计算机辅助设计与制造.ppt

1、文库专用,1,计算机辅助设计与制造,北京理工大学 蔡颖,文库专用,2,第5章 建模技术,CAD-以计算机为辅助工具来完成产品设计过程中的 各项工作,如何在计算机内部描述和表示?,建模技术-将现实世界中的物体及其属性转化为计算 机内部数字化表达的原理和方法。,作用,产品信息化的源头 是实现CAD、CAM的前提 是CAD/CAM集成的核心,文库专用,3,第5章 建模技术,5.1 基本概念 5.2 线框建模 5.3 表面建模 5.4 实体建模 5.5 特征建模, 掌握基本概念、建模方法的原理、特点； 学会根据物体的结构形状，分析建模过程； 会应用商品化CAD/CAM软件中的几何建模功能。,重点,文库

2、专用,4,5.1 基本概念, 建模-从人们的想象出发， 到完成物体在计算机内部表示的过程。, 建模技术-实现这一过程的原理和方法。, 计算机内部表示-数字化模型,数据 数据结构 算法, 几何建模方法-,线框建模,表面建模,实体建模,文库专用,5,5.1 基本概念, 建模过程-,文库专用,6,5.1 基本概念, CAD/CAM建模的基本要求： 建模系统应具备信息描述的完整性,产品自身信息表述,满足,设计,制造,管理,等各个过程, 建模技术应贯穿产品生命周期的全过程, 建模技术应为企业信息集成创造条件,文库专用,7,线框建模是CAD/CAM中开发应用最早的建模方法,5.2 线框建模,5.2.1 建

3、模原理 用顶点和边棱线的有限集合来表示和建立物体的计算机内部模型,表达平面图形,二维线框模型,表达立体图形,三维线框模型,5.2.2 线框建模的数据结构,顶点表,棱线表,文库专用,8,5.2 线框建模,5.2.3 线框建模的特点 所需信息少，数据结构简单，所占存贮空间较小，处理时间短，操作容易。 作为基本建模工具在CAD系统中普遍采用, 局限性：信息不完整，空间定义缺乏严密性，具有几何二义性，无法进行物性计算。,文库专用,9,5.3 表面建模,5.3.1 建模原理 将物体分解为组成物体的表面、边线和顶点，用顶点、边线和表面的有限集合来表示和建立物体的计算机内部模型。,文库专用,10,5.3 表

4、面建模,5.3.2 表面建模的数据结构,F1,F2,F3,F4,文库专用,11,5.3.3 表面描述的方法 构造复杂的曲面物体，可用多种不同的曲面表达方式造型。 常用的有：,5.3 表面建模,文库专用,12,5.3.4 表面建模的特点 表达了零件表面和边界定义的数据信息，有助于对零件进行渲染处理；有助于系统直接提取有关面的信息生成数控加工指令。 有助于对物性方面与面积有关的特征计算 有助于分割成板、壳单元形式的有限元网格,5.3 表面建模,擅长构造复杂的曲面物体,如： 模具 汽车 飞机等表面,文库专用,13,5.3.4 表面建模的特点,5.3 表面建模,?！,?！, 局限性： 信息仍不完整，缺

5、乏面、体间 的拓扑关系，无法区别体内、外面的朝向；算法还不够完善；操作比较复杂。,文库专用,14,5.4 实体建模,5.4.1 建模原理 不仅记录构成物体的点、线、面、体的几何信息和拓扑信息来描述物体，而且采用有向边描述组成表面的封闭边线；采用法向矢量标识面的朝向，拓扑关系的描述严格。,5.4.2 实体建模的数据结构,文库专用,15,5.4 实体建模,5.4.3 实体建模主要方法 体素集合运算生成复杂形体。,（1）体素的定义及描述,类型,基本体素,扫描体素,平面轮廓扫描,三维实体扫描,（2）体素之间的集合运算,布尔模型,布尔运算,交,并,差,文库专用,16,5.4 实体建模,5.4.4 实体模

6、型的计算机内部表示方法 （1）边界表示法（B-Rep法）,实体由面的集合表示；面由边的集合描述；边由点的集合描述；点由三个坐标值定义。,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。,文库专用,17,5.4 实体建模,5.4.4 实体模型的计算机内部表示方法 （1）边界表示法（B-Rep法）,优点： 面、边、点及其相互关系的信息比较全，图形显示、输出时不需要复杂的运算，有利于生成和绘制线框图、投影图。 有利于计算几何特性，易于同二维绘图软件衔接和同曲面建模软件相关联。,局限性： 对几何物体的整体描述能力相对较差，无法提供关于

7、实体生成过程的信息，也无法记录组成几何体的基本体素的元素的原始数据。,文库专用,18,5.4 实体建模,5.4.4 实体模型的计算机内部表示方法 （2）构造立体几何法（CSG法）,通过布尔运算将简单的基本体素拼合成复杂实体,数据结构为有序的二叉树。叶结点为基本体素或变换矩阵；分枝结点为运算符号；子树为建模过程中的子实体；该二叉树对应着被建模的物体。,U,文库专用,19,5.4 实体建模,5.4.4 实体模型的计算机内部表示方法 （2）构造立体几何法（CSG法）,优点： 方法简洁，处理方便，无冗余信息； 详细记录构成实体的原始特征参数以及构造过程。,局限性： 信息简单，无法存贮物体最终的详细信息

8、，例如边界、顶点的信息等； 实体操作需要大量的数学运算。,可方便地修改体素参数或附加体素进行重新拼合。是实体建模系统中最常用的方法。,文库专用,20,5.4 实体建模,5.4.4 实体模型的计算机内部表示方法 （3）混合表示法,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，两者结合，共同表示实体。,在原有CSG树的结点上扩充一级B-Rep数据结构,文库专用,21,5.4 实体建模,5.4.4 实体模型的计算机内部表示方法 （4）空间单元表示法,通过一系列空间单元构成的图形来表示物体的一种方法。这些单元是具有一定大小的平面或立方体； 在计算机内部通过定义各单元的位置是否被实体占有来表达

9、物体。,数据结构,四叉树-二维物体,八叉树-三维物体,文库专用,22,5.4 实体建模,5.4.4 实体模型的计算机内部表示方法 （4）空间单元表示法,特点： 数字化的空间近似表示法，单元的大小直接影响模型的分辨率，需要大量存储空间； 不能表达物体任意两部分之间的关系，也没有点、线、面的概念。,优点： 算法简单，便于局部修改及集合运算。,缺点： 占用空间大。,文库专用,23,5.4 实体建模,5.4.5 实体建模的特点,克服了线框建模以及曲面建模存在的二义性等缺陷，可以自动进行真实感图像的生成和物体间的干涉检查。,广泛应用,运动学分析,有限元分析,机器人编程,数控仿真,空间技术,实现,工程设计和制造集成化和自动化,实体建模技术已成为CAD/CA