基于包围盒的自由曲面求交算法分析

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1、沈阳理工大学硕七学位论文在虚拟环境中应遵循的一般准则(如不能穿墙而过等)。VR技术上世纪六十年代末起源于美国，在上个世纪九十年代有了迅猛的发展，广泛的应用于航空航天、远程医疗、远程制造、工业产品设计、娱乐业等领域，特别是波音飞机的制造已经全面的实现虚拟化；Apple公司的QuickTimeVR就是一个典型的基于全景图的虚拟现实系统。在我国，上世纪九十年代起步这一技术的研究和应用，浙江大学、北京航空航天大学、中科院自动化所在成果及研究条件方面较为领先，特别是2003年中国数字化人一号的问世，标志着虚拟现实技术的应用的时机已成熟。我省把握科技发展脉搏，自上世纪九十年代中期，对这项技术的研究给

2、予支持和关注，经近十年的积累，在虚拟现实的关键技术领域积累了丰富的研究成果和经验。CAD技术与VR技术近乎同时起源，近二十年有了飞速的发展。国外产品居多，例如：2003年SolidWorks公司在中国市场推出了SolidWorks三维机械设计系统，该系统目前在全球已经有超过230，000个用户进行产品的设计和生产，每年使用该系统的时间超过50，000，000个小时。该系统中可用于产品浏览的工具只有3DInstantWebsite插件，用户可用插件创建一个即时网站，异地共享三维设计模型。VR技术的应用可使CAD设计变得直观，操作简单。基于VR的CAD技术有以下的优点：(1)设计者进行CAD

3、设计时，更加简洁，更能充分发挥设计者的设计能力。(2)通过分析三维模型，能降低风险，发现隐藏在数据栈中的设计缺陷。(3)在设计阶段，客户能监视设计者采用的设计方法，确保设计不会导致浪费或增加不必要的生产过程。(4)用虚拟机器进行虚拟运行，可预测出设计的机器是否会在以后出现维修或运行故障。(5)增加了发现致命缺陷的机会，有助于消除计划外变更，在确定设计方案前用虚拟现实技术加以验证。(6)可免除制造实物模型和进行大部分实物测试需要的费用。(7)在设计前，通过确保形状函数和装配函数，减少返工次数。(8)通过网上虚拟商店让用户查看、定制虚拟产品，减少中间环节和运转周第1章绪论期，降低费用。．：基

4、于VR的CAD设计系统出现于上世纪九十年代，主要可分为两大类：(1)增强的显示系统(EnhancedVisualization)：在这类模型中，物体模型由现有的CAD系统生成。通过适当的变换处理，把物体模型输入到VR环境。这时通过三维交互设备和显示设备对物体模型进行检查，对物体进行操作。增强显示系统通常用3D导航设备如SpaceballTM、三维鼠标及带有特殊眼镜的立体显示器以增强显示。如VENUS计划和CLEMSONCAD大学的研究工作。(2)VR—CAD系统：这一类系统可使用户在VR环境下进行设计活动。其优点是使得设计者在进行三维设计时突破传统的2D设计界面。这类系统使用各种各样的输

5、入设备(如数据手套、3D导航设备等)给用户提供3D设计和交互界面。另外，还可以用声音和手势进行交互输入。如Standfor大学研制的VR-CAD系统可在网络环境下利用声音和手势进行外形设计和装配。3-DrawSystem可在三维空间下绘图，JDCAD系统可用3D菜单进行零件设计。声音和手势输入形式是目前人机界面研究的一个重要部分。如AT&T开发的系统，用数据手套跟踪手的位置和一个简单的语言识别系统生成CAD显示环境。1．2曲面求交的现状及意义j众所周知，最佳的曲面描述方法是参数曲面方法。目前在CAD／CAM中得到广’，●，泛应用的各类曲面如Coons曲面，Bezier曲面，非均匀有理B样

6、条曲面(NURBS)；，均为参数曲面，参数曲面己经成为曲面造型与实体造型方法中外形表示的首选曲面模型。纵观CAGD与几何造型的发展历史，特别是近几年的研究热点，可看到CAGD越来越侧重于曲面设计、求交、剪裁、拼接、过渡、造型以及自由曲面与实体的集成造型。以几何学为基础的三维几何造型，只是比较详细地描述了物体的几何信息和相互之间的拓扑关系，而这些信息缺乏明显的工程含义，即从中提取和识别工程信息是相当困难的。工程技术人员在产品设计、制造过程中，不仅关心产品的结构形状、公称尺寸，而且还关心其尺寸公差、形位公差、表面粗糙度、材料性能和技术要求等一系列对实现产品功能极为重要的非几何信息。这些非几何

7、信息也是加工该零件所需信息的有机组成部分。然而。在实体造型的数据结构中，却难．3．沈阳理工大学硕士学位论文于像几何信息、拓扑信息那样，有效而充分地描述非几何信息。这样就会影响计算机辅助工艺规程设计(CAPP)和计算机辅助制造(CAM)系统的直接使用CAD系统生成的产品信息，造成这些后续系统需要重新输入产品设计信息，无法实现CAD／CAM的集成。由于几何造型系统存在一定的局限性，这就需要一种新的造型方法一特征造型。它面向整个产品设计过