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1、三维造型技术,主讲：黄宪明适用：08数字媒体专业08-09学年 第二学期,3-D 实体建模,模型定义 实体模型由体积信息组成，就是说，包含了三维模型内部的信息，以及物体表面的信息。在实体模型里，模型的表面代表了物体内部和外部之间的边界。实体模型可以想象成是不漏水（watertight）的.模型表面之间必须没有间隙，因为必须完全地把模型的内部和外部分离开。,3-D 实体建模,2.基本立体叠加建模（Primitive Modeling）很多物体都可以用基本的几何形状进行数学描述。建模软件被设计成支持一整套的基本几何立体，例如立方体，长方体，楔体，球体，圆锥体，圆环，以及圆柱体。,3-D 实体建模,
2、2.基本立体叠加建模（Primitive Modeling）基本立体建模时，软件只使用有限数量的基本几何形体，因而，建模软件只能创建某些拓扑结构。这称为基本立体的实例化(primitive instancing)。但是，一般来说，在单个模型里，基本立体实例的数量并没有限制。把这些基本立体进行组合使得可以创建更复杂的物体。设计者在脑海中把物体解构成基本几何立体的集合，然后再利用分解出来的基本立体来构建模型，如下图所示。,左图显示了组成最后实体的每一单个基本体。右图显示了每一单个基本体在其位置和方向上的装配体。,3-D 实体建模,3.构建实体几何建模（Constructive Solid Geom
3、etry Modeling）构建实体几何建模在定义基本体和基本体组合方面都比基本体实例化更加灵活。其基本体的几何关系通过布尔运算（Boolean Operations）来定义。有三种类型的布尔运算：并集（Union），差集（Difference）和交集（Intersection）。下页图显示了运用这些布尔运算所创建的不同的实体模型。,3-D 实体建模,3.构建实体几何建模（Constructive Solid Geometry Modeling）,三种布尔运算：两个在同一位置的同样的基本体，被创建出了三种非常不同的物体。,3-D 实体建模,3.构建实体几何建模（Constructive Sol
4、id Geometry Modeling）,就像数学里的减运算一样，布尔运算里的差集运算对运算对象的顺序具有敏感性。如右图所示,3-D 实体建模,3.构建实体几何建模（Constructive Solid Geometry Modeling）,布尔运算特例：两个相邻但不重叠的基本体，见右图。1.并集：融合为一体；2.差集：第一个立体留下，无变化；3.交集：结果为空，因为交集运算只 显示重叠部分。,3-D 实体建模,4.基于约束的建模（Constraint-Based Modeling）尽管三维实体建模在80年代发展迅速，但使用这些软件的公司并没有实现CAD销售商所承诺的生产力的提高。其中的一个
5、原因就是创建一个实体模型的过程比设计一个实际的产品要抽象的多。直到1988年参数化技术公司（Parametric Technology Corporation）发布Pro/ENGINEER，在今天的建模系统里被认为是普通平常的工具被一起引入到了商业CAD软件包。Pro/ENGINEER和其他软件引入3-D建模的革新性思想是把模型定义为一系列可修改的特征（features）。每一特征都是通过可修改的约束（constraints）来控制的，以创建一个动态的模型，能够随着设计要求的变化而更新。这种形式的建模也延伸倒了装配体中。对某一特征的几何更改既反应到包含这一特征的零件，也反应到包含这一零件的装配
6、体上。,3-D 实体建模,4.1 规划（Planning）基于约束的建模的一个关键步骤就是创建模型之前的规划。以为基于约束的建模之所以强大就在于允许用户进行修改和操纵特征的功能。仔细规划意味着模型在后面能够被创建此模型的人和其他把其用于新设计的人员以最小的努力进行修改。创建模型之前需要问的关键问题包括：1.模型数据来自何处?2.模型数据将被如何使用？,3-D 实体建模,4.2 数据来源（Sources of Data）对于不同的公司、不同的项目，数据的来源有很大的不同。如果创建一个全新的模型，那么全部的数据来源也许就是由设计者创建的草图。如果公司最近才从2-D CAD系统切换到3-D，那么2-
7、D CAD图纸可能就是模型的数据来源。如果公司已经转换到了3-D建模系统，那么可能由现存的模型作为你的数据来源，但能够被直接使用的特征定义和约束可能很少。最好的情况，当然，就是你可以继续使用在同一个CAD系统创建的模型。,3-D 实体建模,4.3 模型的最终使用（Eventual Model Use）规划过程的另一个重要部分就是要理解在模型一旦被创建之后，模型数据将最终如何被使用。如果你将用分析工具例如有限元分析（Finite Element Analysis），你需要确认需要分析的关键特征已经足够详细以得到精确的结果。同样地，如果你只是使用快速建模工具创建一个物理模型用于视觉分析，就需要特别
8、注意可见的外部表面的创建。用于生成计算机数控（Computer Numerical Control）数据或者相关的制造数据的模型，需要很精确地表达最终制造的产品的外部和内部的几何特征。,3-D 实体建模,4.4 建模标准（Modeling Standards）就像2-D CAD绘图一样，按标准创建的模型将更容易修改和编制技术文档。基于约束的3-D模型的价值会大大增加，如果它能很容易地被任何需要从其生成其他设计的人所修改的话。设立建模标准时包括以下问题：1.应该把哪些几何集中起来定义一个特征；2.应该以什么顺序来定义特征；3.特征之间应该怎样联系起来；4.如何把特征自动地生成技术文档。,3-D
9、实体建模,5.特征分析（Feature Analysis）捕获模型的设计意图就是定义模型里的特征和特征之间的关系的一个过程。目的就是确保从模型或修改过的用于其他产品开发过程的模型里抽取出来的信息尽可能精确地反映确定产品要求的设计者和工程师的原始意图。3-D建模是一个把产品要求转化为几何模型的一个过程。在一个基于约束的模型里，此几何模型是动态的，因为模型里特征的尺寸和位置都可以轻易得到修改。,3-D 实体建模,5.特征分析（Feature Analysis）下图所示的零件通过把约束赋予特征而嵌入了一系列的设计要求。此图中左右缺口特征做了对称约束，左中圆弧的圆心和其上缺口的竖直直线做了重合的约束。
10、,3-D 实体建模,5.特征分析（Feature Analysis）把上页图中右边缺口的尺寸的长度由15改为25，高度尺寸由8改为12。左边的缺口的尺寸和圆弧的位置业相应地有了变化。,3-D 实体建模,5.特征分析（Feature Analysis）相应地，实体模型也产生了变化。如下图所示。,3-D 实体建模,6.特征定义（Feature Definition）6.1 由普通扫掠生成的特征（Features from Generalized Sweep）模型里的许多特征可以通过使用扫掠操作（Sweeping operation）来得到。在扫掠操作中，在一个平面上画出一个封闭的多边形，叫做轮廓（
11、Profile），然后沿一个定义好的长度的路径移动，或叫扫略。下图所示为一个正四棱柱（扫掠路径垂直于轮廓）和斜四棱柱（扫掠路径倾斜于轮廓）。扫掠路径平行于轮廓的情况是不允许的，因为这样不会产生一个实体。,3-D 实体建模,6.特征定义（Feature Definition）6.1 由普通扫掠生成的特征（Features from Generalized Sweep）右图所示的模型的扫掠路径为一条曲线。,3-D 实体建模,6.特征定义（Feature Definition）6.1 由普通扫掠生成的特征（Features from Generalized Sweep）另一种扫掠路径是圆弧（旋转），如下图所示。,3-D 实体建模,6.特征定义（Feature Definition）6.2 工作平面（Workplane）模型里的所有几何必须相对于一些3-D坐标系统确定其方向和位置。一般地，设计者首先使用世界坐标系统（World coordinate system）定义几何位置。工作平面是相对于世界坐标系统创建零件几何最常用的构造几何（Construction geometry）。开始创建一个零件模型的常用方法是先创建三个相互垂直的平面，这三个平面都通过世界坐标系统的原点。如下图所示。这些平面可以理解为支持创建模型特征几何的构造几何体。,
