CAD(计算机辅助设计技术)第6章产品实体造型.ppt

1、第6章产品实体造型基础，6.1几何造型6.2参数特征造型技术概要，6.1几何造型，6.1.1概要6.1.2线框模型6.1.3实体模型，6.1.1概要，1 .几何造型是CAD系统的核心产品设计：用户设计所需的几何产品。 几何形状：在计算机内生成必要的几何形状。 计算机图形：在输出设备上显示生成的图形。 2 .三维几何计算机显示，线框模型，表面模型和实体模型，两种信息：几何信息和拓扑信息，3 .几何造型技术的发展，线框模型表面接触型实体模型特征造型网络CAD，4 .商品化的几何造型系统，海外： auto 国内：高华、金银花、管道CAD、制造工程师(ME )、NPU-CAD/CAM系统用构成物体的一

2、系列顶点和边来表示物体的几何形状，其中的边可以是直线，也可以是曲线，可以是圆弧、二次曲线、b样条曲线、bezier曲线等。 6.1.2线框模型、1 .线框模型的概念、例子.立方体线框模型及其计算机显示、线框模型、顶点表、棱线表、身体点、线几何信息、点与边的相切构建模型时操作简单，处理速度快，不消耗内存。 特别适合设计构想、设计图的整体空间位置关系、图形的动态交互显示。 使用投影转换，可以很容易地从3d线框模型生成各种正交、立体和任意观察方向的透视投影。 2 .线框模型的优点和缺点：缺点：-容易理解-没有曲面边缘的轮廓-没有关于边与面、面与体的关系的信息，无法说明产品。 中间穿孔的长方体、6.1

3、.3表面模型、表面模型以物体的各表面单位表示其物体的特征，在线框模型中添加了与面和边相关的信息、拓扑信息。 曲面模型提供了形式的点、线、面的几何信息，以及定义点和边、边和面之间的连接关系的拓扑信息。 例如，立方体的表面模型和表面模型的数据结构基于线框模型的数据结构来添加与面有关的信息。e3、F2、常见曲面类型：曲面模型的几何表面可以由平面、分析曲面(球面、圆柱、锥度等)和参数曲面(bezier、b-样条曲面片等)组成。 曲面可以通过从一条或多条曲线构建曲面线性拉伸面或柱状面直纹理面、旋转面扫描面、Coons曲面、2 .位于矩形网格上的一系列输入点(称为控制顶点)来生成。 bezier曲面b样条

4、曲面，3 .插值其他曲面来创建曲面，圆角曲面：两个曲面之间的过渡曲面，属性b样条曲面，说明：曲面的定义方法有多种，但NURBS曲面“组合曲面”(CompositeSurfaces )是通过面片合成的复杂曲面。 现实中，很难用简单的曲面来表现复杂的几何产品。 将整个复杂曲面分解成几个曲面片。 每个面片都用满足指定边界约束的方程式来表示。 理论上，采用这种瓷砖技术可以将所有复杂曲面整合到定义的完整补丁中。 表面模型的优点和不足： (1)利用优点曲面形状可以构建汽车、飞机、船舶、模具等非常复杂的物体。 另外，由于表面模型提供了比线框模型多的几何信息，所以还可以隐藏、生成明暗图、计算表面积、生成表面N

5、C刀具路径和有限元网格。 (2)缺点操作复杂，需要一定的曲面造型知识。 由于面和身体没有关系，无法区分体内和体外，无法指出哪里是物体的内部和外部信息，所以表面模型只能适用于描述物体的情况。、6.1.4实体模型、实体模型的概念几何实体构造法(ConstructiveSolidGeometry) )、边界表示法(bounddaryrepresentation )、扫描生成法(SweepRepresentation )、6.1.4 线框模型和表面模型的根本区别在于，实体模型不仅记录了所有的几何信息，还记录了所有点、线、面、身体的信息。 为了确定表面的哪一侧存在实体，常用的方法是利用有棱线的右手法则，

6、确定某一面的外法线方向。 例如，规定正方向朝向体外。、表面f、123456、棱线编号、234-5-6-7-8-1-10-5-921610312711-4-9-8-12、表面表、CSG模型是用简单的实体(称为体素)通过集合运算进行交叉，来制造差结构复杂的实体的方法必须指出的是，6.1.4.2几何实体构造法(CSG法)、1 .集合的交和、差运算、2 .单纯实体的构造、但是，体素在集合论中交叉，通过差运算可能产生不客观存在的实体。 以下，以二维的情况为例进行说明。3 .有效实体(正规体，简称实体)在形象上，有效实体(正规体)是由实体内部的点和紧紧包围这些点的表皮构成的。 一个有效的实体应该具有刚性的

7、三维一致性。 也就是说，实体没有悬念、悬念及孤立点的有限性封闭性。 4 .正则集合运算正则算子r :首先求内部，求闭包。 删除无效实体的所有未连接面、边和孤立点，以创建有效实体。 因此，更严格地说，CSG法是从简单的正则集合通过正则集合运算来构建复杂的实体的方法。 显然，由CSG法构成的实体是有效的实体。Root:FinalObject、nonterminalnodes : boleanoperatorsmotions、leaf nodes : primitivesortransformationdata、alenchn、c 6.CSG法的优点和缺点：用CSG法表达复杂实体非常简洁，可以定义唯

8、一的物体。 用CSG法表示的实体的有效性通过体素的有效性和集合运算的正则性来自动地保证。 CSG树描述物体非常紧凑，体素的种类越多，可以用CSG法定义的实体的被复区域越广。 在大多数实体形状系统中，都是用户输入手段。缺点： CSG树仅定义了物体的构成体素和构造方式，没有反映与物体的面、边、顶点等有关的信息，因此将此类数据结构称为“不能计算”。 实际上进行物体的综合运算，最终显示物体的情况下，需要将CSG树的数据结构变换为边界表现的数据结构。6.1.4.3边界表示法(B-rep )、边界表示法和表面模型的区别边界表示法的优点和缺点在实用系统中的CSG法和B-rep法、1.B-rep法和表面模型的

9、区别(1)B-rep法边界表示法是用物体封闭的边界表面表现物体的方法，这个封闭的边界表面是一系列，(2)边界表示中的阶层构造，Cube，F1F2F3F4F5F6，V1V2V3V4V5V6V7V8，6个面，V1，V2，V3，V4，E1，E2，E3，E4，F1，F2，F3 E1 e2E3 E4 (3)与表面模型的边界表现的表面必须被封闭，并具有方向，各个表面间有严格的拓扑关系，形成整体的表面模型的面也可以不封闭，面的上下面是有效的，面的哪一侧是体内和体外，另外，表面模型分别、2 .优点和缺点(1)优点详细记录了三维体的所有几何要素的几何信息和拓扑信息，这在图像生成和模型表面积计算等应用中显示出明显

10、的优点，所表现出的实体不存在二义性。(2)缺点的积蓄量大，无法反映身体的构造过程，3 .实用系统中的CSG法和B-rep法(1)，因为CSG法记述实体的能力很强，所以在基于大部分边界表现法的实用系统中，作为实体输入手段，采用了CSG法。 例如，如果存在产生像素的指令、产生不同像素集成的指令、修改像素的指令等等，这些命令被执行，则相应地生成或修改边界表示数据结构中的数据。 在实用的造型系统中，边界表现已经成为实体的主要表现。 这是因为用CSG法构建复杂的实体是有限的。 边界表现法采用了自由曲面造型技术，可以构筑像飞机和汽车一样具有复杂外形的实体，使用CSG法的体素合并很困难。 可以通过计算从、C

11、SG模型直接转换为边界显示模型，但反之亦然。 因为没有从边界显示模型到CSG模型的通用转换算法，所以两种显示方法不能交换。 商业化造型系统的发展趋势是将线框表示、曲面表示、实体表示统一为一个统一的框架，用户根据实际问题的需要选择合适的技术。 从边界表示转换为线框模型很容易。示例AUTOCADAME :基本显示模式：同时采用CSG和B-rep的方法输入模式： CSG，扫描输入模式中提及的B-rep或CSG分别采用B-rep或CSG法的思想，不要与采用的飞机内存储方法混淆、6.1.4.4扫描表示空间中的二维物体沿某条路径扫描时的运动轨迹定义了二维或三维物体。 两个元件：移动的对象被称为基体，是曲线

12、、面。 扫描运动的轨迹称为扫描轨迹。 在以B-rep表现为中心的实体系统中，扫描表现法经常作为输入体的手段设计二维图形调用扫描命令生成三维实体，6.2参数特征造型技术实体造型系统的参数几何建模特征造型系统有发展的倾向，6 . 着眼于完善产品的几何表现能力。 只记住物体的几何形状信息，缺乏整个产品开发和生产生命周期所需的所有信息，如材料、尺寸公差、加工特征信息、表面粗糙度和组装要求等，不能符合数据交换规范的产品模型导致CAD/CAPP/CAM集成的先天性困难。 提供的造型手段不符合工程师的设计习惯。 这只提供了集成点、线、面或体素的基本结构手段，而不能满足设计、制造的需要。 因为设计技术人员和制

13、造技术人员在设计零件时，从对设计和制造有意义的基本特征出发，形成必要的零件。 其特征是各种各样的槽(角槽、v槽、蚂蚁槽、盲槽等)、凹陷、圆孔、螺孔、中心孔、避让槽、倒角等。6.2.2参数化几何形状此方法使用拓扑和尺寸约束来定义和修改几何模型。 用变量表示尺寸，并作为设计的几何参数创建公共几何模型。 优点是可以快速设计形状相似但尺寸不同的一组零件。 具有动态修改几何模型的功能。 限制通常不允许更改图形的拓扑。的。 基于6.2.3特征的实体形状特征形状基于实体形状以具有一定设计或加工功能的特征作为形状的基础单元建立零件的几何模型。 特征造型的优点：更高级别地从事产品设计：设计者将大量精力用于创造性创意，使产品设计更易于别人理解，更容易修改设计图案。 (二)有助于加强产品设计、分析、流程准备、加工、检查各部门之间的联系。(3)促进产品集成信息模型的实现。 因为特征造型能很好地表现产品的完整技术和生产管理信息。 (4)有助于推进行业内产品设计和技术方法的规范化、标准化和系列化。 (5)促进智能CAD系统和智能制造系统的阶段性实现。 6.2.4参数化特征造型系统将参