建模技术及产品数据模型ppt课件

1、机内部模型的过程。 几何信息包括点、线、面、体的信息，但是只用几何信息包括点、线、面、体的信息，但是只用几何信息表示物体并不充分，会出现物体表示上的二几何信息表示物体并不充分，会出现物体表示上的二义性。如下图中以不同方式连接的五个顶点。义性。如下图中以不同方式连接的五个顶点。两种不同方式连接顶点的几何实体两种不同方式连接顶点的几何实体 4.1 4.1 基本概念基本概念 对于两个形状和大小不同的实体，其几何关系不对于两个形状和大小不同的实体，其几何关系不同，但拓扑关系可能会相同。如下图中的长方体和四同，但拓扑关系可能会相同。如下图中的长方体和四边体。边体。两个拓扑等价的几何实体两个拓扑等价的几何

2、实体 对于多面体，其拓扑元素顶点、边、面的连接关系有对于多面体，其拓扑元素顶点、边、面的连接关系有9种，种，见教见教材材P78图图4-3。描述形体拓扑信息的目的在于可方便地直接对构成描述形体拓扑信息的目的在于可方便地直接对构成形体的各面、边、顶点的参数和属性进行存取和查询，便于实现形体的各面、边、顶点的参数和属性进行存取和查询，便于实现以面、边、点为基础的各种几何运算和操作。以面、边、点为基础的各种几何运算和操作。4.1 4.1 基本概念基本概念4.1 4.1 基本概念基本概念自由曲面几何信息几何信息顶点直线平面二次曲面曲线4.1 4.1 基本概念基本概念拓扑信息：拓扑信息：几何元素间的连接关

3、系。非几何信息：非几何信息：零件的物理属性和工艺属性，如 零件的质量、性能参数、公差、 加工粗糙度、技术要求。 4.1 4.1 基本概念基本概念形体的表示形体的表示体壳面环边顶点形体在计算机内常采用形体在计算机内常采用五层拓扑结构五层拓扑结构来定义，如果包括外壳在来定义，如果包括外壳在内为六层。并规定形体及其几何元素均定义在三维欧氏空间。内为六层。并规定形体及其几何元素均定义在三维欧氏空间。4.1 4.1 基本概念基本概念4.1 4.1 基本概念基本概念4.1 基本概念基本概念4.1 4.1 基本概念基本概念基于特征的零件三维模型是由带时间戳记的特征组成。基于特征的零件三维模型是由带时间戳记的

4、特征组成。三维模型三维模型特征（时间戳记）特征（时间戳记）基于特征的建模过程是仿真零件的加工过程。基于特征的建模过程是仿真零件的加工过程。4.1 4.1 基本概念基本概念商业化的特征造型系统大多数是建立在参数建模的基础上商业化的特征造型系统大多数是建立在参数建模的基础上4.2 几何建模技术几何建模技术 二维几何建模系统二维几何建模系统 特点：特点：简单实用，但由于各视图及剖面图在计简单实用，但由于各视图及剖面图在计算机内部互相独立产生，缺乏联系。不能将描述算机内部互相独立产生，缺乏联系。不能将描述同一个零件的不同信息构成一个整体模型。同一个零件的不同信息构成一个整体模型。 三维几何建模系统三维

5、几何建模系统 特点：特点：物体的描述更加真实、完整、清楚。物体的描述更加真实、完整、清楚。技术技术 根据描述几何形体方法即存储的几何信息、拓扑信根据描述几何形体方法即存储的几何信息、拓扑信息的不同，三维几何建模系统可以分为三种不同层次的息的不同，三维几何建模系统可以分为三种不同层次的建模类型，即建模类型，即线框建模、表面建模（曲面建模）、实体线框建模、表面建模（曲面建模）、实体建模。建模。 线框建模是最早的三维建模方法，是二维图形的延伸。它线框建模是最早的三维建模方法，是二维图形的延伸。它用顶点和棱边表示形体。用顶点和棱边表示形体。 定义定义利用基本线素来定义设计目标的棱线部分而构成的立体框利

6、用基本线素来定义设计目标的棱线部分而构成的立体框架图。生成的实体模型是由一系列的直线、圆弧、点及自由曲架图。生成的实体模型是由一系列的直线、圆弧、点及自由曲线组成，描述的是产品的轮廓外形。在计算机内部生成三维映线组成，描述的是产品的轮廓外形。在计算机内部生成三维映像，还可实现视图变换及空间尺寸的协调。像，还可实现视图变换及空间尺寸的协调。 数据结构数据结构线框建模的数据结构是表结构，在计算机内部存贮的是物线框建模的数据结构是表结构，在计算机内部存贮的是物体的顶点和棱线信息。体的顶点和棱线信息。一、线框建模一、线框建模 60年代)4.2.2 4.2.2 三维几何建模技术三维几何建模技术 下图为一

7、立方体的线框模型。表分别为立方体的顶下图为一立方体的线框模型。表分别为立方体的顶点表和边表，构成该物体的线框模型的全部信息。点表和边表，构成该物体的线框模型的全部信息。4.2.2 4.2.2 三维几何建模技术三维几何建模技术4.2.2 三维几何建模技术三维几何建模技术K1K2K3K5K6K7K8K9P1P2P3P4P5P6K 体体K1K2K18P1P2P12边边点点（x1，y1，z1）（x12，y12，z12）实体实体（12点、点、18边）边）线框模型线框模型数据结构数据结构 线框建模所构造的实体模型，只有离散的边，而没有线框建模所构造的实体模型，只有离散的边，而没有边与边的关系，既没有构成面

8、的信息。由于信息表达不完边与边的关系，既没有构成面的信息。由于信息表达不完整，会对物体形状的判断产生多义性。整，会对物体形状的判断产生多义性。4.2.2 4.2.2 三维几何建模技术三维几何建模技术线框建模的多义性：线框建模的多义性： 线框建模的优点：线框建模的优点： 所需信息最少，数据结构简单，所占存贮空间较小，硬所需信息最少，数据结构简单，所占存贮空间较小，硬件的要求不高，容易掌握，处理时间短。件的要求不高，容易掌握，处理时间短。 线框建模的局限性：线框建模的局限性：几何意义的二义性：几何意义的二义性：一个线框模型可能被解释为若干一个线框模型可能被解释为若干个有效几何体。个有效几何体。 1

9、. 结构体的空间定义缺乏严密性结构体的空间定义缺乏严密性,信息不完整。信息不完整。 2. 拓扑关系缺乏有效性拓扑关系缺乏有效性 3. 描述的结构体无法进行消隐、干涉检查、物性计算描述的结构体无法进行消隐、干涉检查、物性计算4.2.2 4.2.2 三维几何建模技术三维几何建模技术4.2.2 三维几何建模技术三维几何建模技术4.2.2 三维几何建模技术三维几何建模技术cM数据结构数据结构: 表面建模的数据结构是表结构，除给表面建模的数据结构是表结构，除给出出边线边线及及顶点顶点的信息之外，还提供了构的信息之外，还提供了构成三维立体各组成成三维立体各组成面素面素的信息。包括顶的信息。包括顶点表、棱边

10、表、面表结构（棱边顺序、点表、棱边表、面表结构（棱边顺序、面方程系数、表面是否可见）面方程系数、表面是否可见）4.2.2 三维几何建模技术三维几何建模技术4.2.2 三维几何建模技术三维几何建模技术功能功能消隐处理生成剖面图渲染求交计算刀具轨迹生成有限元网格划分4.2.2 三维几何建模技术三维几何建模技术4.2.2 三维几何建模技术三维几何建模技术表面建模优点：表面建模优点：表面建模比线框建模增加了有关面边表面建模比线框建模增加了有关面边(环边环边 )信信息及表面特征、棱边的连接方向等内容息及表面特征、棱边的连接方向等内容, 从而可从而可以满足：以满足：曲面求交、线面消隐、渲染、明暗色彩图、数

11、曲面求交、线面消隐、渲染、明暗色彩图、数控加工等应用控加工等应用, 使在使在CAD阶段建立的模型数据阶段建立的模型数据在在CAM阶段可用。阶段可用。表面建模在工程中得到广泛的应用表面建模在工程中得到广泛的应用。4.2.2 三维几何建模技术三维几何建模技术表面建模缺点：表面建模缺点：由于表面模型只能表达形体的表面信息由于表面模型只能表达形体的表面信息, 而不存在各个表面而不存在各个表面间的相互关系信息，没有体的信息。间的相互关系信息，没有体的信息。因此：因此： 表面模型无法准确描述零件的立体属性，难以保证被描表面模型无法准确描述零件的立体属性，难以保证被描述实体的拓扑一致性，不能完整描述产品的几

12、何特性和物述实体的拓扑一致性，不能完整描述产品的几何特性和物理特征。理特征。 对有限元及零件的物性计算等方面无从开展对有限元及零件的物性计算等方面无从开展 ,满足不了满足不了工程优化设计的需求。工程优化设计的需求。4.2.2 三维几何建模技术三维几何建模技术4.2.2 三维几何建模技术三维几何建模技术) 10()()(0,tQtBtPniini4.2.2 三维几何建模技术三维几何建模技术33221203303 ,)1 (3)1 (3)1 ()()(QtQttQttQtQtBtPiii3210230001003303631331 1 ,)(QQQQttttP4.2.2 三维几何建模技术三维几何建

13、模技术4.2.2 三维几何建模技术三维几何建模技术)()(),(303 ,uPvBvuPjjj4.2.2 三维几何建模技术三维几何建模技术4.2.2 三维几何建模技术三维几何建模技术3210230141030303631331 1 ,61)(QQQQttttP322312302361) 1333(61 )463(61) 133(61)(tQtttQttQttttP4.2.2 三维几何建模技术三维几何建模技术4.2.2 三维几何建模技术三维几何建模技术jijijiPvEuEvuP,3 ,30303 ,)()(),(4.2.2 三维几何建模技术三维几何建模技术4.2.2 三维几何建模技术三维几何建

14、模技术inikiiinikiWuNPWuNuC)(/)()(0,0,4.2.2 三维几何建模技三维几何建模技术术4.2.2 三维几何建模技术三维几何建模技术jiljnimjkijijiljnimjkiWvNuNPWvNuNvuS,00,00,)()()()(),(4.2.2 三维几何建模技术三维几何建模技术4.2.2 三维几何建模技术三维几何建模技术4.2.2 三维几何建模技术三维几何建模技术4.2.2 三维几何建模技术三维几何建模技术4.2.2 三维几何建模技术三维几何建模技术4.2.2 三维几何建模技术三维几何建模技术4.2.2 三维几何建模技术三维几何建模技术4.2.2 三维几何建模技术

15、三维几何建模技术4.2.2 三维几何建模技术三维几何建模技术交集：形体交集：形体C包含所有包含所有A、B共同的点共同的点。并集：形体并集：形体C包含包含A与与B的所有点的所有点。差集：形体差集：形体C包含从包含从A中减去中减去A和和B 共同共同点后的其余点。点后的其余点。 4.2.2 三维几何建模技三维几何建模技术术4.2.2 三维几何建模技术三维几何建模技术布尔运算布尔运算差差并并4.2.2 三维几何建模技术三维几何建模技术4.2.2 三维几何建模技术三维几何建模技术4.2.3 三维实体模型的计算机内部表示三维实体模型的计算机内部表示 与表面建模不同，三维实体建模在计算机内部与表面建模不同，

16、三维实体建模在计算机内部存贮的信息不是简单的边线或顶点的信息，而是准存贮的信息不是简单的边线或顶点的信息，而是准确、完整、统一地记录了生成物体的各个方面的数确、完整、统一地记录了生成物体的各个方面的数据。据。 常见的实体建模表示方法：常见的实体建模表示方法：边界表示法边界表示法构造立体几何法构造立体几何法混合表示法（边界与构造立体几何的混混合表示法（边界与构造立体几何的混合模式）合模式）空间单元表示法空间单元表示法4.2.3 三维实体模型的计算机内部表示三维实体模型的计算机内部表示边界表示法：（边界表示法：（ B-Rep法）法）1.定义：定义：基本思想是一个实体可以通过它的面的集合来表示，而每

17、一个基本思想是一个实体可以通过它的面的集合来表示，而每一个面又可以用边来描述，边通过点，点通过三个坐标值来定义。面又可以用边来描述，边通过点，点通过三个坐标值来定义。 强调实体外表的细节，详细记录了构成物体的所有几何信息和强调实体外表的细节，详细记录了构成物体的所有几何信息和拓扑信息，将面、边、顶点的信息分层记录，建立层与层之间拓扑信息，将面、边、顶点的信息分层记录，建立层与层之间的联系。的联系。2.数据结构数据结构 网状的数据结构。将形体按照实体、面、边、顶点描述，网状的数据结构。将形体按照实体、面、边、顶点描述，在计算机内部按网状的数据结构进行存贮。在计算机内部按网状的数据结构进行存贮。4

18、.2.3 三维实体模型的计算机内部表示三维实体模型的计算机内部表示4.2.3 三维实体模型的计算机内部表示三维实体模型的计算机内部表示4.2.3 三维实体模型的计算机内部表示三维实体模型的计算机内部表示4.2.3 三维实体模型的计算机内部表示三维实体模型的计算机内部表示4.2.3 三维实体模型的计算机内部表示三维实体模型的计算机内部表示4.2.3 三维实体模型的计算机内部表示三维实体模型的计算机内部表示4.2.3 三维实体模型的计算机内部表示三维实体模型的计算机内部表示4.2.3 三维实体模型的计算机内部表示三维实体模型的计算机内部表示4.2.3 三维实体模型的计算机内部表示三维实体模型的计算

19、机内部表示1.定义定义 构造立体几何法简称构造立体几何法简称CSG法，是一种通过布尔运法，是一种通过布尔运算将简单的基本体素拼合成复杂实体的描述方法。用算将简单的基本体素拼合成复杂实体的描述方法。用一颗有序的二叉树记录一个实体的所有体素、运算和一颗有序的二叉树记录一个实体的所有体素、运算和几何变换过程。几何变换过程。 2.数据结构数据结构 数据结构为树状结构。树叶为基本体素或变换矩数据结构为树状结构。树叶为基本体素或变换矩阵，结点为布尔运算，最上面的结点对应着被建模的阵，结点为布尔运算，最上面的结点对应着被建模的物体。物体。构造立体几何法构造立体几何法(CSG)4.2.3 三维实体模型的计算机

20、内部表示三维实体模型的计算机内部表示4.2.3 三维实体模型的计算机内部表示三维实体模型的计算机内部表示4.2.3 三维实体模型的计算机内部表示三维实体模型的计算机内部表示 CSG法对物体模型的描述与该物体的生成顺序法对物体模型的描述与该物体的生成顺序密切相关，即存贮的主要是物体的生成过程。密切相关，即存贮的主要是物体的生成过程。 CSG结构生成的数据模型比较简单，每个基本结构生成的数据模型比较简单，每个基本体素无需再分解，而是将体素直接存贮在数据结体素无需再分解，而是将体素直接存贮在数据结构中。构中。 采用采用CSG法可以方便地实现对实体的局部修改。法可以方便地实现对实体的局部修改。如在物体

21、上倒角、如在物体上倒角、倒圆倒圆等。等。 4.2.3 三维实体模型的计算机内部表示三维实体模型的计算机内部表示方法简洁，生成速度快，处理方便，无冗余信息，方法简洁，生成速度快，处理方便，无冗余信息，而且能够详细地记录构成实体的原始特征参数，而且能够详细地记录构成实体的原始特征参数，甚至在必要时可修改体素参数或附加体素进行重甚至在必要时可修改体素参数或附加体素进行重新拼合。新拼合。 CSG法的缺点法的缺点由于信息简单，这种数据结构无法存贮物体最由于信息简单，这种数据结构无法存贮物体最终的详细信息，例如边界、顶点的信息等。终的详细信息，例如边界、顶点的信息等。 4.2.3 三维实体模型的计算机内部

22、表示三维实体模型的计算机内部表示1.定义定义 混合模式是建立在边界表示法与构造立体混合模式是建立在边界表示法与构造立体几何法的基础上，在同一系统中，将两者结合几何法的基础上，在同一系统中，将两者结合起来，共同表示实体的方法。起来，共同表示实体的方法。 2.原理原理 以以CSG法为系统外部模型作为用户的输入法为系统外部模型作为用户的输入接口，而在计算机内部转化为接口，而在计算机内部转化为B-Rep的数据模的数据模型记录形体的完整几何信息与拓扑信息。型记录形体的完整几何信息与拓扑信息。混合模式（混合模式（Hybird Model）4.2.3 三维实体模型的计算机内部表示三维实体模型的计算机内部表示

23、3.数据结构数据结构 相当相当于在于在CSG树结构的树结构的结点上扩结点上扩充边界法充边界法的数据结的数据结构，如图构，如图所示。所示。混合模式（混合模式（Hybird Model）4.2.3 三维实体模型的计算机内部表示三维实体模型的计算机内部表示混合模式（混合模式（Hybird Model）4.2.3 三维实体模型的计算机内部表示三维实体模型的计算机内部表示4.2.3 三维实体模型的计算机内部表示三维实体模型的计算机内部表示空间单元表示法空间单元表示法1.定义定义4.2.3 三维实体模型的计算机内部表示三维实体模型的计算机内部表示空间单元表示法空间单元表示法4.2.3 三维实体模型的计算机

24、内部表示三维实体模型的计算机内部表示4.2.3 三维实体模型的计算机内部表示三维实体模型的计算机内部表示4.2.3 三维实体模型的计算机内部表示三维实体模型的计算机内部表示空间单元表示法空间单元表示法3.特点特点1.特征的定义特征的定义特征功能特征形状特征加工特征精度特征装配特征 通过特征及其组合来定义、描述零件模型通过特征及其组合来定义、描述零件模型的过程。的过程。特征建模特征建模附加了工程信息的实体模型，基附加了工程信息的实体模型，基于特征的造型把特征作为零件定义的基本单于特征的造型把特征作为零件定义的基本单元元, 将零件描述为特征的集合。将零件描述为特征的集合。这种方法适用范围广这种方法

25、适用范围广,易于实现数据共享易于实现数据共享,因因此得到广泛应用。此得到广泛应用。 板块类零件形状特征分类板块类零件形状特征分类每一类特征都是零件设计的基本功能单元，同每一类特征都是零件设计的基本功能单元，同时其加工方法和制造手段基本上一致。时其加工方法和制造手段基本上一致。形状特征体 特 征过渡特征分布特征形状特征形状特征：是指具有一定工程语义的几何形体， 包括几何信息和拓扑信息。STEP标准中的分类：体特征体特征：用于构造零件的主体形状的特征。 凸台、圆柱体、矩形体等。过渡特征过渡特征：表达一个形状的各表面的分离或 结合性质的特征。 倒角、圆角、键槽、中心孔、退 刀槽、螺纹等。分布特征分布特征：是一组按一定规律在空间的不同 位置上复制而成的形状特征。 周向均布孔、齿轮的轮廓等。形状特征形状特征-STEP标准中的分类标准中的分类Pro/E软件中的形状特征分类：软件中的形状特征分类：形状特征混成特征孔 特 征倒角特征拉伸特征旋转特征扫描特征圆角特征抽壳特征基准工作面基准工作轴阵列特征切割特征肋 特 征基 准 点用于描述零件上公称的几何形状允许的变化量。精度特征尺寸公差形位公差位置公差表面粗糙度用于描述和零件材料的类型、热