《维产品建模技术》PPT课件

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1、7三维产品建模技术7.1三维几何造型技术7.2特征建模技术7.1三维几何造型技术建模（几何造型）技术是研究在计算机中如何表达物体模型形状的技术，能将物体的形状及其属性存储在计算机内，形成该物体的三维几何模型。该模型是对原物体的确切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提供信息，例如由模型产生有限元网格，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。1.几何造型概述1）几何造型在CAD中，需要对所设计的作品从不同的角度进行审视。计算机几何造型就是用计算机系统来表示、控制、分析和输出三维形体。所以几何造型（建模技术）是计算机图形学中一个十分重要的应用领域，

2、是CAD/CAM系统的核心技术，也是用来实现计算机辅助设计的基本手段。2）.几何造型系统的发展历程20世纪60年代初，出现了以Sketch-pad为代表的人机交互的二维图形设计系统。20世纪60年代末，开始研究线框模型。20世纪70年代，曲面模型。20世纪80年代，实体造型3）.三维几何造型的应用可建立零部件的三维数字化模型（装配检查、干涉、二维工程图的自动生成）分析计算方面，可进行物体的物理特性计算（体积、重量、转动惯量、面积等计算）模拟仿真方面，利用三维几何进行运动学分析、动力学分析、虚拟装配等加工制造方面，数控自动编程及加工过程仿真2.形体在计算机内部的表示1)几何信息和拓扑信息几何信息

3、是构成形体的各几何元素在欧式空间中的位置和大小，通常用三维直角坐标系来表示各种数据信息。拓扑信息是指构成形体的几何元素的数量，以及它们之间的相互关系的信息。2）形体的定义顶点-边-环-面-壳-体1）线框模型一般地，画出了形体的棱线或轮廓线就能唯一地表示出该形体。如图，八个顶点可以定义一个长方体，但还不足以识别它，如果定义了棱线，则无论怎样放置长方体都能唯一地表示。对于多面体由于其轮廓线和棱线通常是一致的，所以多面体的线框模型更便于识别，且简单。3三维几何造型系统的三种模型e12v4v8s3e2e4e6e8e2e7e11e10e9e3e1v2v3v1v7v5v6s2s6s5s1s4线框建模（Wi

4、reframeModeling）是最早用来表示物体的模型，计算机绘图是这种模型的一个重要应用，它用顶点和棱边来表示物体，将形体表示成一组轮廓线（棱线）的集合。e12v4v8s3e2e4e6e8e2e7e11e10e9e3e1v2v3v1v7v5v6s2s6s5s1s4半圆半圆直线直线边类型边表顶点表圆锥线框模型线框模型执行了消隐算法的线框模型线框模型特点：1）结构简单、易于实现、占用内存少、对硬件要求低。2）线框模型直观性好、建立模型时操作简单灵活。3）处理速度快4）由于有了形体的三维数据，可方便产生任意视图。5）线框模型有二义性。6）线框模型信息不完整2）表面模型表面模型（SurfaceMo

5、del）在线框建模的基础上，增加了物体中面的信息，用面的集合来表示物体，用环来定义面的边界，即将形体表示成一组表面的集合。其数据结构是在线框模型的基础上附加一些指针，有序地连接棱线。表面建模的典型图素平面直纹面回转面柱状面Bezier曲面B样条曲面coons曲面圆角面等距面Maya企鹅NURBS无缝建模优点：能够进行消隐、着色等应用，还常用于构造复杂的曲面物体。缺点：在该模型中，只有一张张面的信息，物体究竟存在于表面的哪一侧，并没有给出明确的定义，无法计算和分析物体的整体性质，如物体的表面积、体积、重心等，也不能将这个物体作为一个整体去考察它与其它物体相互关联的性质，如是否相交等曲面模型优缺点

6、3）实体模型实体模型(SolidModel)是最高级的三维物体建模，它能完整地表示物体的所有形状信息。可无歧义地确定一个点是在物体外部、内部还是在表面上，这种模型能够进一步满足物性计算、有限元分析等应用的要求。主要用于CAD/CAM。实体建模的基本原理实体建模技术是利用实体生成方法产生实体的初始模型，通过几何逻辑运算（布尔运算：交、并、差）形成复杂实体模型的一种建模技术。实体建模技术主要包括两部分：基本实体（初始模型）生成的方法基本实体之间的逻辑运算基本实体构造的方法：体素法：使用诸如长方体、球体、圆柱、圆环等实体直接产生相应的实体模型的方法；扫描法：将平面内的封闭曲线进行扫描（比如平移、旋转

7、等），形成实体模型的方法。布尔运算：将由以上方法产生的两个或两个以上的初始实体模型，经过几何运算得到的新实体表示成为布尔模型，这种集合运算称为布尔运算。实体建模中常用的基本体素4.实体建模的表示方法分解表示法（空间单元表示法）构造表示法（构造立体几何法）边界表示法扫描变换法分解表示是将形体按某种规则分解为小的、更易于描述的部分，每一小部分又可分为更小的部分，这种分解过程直至每一小部分都能够直接描述