計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及應(yīng)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(jì)算機(jī)以及圖形處理技術(shù)來(lái)構(gòu)造物體的幾何形狀，模擬物體靜、動(dòng)態(tài)處理過(guò)程的技術(shù)。通常，把能夠定義、描述、生成幾何模型，并能夠進(jìn)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(shí)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(fù)雜形體都是由基本幾何元素構(gòu)造而成的。幾何造型通過(guò)對(duì)幾何元素的各種變換處理和集合運(yùn)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(diǎn)和邊表示形體，通過(guò)對(duì)點(diǎn)和邊的修改來(lái)改變構(gòu)造形

2、體的形狀，即構(gòu)造模型是一個(gè)簡(jiǎn)單的線框圖。與該模型相關(guān)的數(shù)學(xué)表達(dá)是直線或曲線方程、點(diǎn)的坐標(biāo)以及邊和點(diǎn)的連接信息，該連接信息決定哪些點(diǎn)分別是哪條邊的端點(diǎn)，以及哪條邊在哪個(gè)點(diǎn)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(lái)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(chē)車(chē)身造型(達(dá)索公司，CATIA軟件)實(shí)體造型(solid modeling)用于構(gòu)造具有封閉空間

3、、稱為實(shí)體的幾何形體。由實(shí)體造型構(gòu)造的模型稱為實(shí)體模型(solid model)?；驹煨凸δ軐?shí)體造型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基于特征的造型參數(shù)化造型6.4 實(shí)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(yùn)算掃掠構(gòu)造蒙皮構(gòu)造倒圓拉伸邊界造型6.4.2 實(shí)體造型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在實(shí)體造型系統(tǒng)中，三維形體是通過(guò)各種造型功能構(gòu)造的。隨著實(shí)體的創(chuàng)建，與實(shí)體相關(guān)的數(shù)學(xué)描述也存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)中。為了明確地表達(dá)和構(gòu)造一個(gè)三維形體，描述實(shí)體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通常分3類(lèi)：CSG樹(shù)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(shí)體

4、造型為基礎(chǔ)，使設(shè)計(jì)者采用一些常見(jiàn)的、具有一定設(shè)計(jì)或加工功能的特征作為造型的基本單元來(lái)構(gòu)造幾何模型，我們稱這些基本單元為特征。一般來(lái)說(shuō)，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(shí)例6.4.4 參數(shù)化造型參數(shù)化造型(parametric modeling)，可以只通過(guò)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(lái)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(jì)者以數(shù)學(xué)方程的形式給出。常規(guī)實(shí)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(xué)意義上的流形形體。系統(tǒng)不允許非流形形體存在，如兩個(gè)表面在一個(gè)點(diǎn)處相接，兩個(gè)截然不同的幾何形體共享一個(gè)面、邊或點(diǎn)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(gè)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(jì))精確地保存了零件的設(shè)計(jì)過(guò)程和零件間的關(guān)系，設(shè)計(jì)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(jì)功能裝配模型的使用裝配簡(jiǎn)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(lèi)、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(jì)人員識(shí)別單個(gè)零件、保留(保存)相關(guān)零件的過(guò)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(shí)別零件是如何連接的。裝配造型系統(tǒng)可使設(shè)計(jì)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(yùn)動(dòng)。6.6.2 裝配瀏覽所有裝配設(shè)計(jì)系統(tǒng)均提供某種類(lèi)型的瀏覽器，以允許用戶在零件定位、關(guān)系定義以及訪問(wèn)CAD模型、圖紙和相關(guān)的零件數(shù)據(jù)方面與系統(tǒng)進(jìn)行交互。裝配樹(shù)型結(jié)構(gòu)6.6.3 并行設(shè)計(jì)功能裝配造型的并行設(shè)計(jì)功能支持由多個(gè)部門(mén)組成的產(chǎn)品研發(fā)小組對(duì)裝配的協(xié)調(diào)與修改，支持在同一時(shí)間內(nèi)處理多個(gè)用戶對(duì)同一個(gè)裝配體的訪問(wèn)。在某些CAD系統(tǒng)中，由檢入、檢出(che

7、ck in/check out)處理來(lái)控制誰(shuí)在某個(gè)零件上工作(他不離開(kāi)該零件，別人不得進(jìn)入)，并可防止兩個(gè)設(shè)計(jì)人員在同一時(shí)間修改相同的零件設(shè)計(jì)。支持并行工程的裝配造型系統(tǒng)也具有構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一裝配體的能力，以完成運(yùn)動(dòng)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(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)。多數(shù)裝配模型模塊允許用戶在一個(gè)裝配體的零件間進(jìn)行測(cè)量或由裝配模型生成爆炸視圖。爆炸圖清晰地顯示了一個(gè)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(shí)特別有用。裝配爆炸視圖(IBM公司，CATIA軟件)6.6.5 裝配簡(jiǎn)化為提高裝配體的可處理性，許多系統(tǒng)提供了簡(jiǎn)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(fù)使用，減少信息記錄量。另一種方