計算機輔助設(shè)計基礎(chǔ)及應用第6章幾何造型系統(tǒng)課件

1、第6章幾何造型系統(tǒng)幾何造型技術(shù)是CAD技術(shù)的核心與基礎(chǔ)，是利用計算機以及圖形處理技術(shù)來構(gòu)造物體的幾何形狀，模擬物體靜、動態(tài)處理過程的技術(shù)。通常，把能夠定義、描述、生成幾何模型，并能夠進行交互編輯處理的系統(tǒng)稱為幾何造型系統(tǒng)。按其發(fā)展歷史，幾何造型可分為線框造型、曲面造型和實體造型。隨著幾何造型技術(shù)的發(fā)展，又產(chǎn)生了非流形形體造型。本章概述在幾何造型中，任何復雜形體都是由基本幾何元素構(gòu)造而成的。幾何造型通過對幾何元素的各種變換處理和集合運算產(chǎn)生所需要的幾何模型。6.1 空間幾何元素的定義6.2 線框造型線框造型(wireframe modeling)用頂點和邊表示形體，通過對點和邊的修改來改變構(gòu)造形

2、體的形狀，即構(gòu)造模型是一個簡單的線框圖。與該模型相關(guān)的數(shù)學表達是直線或曲線方程、點的坐標以及邊和點的連接信息，該連接信息決定哪些點分別是哪條邊的端點，以及哪條邊在哪個點上與其他邊相鄰。用線框造型構(gòu)造的模型稱為線框模型(wireframe model)。線框模型曲面造型(Surface Modeling)是用有向棱邊圍成的部分定義形體表面，由面的集合來定義形體。曲面造型可以滿足求交、消隱、渲染處理和數(shù)控加工等要求。由曲面造型構(gòu)造的模型稱為表面模型(surface model) 。6.3 曲面造型 汽車車身造型(達索公司，CATIA軟件)實體造型(solid modeling)用于構(gòu)造具有封閉空間

3、、稱為實體的幾何形體。由實體造型構(gòu)造的模型稱為實體模型(solid model)?；驹煨凸δ軐嶓w造型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基于特征的造型參數(shù)化造型6.4 實體造型6.4.1 基本造型功能基本幾何形體的創(chuàng)建形體的集合運算掃掠構(gòu)造蒙皮構(gòu)造倒圓拉伸邊界造型6.4.2 實體造型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在實體造型系統(tǒng)中，三維形體是通過各種造型功能構(gòu)造的。隨著實體的創(chuàng)建，與實體相關(guān)的數(shù)學描述也存儲于計算機中。為了明確地表達和構(gòu)造一個三維形體，描述實體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通常分3類：CSG樹型結(jié)構(gòu)邊界表示數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)空間分割模型結(jié)構(gòu)6.4.3 基于特征的造型基于特征的造型(Feature-based Modeling)，又稱為特征造型，是以實體

4、造型為基礎(chǔ)，使設(shè)計者采用一些常見的、具有一定設(shè)計或加工功能的特征作為造型的基本單元來構(gòu)造幾何模型，我們稱這些基本單元為特征。一般來說，特征可分為形狀特征、材料特征、精度特征、工藝特征等。特征造型實例6.4.4 參數(shù)化造型參數(shù)化造型(parametric modeling)，可以只通過修改其造型參數(shù)就可以方便地改變形體的形狀和尺寸。參數(shù)化造型利用幾何約束和幾何元素上的尺寸數(shù)據(jù)來定義和構(gòu)造幾何形體。幾何約束指幾何元素間的關(guān)系，如兩表面平行、兩邊共面、一條曲線邊與相鄰直線邊相切等。尺寸數(shù)據(jù)不僅包括定義形狀的尺寸，而且還包括這些尺寸間的關(guān)系，這些關(guān)系由設(shè)計者以數(shù)學方程的形式給出。常規(guī)實體造型系統(tǒng)僅允許

5、用戶創(chuàng)建具有封閉空間和統(tǒng)一邊界維數(shù)的幾何形體，即數(shù)學意義上的流形形體。系統(tǒng)不允許非流形形體存在，如兩個表面在一個點處相接，兩個截然不同的幾何形體共享一個面、邊或點為其共同邊界，形體具有懸邊或懸面，或完全由面構(gòu)成的一個網(wǎng)格結(jié)構(gòu)等。具有這些特征的幾何形體稱為非流形形體。6.5 非流形形體造型非流形形體模型裝配造型(即裝配設(shè)計)精確地保存了零件的設(shè)計過程和零件間的關(guān)系，設(shè)計人員可以按照零件間的配合順序關(guān)系構(gòu)造零件的幾何形狀。裝配造型的功能裝配瀏覽并行設(shè)計功能裝配模型的使用裝配簡化6.6 裝配造型6.6.1 裝配造型的功能CAD系統(tǒng)的裝配模塊為零件分類、裝配以及子裝配的構(gòu)成提供了一種邏輯結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可

6、使設(shè)計人員識別單個零件、保留(保存)相關(guān)零件的過程數(shù)據(jù)、保存零件在裝配體中的相互關(guān)系。利用裝配體中有關(guān)配合、位置以及方位等數(shù)據(jù)，裝配造型可以精確地識別零件是如何連接的。裝配造型系統(tǒng)可使設(shè)計人員創(chuàng)建和處理零件間的所有裝配約束、定義相關(guān)零件的位置和運動。6.6.2 裝配瀏覽所有裝配設(shè)計系統(tǒng)均提供某種類型的瀏覽器，以允許用戶在零件定位、關(guān)系定義以及訪問CAD模型、圖紙和相關(guān)的零件數(shù)據(jù)方面與系統(tǒng)進行交互。裝配樹型結(jié)構(gòu)6.6.3 并行設(shè)計功能裝配造型的并行設(shè)計功能支持由多個部門組成的產(chǎn)品研發(fā)小組對裝配的協(xié)調(diào)與修改，支持在同一時間內(nèi)處理多個用戶對同一個裝配體的訪問。在某些CAD系統(tǒng)中，由檢入、檢出(che

7、ck in/check out)處理來控制誰在某個零件上工作(他不離開該零件，別人不得進入)，并可防止兩個設(shè)計人員在同一時間修改相同的零件設(shè)計。支持并行工程的裝配造型系統(tǒng)也具有構(gòu)成一個統(tǒng)一裝配體的能力，以完成運動分析、有限元分析以及其他工程分析等。6.6.4 裝配模型的使用由裝配造型系統(tǒng)創(chuàng)建的裝配模型可以以多種方式應用于產(chǎn)品設(shè)計。多數(shù)裝配模型模塊允許用戶在一個裝配體的零件間進行測量或由裝配模型生成爆炸視圖。爆炸圖清晰地顯示了一個裝配體中所有零件的物理關(guān)系，這些視圖在描述裝配結(jié)構(gòu)時特別有用。裝配爆炸視圖(IBM公司，CATIA軟件)6.6.5 裝配簡化為提高裝配體的可處理性，許多系統(tǒng)提供了簡化裝配的方法。一種解決方法是使用例證，如構(gòu)造像緊固件這樣的通用零件，以用于重復使用，減少信息記錄量。另一種方