三维造型技术发展史综述

三维建模技术三维建模技术是研究计算机上机型的空间整体的显示、存储、处理的技术，是利用计算机系统来记述物体的形状的技术。 利用一系列数据来表征身体，如何控制和处理这些数据是几何造型中的重要技术。首先，了解三维建模技术的发展史。三维建模技术的诞生首先是CAD技术。 三维建模技术是随着CAD技术的发展而发展的。 CAD是早期英语computer aided drafting的缩写，CAD技术是综合机械计算机图形学、数据库、互联网通信等计算机与其他领域知识的高新技术，是先进制造技术的重要组成部分，提高设计水平，缩短产品开发周期，提高行业竞争力随着计算机硬件、软件技术的发展，逐渐认识到光靠计算机绘图不能说是计算机辅助技术。 真正的设计是产品整体的设计，包括产品的构想、功能设计、机构分析、加工制造等，二维图纸设计只是产品设计的一个小部分。 在CAD技术发展初期，CAD仅限于计算机辅助图纸，随着三维建模技术的发展，CAD技术从二维平面图纸发展为三维产品建模，产生了三维线框模型、曲面模型、实体建模技术。 当前参数化和变量化设计思想和特征模型代表了当前CAD技术的发展方向。进入70年代，正值飞机和汽车工业的蓬勃发展时期。 在此期间，飞机和汽车的制造出现了很多自由曲面问题，当时只能用多剖面图、特征性纬线的方法近似表现设计的曲面。 由于三图表现的不完整，很难满足设计者的要求。 此时，法国人贝塞尔提出了贝塞尔算法，使人们能够在计算机处理曲面和曲线问题时进行操作。 法国的达索飞机制造公司开发了三维曲面造型系统CATIA，带来了首次CAD技术革命。进入20世纪80年代，CAD价格依然令一般企业失望，CAD技术无法拥有更广阔的市场。 由于表面模型技术只能表现身体的表面信息，因此难以正确地表现部件的其他特性，例如质量、重心、转动惯量等，这对CAE是非常不利的。 基于对CAD/CAE一体化技术发展的探索，SDRC公司在美国航空和航天局的支持下，于1979年在世界上首次发布了基于实体造型技术的大型CAD/CAE软件I-DEAS。 由于实体模型能够正确表现零件的所有属性，理论上统一CAD/CAE/CAM带来了CAD发展史上的第二次技术革命。20世纪80年代后期，计算机技术发展迅速，硬件成本大幅下降，CAD技术硬件平台从20万美元下降到了数万美元。 许多中小企业也可以利用CAD技术了。 1988年，参数技术公司采用面向对象的统一数据库和全参数化造型技术开发了Pro/E软件，为三维实体造型提供了优秀的平台。 参数化主体思想与几何约束、工程方程相关，描述了产品模型的形状特征，完成了一系列形状和功能相似的设计方案。 由于目前能够处理的集约类型基本上是构成产品泡沫的集实体的公称尺寸关系和尺寸之间的工程关系，参数形状技术也称为尺寸驱动几何技术。 带来了CAD发展史上的第三次技术革命。在参数化技术中，设计者必须在设计初期和全过程中配合形状和尺寸进行考虑，通过尺寸约束来控制形状，通过尺寸的变化来驱动形状的变化，全部以尺寸(即参数)为起点来阻碍设计者创造性和想象力的发挥。 因此，SDRC的开发者以参数化技术为基础，提出了比参数化技术更先进的变量化技术，1993年推出新的体系结果I-DEAS Msater Series软件带来了CAD发展史上的第四次技术革命。 可变技术不像参数化技术那样仅约束尺寸中的所有几何，而是将参数化技术中定义的尺寸“参数”进一步区分为形状约束和尺寸约束。 除了考虑几何约束外，在可变设计中，可以将设计关系作为约束直接与几何方程相关联地求解，不需要创建单独的模型。基于特征的参数化形状在三维形状中占有重要的位置，因此介绍参数化形状首先，特征是所接受的对象的几何、功能元素和属性，并且通过它们能够很好地理解对象的功能、动作和操纵。 还使用了更严格的定义。 特征是几何原型的轮廓，包括工程意义和含义。 特征在这里不是普通的体素，而是封装了各种属性和功能的功能要素。目前特征的分类还没有统一的体制。 通常，特征分为形状特征和面向处理的特征。 造型特征(也称为形状特征)是指实际构成零件的特征，而面向处理的特征实际上不参与零件几何形状的结构。 造型特征进一步分为基本特征和次要特征，基本特征是组成零件主要形状的特征，次要特征是修改基本特征的特征，通常分为正和负特征。 面向处理的特征可细分为精度特征、技术要求特征、材料特征和组件特征。因此，我们可以利用高层次的含义丰富的特征来代替简单的原始几何要素，以一定的组合规律进行建模，这是一种特征造型。 显示和创建特征至关重要。 面向对象技术的建立和发展，特别是随着包和继承的概念，解决了可扩展性和数据结构的复杂性，特征可以只包含必要的信息，必要时可以通过继承添加必要的信息，强有力地支持特征的形状。关于特征的说明。在基于特征的造型中特征的描述很重要，特征描述应包括几何形状的表现及相关处理机制和特征的上层语义信息，目前主要研究形状特征。 特征(特别是意义特征)是由三种属性描述的几何对象，其中数据属性包括静态特征信息，规则或方法属性定义特征特定的设计和制造属性，关系属性表示特征之间的位置关系。 形状特征实际上是几何实体无意义的结构组合，形状特征与特征之间存在一对多的关系，体现了特征应用的多视角。 通常，形状特性的描述包括边界保留(b-rep )、结构化固态几何(CSG )、混合方法等。 然而，在CAD应用中，参数化设计应用越来越广泛，参数化设计可以应用于特征设计，特征可以调整，主要针对特征的几何和拓扑信息。 可以使用混合方法创建特征模型，并在特征建模中引入参数化方法，以便可以根据需要调整形状特征的变化。 它基于特征参数化设计。特征的描述可以面向对象语言描述，包括特征所需的信息，利用成员变量表示特征的静态属性或与其他特征的关系属性，利用成员函数描述特征特定的设计、制造、行为规则的方法，通过继承产生新的特征，发展现有的特征，造型时的二创建特征类的关键是如何描述形状特征。 创建“形状”特征的过程可视为满足约束的过程，设计本质上通过提取特征的有效约束来创建约束模型并解决约束(也称为可变设计)。 在类中，形状特征量可以被分解成多个成员变量，并且这些变量可以使用成员函数(进行约束解析)来连接，以使得特征量的轮廓通过用图形示出的成员函数可见。 这些约束条件通常随产品功能、产品结构强度刚度和制造过程而变化，将这些约束条件集成到设计目标中，映射到特定几何图形和拓扑结构，然后变为约束条件。在国外，约束通常分为基础约束、尺寸约束、几何约束和拓扑约束。 拓扑约束用于约束元件的结构，几何约束用于约束每个几何图元的固定链接，尺寸约束用于约束每个几何图元的尺寸尺寸，基础约束用于描述图元相对于其他图元的位置。 在国内许多文章中，将这些约束统称为几何约束，分为尺寸约束和拓扑约束，拓扑约束包括本文中的几何约束和拓扑约束)导出每个形状结构的位置和形状参数作为构成几何或拓扑结构的几何元素和表面轮廓元素混合法来表现特征的几何要素结构可采用一个双向链路表示法来表示，是多个实体结构，实体结构(一个结构表示法)是用B-REP表示的线、面等要素的集合。 目前，使用数据库对读取标准和测量实体(包括点、线、面在内，对今后造型时的特征位置至关重要，形状特征发生时的基础是正特征还是负特征，材料信息、公差信息、制造信息、功能信息等的制约(用于确定各几何要素的尺寸、关系、位置构造，构造函数对特征进行初始化， 记述了希望存储各默认参数的其他几个函数计算约束求解，分配给各体素，定位各体素，实现特征调整后各体素的联动与合作，完成特征的行为(特征在今后的造型中通过布尔运算进行特征造型) 因此，如上所述，可以产生特征描述模型。 重要的是形状特征的描述，形状特征必须包含其元素(构成几何的元素)与几何元素之间的关系。 形状特征的构成可以用CSG法、B-REP法、混合法表示，一般采用混合法较好，消除B-REP法的不唯一性，避免CSG法的抽象性，整体采用CSG法，其中应用B-REP的表现法，结合了两者的优点。 使用B-REP法表现最基本的实体(也称为最基本的没有语义信息的特征)，追加参数变量记述尺寸和关系，使参数变量化设计成为可能。 基于上述CSG方法的结构特征模型(即复合特征)可以在应用中的特征造型上通过基于实体的布尔运算来建模。 对于几何图元关系，必须使用约束进行可变设计，以定义尺寸大小、相对几何关系(相切、平行、垂直等)和拓扑。新特征从旧特征继承下来，可以添加必要的新信息，一般是形状特征的扩展。 特征构造的描述也很重要，实体的表示是其重要因素，实体的表示是结构结构，需要用于描述B-REP模型的结构结构，一般所需的线、框、面的参数变量包含在链接表中。 目前的趋势是部署资料库介面，让资料成员可以从资料库存取。有产品的说明。产品说明是形状特征的集合，形状特征具有与其对应的结构和关系固定的几何图形元素，而产品几何模型可以使用实体、曲面和线框模型作为几乎由许多几何图形元素组成的几何图形元素。 这些体素通过约束连接。 特征的构成表示的实体通过拓扑运算构建必要的产品，特征的成员变量中的标准用于定位，正负特征决定是根据该特征追加还是删除。 所有产品都可以由描述产品组件的特征链接表、尺寸、几何、表示结构的参数变量、参数化调整时产品的参数变量以及包含特征关系和调整产品尺寸结构约束的结构表示。基于特征的参数化设计将基于特征的设计与参