曲面建模技术

曲面建模技术

摘要：随着社会的进展，计数的进步，特殊是在二战以后，作为CAD/CAM系统理应

具备的一项基本技术，曲面建模技术在过去的近五十年内不断的进展和完善着。

关键词：CADCAM曲面建模曲线建模

在实际工程应用中，有些曲线和曲面可以通过数学函数生成，而有些曲线和曲面则是

通过用户给定的一组数据点来描述的。因此依据描述方法不同，曲线和曲面可以分为两类：

1、规章曲线和曲面：圆、抛物线、螺旋线等曲线和球、圆柱、圆锥等曲面都可以用数

学方程来表示，一般称之为规章曲线和规章曲面。

2、自由曲窗口曲面：在飞机、汽车、轮船等产品的外型设计中，很难用一个数学方程

来描述这些产品的外型，一般称之为自由曲线和自由曲面。

曲面建模是通过对物体的各个表面或曲面进行描述而构成曲面的一种建模方法。假如

说线框模型是用"铁丝〃构造物体的话，则曲面建模就是拿一张张的表皮对这些"铁丝"

进行蒙皮。建模时，先将简单的外表面分解成若干个基本曲面元素。通过这些基本曲面元

素的拼接，构成所要的曲面。图所示为曲面的拼接过程：

图11曲面的拼接过程

建模（集合造型）技术是讨论在计算机中,如何变频人物体模型外形的技术。他能将

物体的外形及其属性存储在计算机内，形成该物体的三维几何模型。这个模型是对原物体

的准确的数学描述或是对原物体某种状态的真实模拟。这个模型将为各种不同的后续应用

供应信息，例如有模型长生有限元网格，由模型编制数控加工刀具轨迹，由模型进行碰撞、

干涉检查等。

曲面建模不同于实体建模，其不是完全参数化的特征。在曲面建模时应留意以下几种

基本原则：

1、创建曲面的边界线尽可能简洁。一般状况下曲线阶次不大于3。当需要曲率连续

时可以考虑使用五阶曲线。

2、用于创建曲面的边界曲线要保持光滑连续，避开产生尖角、交叉和重叠。此外在

井隆创建曲面时，需要对所采用的曲面进行曲率分析，曲率半径尽可能大，否则会造成加

工困难和外形简单。

3、避开创建非参数化曲面特征。

4、曲面要尽量简洁，面尽量做大.

5、依据不同部件的外形特点合理使用各种曲面特征创建方法。尽量使用实体修剪。

6、曲面特征之间的圆角过渡尽可能在实体上进行操作。

7、曲面的曲率半径和内圆角半径不能太小，要略大于标准道具的半径，否则简洁造

成加工困难。

一般来说，创建曲面都是从曲线开头的，可以通过点创建曲线来创建曲面，也可以通

过抽取或使用视图区已有的特征边缘线创建曲面。首先创建曲线，再依据曲线采用过曲线、

直线、过曲线网格、扫掠等选项，创建产品的主要或者大面积的曲面。最终采用桥接面、

二次界面、软倒圆选项，对前面创建的曲面进行过渡接连、编辑等处理。最终得到完整的

产品。

曲面创建方法：

1、创建直纹面

直纹面是指采用两条截面线串生成曲面或实体。截面线串可以由单个或多个对象组成,

每个对象组可以是曲线、实体边界或实体表面等集合体。

2、通过曲线组

该方法是指通过一系列轮廓曲线建立曲面或实体。轮廓曲线又叫做截面线串。截面线

串可以是曲面、实体边界或实体表面等几何体。其生成特征与截面线串相关联，当截面线

串编辑修改后，特征会自动更新。

3、通过曲线网格

该方法是指用主曲线和交叉曲线创建曲面的一种方法。其中主曲面是一组同方向的界

面线串，而交叉曲线是另一组大致垂直于主曲线的截面线。

4、扫掠

扫掠是使用轮廓曲线沿空间路径扫掠而成，其中扫掠路径成为引导线，轮廓线称为截

面线。引导线和截面线均可以由多段曲线组成，但引导线必需一阶导致连续。

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扫掠曲面

5、截面

创建截面可以理解为在界面曲线上创建曲面"主要采用与截面曲线相关的条件来掌握

一组连续截面的外形，从而生成一个连续的曲面。

6、N边曲面

N变曲面用于创建一组由端点相连接曲线封闭的曲面，并指定其与外部面的连续性。

7、桥接曲面

桥接曲面用于在两个曲面建立过渡曲面。过渡曲面与两个曲面之间的连接可以采纳相

切连续或曲率连续两种方式。桥接曲面简洁便利，曲面光滑过渡，边界约束自由。为曲面

过度的常用方式。

8、规律延长

规律延长曲面是指在已有片体或表面上曲线或原始曲面的边，生成基于长度和角度可

按指数函数规律变化的创立延长曲面。其主要用于扩大曲面，通常采纳近似方法建立。

9、偏置曲面

偏置曲面用于创建原有曲面的偏置平面。

偏置距离和方向偏置曲面

10、艺术曲面

该方式是指用任意数量的截面和引导线来创建艺术曲面。

曲面建模的进展历程

曲缘曲面的设计可以追溯到较远的年月，在其次次世界大战期间迫于航空产品设计

和生产方面的压力，画法几何中的作图法在产品设计中得到实际应用。其次次世界大战后

随着计算机的创造和应用，人们以解析曲线特殊是圆锥曲线为基础，采纳计算机来代替以

前大量的手工绘图。对于曲面设计人们原先所采纳的是一种称为“放样”的方法，即通过

构造很多纵向曲线来联系一组事先定义好的横断面的方法来进行。现代CAD/CAM系统一

般将曲面看成是由很多曲面片组合而成，其中每一个曲面片都可以用数学形式来精确表示。

现在，曲面建模已经用于各种不同的领域。在医疗行业使用它们制作器官的精确模型,

电影行业将它们用于活动的人物、物体以及现实电影，视频嬉戏产业将它们作为计算机与

视频嬉戏中的资源，在科学领域将它们作为化合物的精确模型，建筑业将它们用来展现提

议的建筑物或者风景表现，工程界将它们用于设计新设施、交通工具、结构以及其它应用

领域，在最近几十年，地球科学领域开头构建三维地质模型。在最近几十年，地球科学领

域开头构建三维地质模型。

结束语

通过本次对曲面建模理论与技术的调查与讨论，我对曲面建模技术的应用有了较为深

化的了解。从几何的观点看，产品设计的对象大部分是由平面立体、圆柱、圆锥和球等回转

曲面体以及螺旋面等组成的三维实体,在现代汽车、飞机、家电和船舶等产品的设计中都要

用到各种简单的曲线和曲面，以实现产品外形设计的美观化和使用性能的优化。因此各种

曲线和曲面在产品设计中特别重要，创建曲面的边界曲线要保持光滑连续，避开产生尖角、

交叉和重叠。此外在进行创建曲面时，需要对所采用的曲线进行曲率分析，曲率半径尽可

能大，否则会造成加工困难和外形简单。就是由于这一特点，我们可以用它做出各种简单

的曲面造型和表现特殊的效果，如人的皮肤，面貌或流线型的跑车等。曲面要尽量简洁,

面尽量做大。对不需要的部分要进行裁剪。