОКС | 71.020 |
| 71.100.01 | ||
| 77.160 | ||
| Ключевые слова: аддитивные технологии, аддитивные технологические процессы, базовые принципы | ||
Электронный текст документа
подготовлен АО "Кодекс" и сверен по:
официальное издание
М.: Стандартинформ, 2019