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1、设计巴巴工作室 1毕业设计外文资料翻译学 院： 机械电子工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 姓 名： 学 号： 外文出处： Automation in Construction 9(2000). 369377附 件： 1.外文资料翻译译文；2.外文原文。 指导教师评语：签名： 年 月 日附件附件 1：外文资料翻译译文外文资料翻译译文2关于参数化设计的回顾和一些经验关于参数化设计的回顾和一些经验Javier MonederoDepartamento de Expresion Grafica Arquitectonica, Uniersitat Politecnica de Catalun
2、ya, Diagonal 649, 08028 Barcelona, Spain摘要：摘要：在过去的数年中，作为呈现和传递工程计算结果的计算机辅助工具，有着非常显著的发展。但是直到今天，还没有一种开发软件能在协助设计产生一种简单、互动的建筑形式方面取得与之相当的进步。更糟糕的是，那些将计算机视为一种直接有效的工具，并利用其所提供的强大功能来设计建筑形式的设计师们仍然是个例外。建筑学的产生发展依然延续着传统的方式，这之中计算机只不过是一个起草工具而已。尽管意见上会有很大分歧，但是我们可以很容易的确定引起这些现象的主要因素。在我看来，试图推进过快是一个错误，举例来说，有人主张使用基于专家系统和人工
3、智能的集中设计方法，但是却没有一个合适的工具来生成和修改简单的立体模型。我们现在所拥有的建模工具并不理想。它们的主要限制是一旦模型建立，它们缺乏适当的工具来交互式的修改它。任何设计活动都有一个基本方面，即设计者在不断前进和后退中，一次又一次的重新制订模型的某些特定方面 ，或其总体布局，甚至又回到以前暂时放弃的那个解决方案上。本文提出了关于参数化设计的实际情况和可能被纳入到未来建筑设计工具的最新发展总摘要，以及他们的一些对于建筑的中肯的批评意见。关键词：关键词：几何造型；建筑和建筑模型；参数化设计。1 目前的三维模型目前的三维模型 在建筑行业，三维模型从商业视角上被划分成如下几类技术：多边形有孔
4、类建模，实体建模和类似曲线曲面的非均匀有理 B 样条的参数化表面建模。大多数建筑模型的生成仍在使用第一种方法，再加上一些适当的允许使用如下命令的接口，例如“三维表面”，具有“宽度和厚度”或“旋转波纹”“突出波纹”“标准波纹”效果的折线，等等。这是由于建筑模型具有主要由平坦的表面组成的特征。许多建筑师仍在使用所谓的 2.5 维软件(宽线条或将折线描述成的墙体压延到特定高度)，它可以用来绘制飞机模型和简单的三维模型。实体模型也被广泛采用，因为它支持基于布尔数学体系的操作系统，可以被用来创建更复杂的模型。曲线曲面的非均匀有理 B 样条及其类似曲线很少被用到(除了 Frank Gehry)，这是因为一
5、般的预算不会支持具有刻文的或是自由形态的表面。在许多著名的电脑类书籍中我们都可以找到和学习三维几何造型的历史，就像 Foley 的计算机图形一般论述和 Mortenson 的关于几何造型的更专业教科书。这证明了一个很短的概念。这个概念的目的不仅仅是在合适的文章中找出主旨，而且强调了已出版的3文章和普遍使用的技术在时间上的差距。正如我们将看到的，这种距离与第一部出版的参数化设计书籍和我们不远的将来之间的差距大致相同，大约是二到四年。那就是说，更改当前在计算机辅助设计中使用的技术的时机已经成熟；虽然大多数使用电脑的建筑设计师们没有意识到，但是这种变化的确在 CAD/CAM 中发生了。1.1 CAD
6、CAD 建模工具的发展和局限性建模工具的发展和局限性世界上第一种方法和技术被投入使用是在二十世纪六十年代，这其中同样包括基础的二维原语，以及新的实体，如样条。Bezier 和 De Casteljau 的工作可以追溯到这段时期。它可以扩展到三维线框和表面补丁。新的绘图方法与 Sutherland 这个名字是分不开的，在 1963 年他发表了关于此命题的论文。多边形网格在二十世纪六十年代末被使用，不久之后就出现了可形象化这种技术的方法，正如现在被称为平面阴影的技术(Bouknight，1970)或者，更好的叫做 Gouraud 着色技术(1971)再或是，更好的 Phong着色技术(1975)。
7、现如今大多数系统都已经停用这种技术了(自那以后大约使用了 22年！)。自由形态和刻纹表面在二十世纪七十年代取得了全面的发展。现今所使用的最先进技术可以将曲线曲面（非均匀有理 B 样条）描述成文本，这种技术是由A.R.Forrest 在 1980 年发明的。几年前(在它问世的十五年后)，AutoCad 通过利用一个额外的模块(AutoSurf)融合了它，这种模块可以兼容版本 13。实体建模是基于 CSG 的原始形式，它同样诞生于二十世纪六十年代早期(在美国的MAGI 实验室），并发展得相当缓慢 ，直到 20 世纪 70 年代初一些完整的产品出现在欧洲和美国。世界上第一款商业软件包，就像 Evan
8、s 和 Sutherland 在 1980 年使之商业化的 Romulus 软件包，出现在二十世纪七十年代末期。有一个很重要的参考文献也在1980 年出版，它是由 Requicha 总结的，内容关于当时制造工艺的现状和本文引述的五个主要系统。在当前，大多数系统使用的都是两种系统的集合，一种是 B-Reps 与 CSG的融合，另一种是利用 B-Reps 作为外壳允许多重表述和数据之间的转变。这解释了为什么 AutoCad 会自从版本 13 以来在淘汰掉 AME 系统后使用 ACIS(Alan ,Charles and Ian 系统)的原因，前者仅是一个 CSG 系统而且不能执行应有的操作。1.2
9、 当前可编辑的三维描述系统当前可编辑的三维描述系统所有这些系统，如果从近似互动方式的观点来设计的话，会受到很大的限制。主要原因是：缺乏资源来编辑表面。这在建筑场所中尤为明显，你必须重新设计和调整以达到验收建筑的标准。在真正交互式设计环境下，缺乏资源来编辑卷册。在修改过程中，缺乏资源来保持卷中各部分之间的联系。缺乏实体与表面之间的整合。4在 CAD/CAM 共同体中，我们现在所用来创建三维建筑模型的方法，在很久以前就被淘汰了。所以不同类型的研究已经开展，目的就是为了改善当前的情况。在进入参数化设计前，我们会提供一些线索。1.3 面向对象的三维模型：面向对象的三维模型：E-Reps 以一个实体建模
10、系统为例，就像当今建筑界所使用的那种，如果某人想做一些修改，例如在墙体上开一个孔，那么他必须要编辑 CSG 树，找到原始地址，然后整理系统顺序以重建信息树。有了面向对象的方法，交互技术会变得更加便利并且更易于管理。有了它，能够修改对象的内部数据结构以及系统操作的运算法则，就隐藏在对象本身。这样，发给对象的指令无需详细说明修理系统应该完成什么工作，而只需指明需要做什么工作(例如，更改墙体上孔洞的位置)。继承的机制可以将所分的类别与超分类和子分类联系到一起，从而保证了先前说明的关系不会改变。不幸的是，这需要数据的内部表示，这一点正是现如今的 CAD 系统所欠缺的。大致来说，所谓图表模型就是一种表示
11、法，即利用一系列的参考资料来建立模型的实体联系。Hoffman8曾经介绍了E-Rep(可编辑的表示法)术语来表述这种结构。这意味着，在未来它会引起人们的极大兴趣。这种结构与 CSG 图表相类似，但是有一些重要区别。在 CSG 中图表页的节点通常是最低端的原始系统，也就是一半的空间，反之，在 E-Reps 系统中，通常都是 B-Reps。同样的，在 CSG 系统中，节点通常是一些运营商，而且主要是基于布尔数学体系的运营商，然而在 E-Rep 中这些节点可以囊括范围广泛的类型，包括素描，彩票类型，功能附件，混纺或尺寸。从另一方面来说，CSG 图表系统具有良好的定义和有保障的高效性。这不是 E-Re
12、ps 所具有的，所以看起来我们仍然需要做一些必要的实验。2. 参数化设计参数化设计参数化设计，从某种意义上说，是一个相当受限的术语；它暗含了如何用参数来定义表格，其实，在实际使用中利用的却是关系。我将从广泛的意义上来使用这个术语，包括在其他标题的文献中可以找到的，如关系模型或变异性设计或基于约束的设计以及其他题目，这些在以下段落中会有不同程度的引用。还应当指出的是，从一个初级着眼点考虑，还没有一个明确的界限能够分清所谓的参数化设计和当今被称为计算机辅助设计或建模之间的差别。在这种情况下，图表在基础模板下，通过整合嵌入在模型中的各种实体被创建出来，这个模板被填充进了他们的“固有参数”。举例说明，
13、一条线就是一个实体，一旦它的两个参数(长度和方向)被指定了，那么这条线就变成了模型的一部分。一条折线就是由一系列的直线首尾相连而得到的，它的位置参数同样要在创建时确定。棱柱形网状卷是通过设置其位置、长度、宽度和高度这四个参数，来嵌入到模型内部的。除了这些，我们还可以通过对原始系统的整合，以及与之保持同步，来定义“blocks”（计算机辅助设计）,“Cells”(微型工作站)和 “components”（其他系统），使它们获得不同的整体价值。还有，在当今的 CAD 系统中，有工具允许我5们对原始的实体做后期的修改。然而，对于复杂的基础件，当我们想独立的对其部件进行修改而又想保持部件之间的联系时，
14、它是不起作用的。我们可以将金属窗口定义成一种屏障，但如果我们在安装时更改了它的比例，结构的横截面尺寸就会按照相同的比例在全部量级上发生变化，并且由于许许多多不同的开放尺寸，令我们再也不能使之保持一个标准结构。但是，我们仍然可以通过一些诸如 AutoLisp 式的程序语言定义一个过程，它仅在嵌入模型的时候，起到明确关系和定义合适尺度的作用。它已经在文字和基本感官上实现了参数化设计。并且很显然，建筑学对它很感兴趣，这主要是基于一个事实，即可以在族里实现分类的那些重要构建元素，有着自发的被参数化的倾向。而且，如果这可以以一种合理的方式实现的话，它可以节省大量的时间和计算机内存，也将有助于这些元素的管
15、理。由于在参数化设计中族的概念很重要，我们可以正式的定义它为：一系列只在其部件的维度上有差别的元素。描述一个族，阐述族设计的初步理念，我们只需要两件事，一个是拓扑描述，详细阐明组成它的各部分的信息以及它们彼此之间所保持的联系；一个是空间上的安排，明确优先权和空间上的限制。这样，我们可以定义一个抽象的元素集合并且将它们嵌入到我们的模型中去。这是一个好的开始，但是一旦它被嵌入到模型中后我们又想修改它该怎么办呢？对于这个问题，参数化设计在早多年以前，就以一种令人期待的方式，适时的在CAD/CAM 中展开了关于它以及一些基础约束理念的研究。3. 约束约束CAD 中的一个基础问题,是如何弄清楚我们对待事
16、物的一些直觉上的认识，从而令机器可以自动的对待和说明实物。一旦我们想要确切的阐述“常识”的合理概念时，这个问题就显示了它的重要性。从建筑学的观点看 ，这就像是认为地板“必须永远”是水平的，或窗户是“属于”墙的，并且以这种方式来制定一个规则，而机器是不能违反这种明显的规则的。这一点的实现需要借助约束的手段。早在 1963 年，约束手段通过借助 Sutherland 的开创性工作得以在 CAD 中首次出现。由于它的产生事关参数化设计的正确概念，所以人们在任何 CAD 系统中，以基本的方式提出了约束的概念。例如一条折线，可以被理解成依靠端点约束联系在一起的曲线的集合。但是，在一般情况下，约束的概念意味着模型需要一个扩展的数据库。一个约束就是一种关系，它限制了单个实体和实体组的动作。关于约束的例子有很多，例如：一组直
