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1、三维几何建模基础,线框模型与建模方法,表面模型与建模方法,实体模型与建模方法,装配模型与建模方法,参数化建模技术与方法,特征建模技术与方法,三维建模综合实例,几何信息,第1节 三维几何建模基础,点 是0维几何元素，分端点、交点、切点和孤立点等。 边 是1维几何元素，是两个邻面（正则形体）或多个邻面（非正则形体） 的交界。 环 是有序、有向边组成的面的封闭边界。环中的边不能相交，相邻两条边共享一个端点。确定面的最大外边界的环称之为外环，确定面中内孔或凸台边界的环称之为内环。 面 面有方向性，在面上沿一个环前进，其左侧总是面内，右侧总是面外。 体 是3维几何元素，由封闭表面围成空间,拓扑信息,第1
2、节 三维几何建模基础,平面立体的九种拓扑关系,形体的表示,第1节 三维几何建模基础,正则集合运算,第1节 三维几何建模基础,两个三维形体的交,集合运算,正则集合运算,把能够产生正则形体的集合运算称为正则集合运算,欧拉公式,第1节 三维几何建模基础,平面多面体是表面由平面多边形构成的三维物体。 简单多面体指与球拓扑等价的那些多面体。 欧拉公式证明简单多面体的顶点数V、边数E和面数F满足如下关系：V-E+F=2。,欧拉公式,第1节 三维几何建模基础,V=8 E=12 F=6,V=5 E=8 F=5,V=6 E=12 F=8,简单多面体,欧拉公式,第1节 三维几何建模基础,令R表示多面体表面上孔的个
3、数，H表示贯穿多面体的孔的个数，则扩展后的欧拉公式为：V-E+F=2-2H +R,非简单多面体,第 2节 线框模型与建模方法,线框模型在计算机内部是以边表和点表来描述和表达物体的,四面体线框模型,第 2节 线框模型与建模方法,线框模型存在的缺陷：,二义性 无法进行图形的线面消隐 加重用户的输入负担 难以保证数据的统一性和有效性,线框模型的二义性,工程应用： 线框模型符合长期以来工程设计人员的设计习惯，通过线框模型可以方便地生成物体的工程图、轴测图和透视图，同时由于它具有较好的时间响应特性，所以对于实时仿真技术或中间结果显示很适用。,第 3节 表面模型与建模方法,表面模型是将物体分解为组成物体的
4、表面、边线和顶点，用顶点、边线和表面的有限集合来表示和建立物体的计算机内部模型,四面体表面模型,第 3节 表面模型与建模方法,表面建模基本思想：采用空间的曲面来表示物体的外表面,表面建模中的曲面主要包括两种基本类型：几何图形曲面和自由型曲面。 几何图形曲面是指那些具有固定几何形状的曲面，如球面、圆锥面、牵引曲面和旋转曲面等。 自由型曲面主要包括各种二维和三维扫描曲面、孔斯曲面、Bezier曲面、B样条曲面和NURBS曲面等 。,第 3节 表面模型与建模方法,双三次Bezier曲面,B样条曲面特征网络,第 3节 表面模型与建模方法,应用,能够以线框、消隐、真实感绘制等方式显示设计模型，具有很好的
5、显示特性,优势,问题,诸如体积、重心等几何特性不易表达,表面模型具有非常好的显示特性，被广泛应用于图形仿真和模拟软件以及NC刀具轨迹生成等场合，此外，表面模型是现代实体建模系统重要的建模特征，参与整个交互设计过程，成为复杂实体特征的参考,第 4节 实体模型与建模方法,实体模型 按照生成实体的方法不同，实体建模方法可分为： 体素法 布尔运算法 边界建模法,第 4节 实体模型与建模方法,体素的定义及描述有两种方法：一种为基本体素，另一种为平面轮廓扫描体 。,实体建模中常用的基本体素,平面轮廓扫描法生成体素,第 4节 实体模型与建模方法,布尔运算法： 由两个体素间的并、交或差操作生成新的实体。,布尔
6、运算法生成三维实体,第 4节 实体模型与建模方法,边界建模法： 使用一组包围物体内部的平面多边形来描述实体。,由边界建模方法建立一个楔形模型,第 4节 实体模型与建模方法,三维几何模型之间的转化：,相应的产品信息表达层次不断提高 不同模型在需要的情况下可以进行转化 实体模型曲面模型 曲面模型线框模型 逆向转化困难 包含的产品信息量,第 5节 装配模型与建模方法,装配模型的表示,装配结构,第 5节 装配模型与建模方法,装配约束分析,贴合约束,对齐约束,第 5节 装配模型与建模方法,同轴心约束,垂直约束,相切约束,距离约束,第 5节 装配模型与建模方法,装配建模方法： 自下而上的设计方法： 由最底
7、层的零件开始装配，然后逐级逐层向上进行装配。 零件设计 装配规划 装配操作 装配管理和修改 装配分析 其他图形表示，如爆炸图、工程图等,第 5节 装配模型与建模方法,装配建模方法： 自上而下的设计方法： 由产品装配开始，然后逐级逐层向下进行设计。 明确设计要求和任务 装配规划 设计骨架模型骨 部件设计及装配 零件级设计,第 6节 参数化建模技术与方法,参数化设计的基本概念： 参数化建模技术以约束造型为核心，以尺寸驱动为特征，设计者首先根据设计意图进行草图设计，勾画出设计轮廓，建立各设计元素之间的约束关系，然后通过输入精确尺寸来完成最终设计。与无约束造型系统相比，参数化设计更符合实际工程设计习惯
8、。,第 6节 参数化建模技术与方法,参数化设计的相关技术： 轮廓 轮廓由若干首尾相连的直线或曲线组成，轮廓上的所有直线段或曲线段相互之间连接成一个封闭的图形，轮廓线之间也不能断开、错位或者交叉。 下图（a）是正确的轮廓线，（b）和（c）都是错误的轮廓线。,（a） （b） （c）,第 6节 参数化建模技术与方法,约束 参数化设计将约束分为尺寸约束和拓扑约束两类。 尺寸约束一般指对大小、角度、直径、半径和坐标位置等进行的限制，它是一种显式约束； 拓扑约束一般指对两个形体元素间是否要求平行、垂直，共线、同心、重合、对称、全等和相切的限制，它是一种隐式约束。 根据实际需要，也可以构造参数间的关系式约束
9、。,第 6节 参数化建模技术与方法,尺寸驱动 利用尺寸驱动可以通过控制参数的尺寸来控制零件的形状，将几何形状以尺寸的形式进行控制，并且使得在需要修改零件的形状时，只需编辑一下尺寸的数值即可实现。,尺寸驱动,第 6节 参数化建模技术与方法,数据相关与模型关联 参数化设计软件一般都具备由三维模型自动生成二维工程图的能力，这里所谓的数据相关是指由系统自动生成的二维模型与零件的三维模型是智能双向关联的，即当修改三维模型时，对应的二维模型会自动更新，反之亦然。,第 6节 参数化建模技术与方法,参数化建模的优势和应用： 参数化建模与传统设计方法的最大区别在于： 参数化建模通过基于约束的产品描述方法存储了产
10、品的设计过程，因而它能设计出一族而不是一个产品； 参数化设计能够使工程设计人员在产品设计初期无需考虑具体细节而能尽快草拟零件形状和轮廓草图，并可以通过局部修改和变动某些约束参数而不必对产品设计的全过程进行重新设计。,第 7节 特征建模技术与方法,特征建模的概念： 采用具有工程意义的特征作为基本构造单元，使整个信息模型具有丰富的语义并提供高层次的产品信息，完整、全面地描述产品信息模型。 特征建模既继承了几何建模的优点，又弥补了其存在的种种缺陷。 特征建模提供了连接工程知识和几何信息的工具。,第 7节 特征建模技术与方法,特征的概念： 描述产品信息的集合 不同行业、不同条件下定义差别很大 不断发展
11、的一个概念,特征建模的操作对象： 操作对象是产品的功能形素：如螺纹孔、定位孔、键槽和凸台等；不再是实体造型采用的原始的线条和体素。 需要采用局部操作和尺寸驱动技术。,第 7节 特征建模技术与方法,特征的分类： 形状特征：可再分为主特征和辅特征。 精度特征 ：如尺寸公差、形状公差、位置公差、表面粗糙度特征等 。 材料特征：主要反映有关材料性能、热处理方式等。 制造特征：如制造技术要求，装配要求等。 管理特征： 用于描述零件的管理信息，如图纸标题栏提供的信息。,第 7节 特征建模技术与方法,特征建模的方法： 交互式特征定义 首先建立产品的几何模型，然后通过人机交互方式提取定义特征的几何要素，并将其
12、他特征参数或精度、技术要求、材料热处理等信息作为属性添加到特征模型中。 特点：方法简单，但效率低，难以提高自动化程度，实体的几何信息与特征信息间没有必然的联系，难以实现产品数据的共享，人为的错误易于在信息处理中发生。,第 7节 特征建模技术与方法,特征建模的方法： 特征自动识别 将设计的实体几何模型与系统内部预先定义的特征库中的特征进行自动比较，确定特征的具体类型，形成实体的特征建模。 特点：实现了实体建模中特征信息与几何信息的统一，但一般只对简单形状有效，且仍缺乏公差、材料等属性，不能伴随实体的形成过程实现特征体现，只能事后定义实体特征，再对已存在的实体建模进行特征识别与提取。,第 7节 特征建模技术与方法,特征建模的方法： 基于特征识别的设计 利用系统内已预定义的特征库对产品进行特征造型或特征建模。也就是设计者直接从特征库中提取特征的布尔运算，最后形成零件模型的设计与定义。 特点：需要预先定义大量特征并建立特征库。,第 8节 三维建模综合实例,三维实体建模 工程图 装配建模,三维建模综合实例,选择=结果,汇报结束 谢谢观看！ 欢迎提出您的宝贵意见！,
