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1、本資料來源,更多資料請(qǐng)?jiān)L問,.(.),5.2.3,實(shí)體建模,Solid Modelling,體素法生成實(shí)體,以下圖所示是采用體素法，從定義基本體素到生成實(shí)體模型的全過程，通過定義,4,個(gè)基本體素，經(jīng)過三次集合運(yùn)算，完成三維實(shí)體的建模。,5.2.3,實(shí)體建模,Solid Modelling,5.2.3,實(shí)體建模,Solid Modelling,5.2.3,實(shí)體建模,Solid Modelling,掃描體素法,定義,利用基體的變形操作實(shí)現(xiàn)外表形狀較為復(fù)雜的物體的建模方法稱為掃描法，掃描法又分為平面輪廓掃描和整體掃描兩種方法。,基本原理,用曲線、曲面或形體沿某一路徑運(yùn)動(dòng)后生成,2D,或,3D,的物體

2、。掃描變換需要兩個(gè)分量，一是給出一個(gè)運(yùn)動(dòng)形體，稱為基體；另一個(gè)是指定形體運(yùn)動(dòng)的路徑。,5.2.3,實(shí)體建模,Solid Modelling,掃描體素法,優(yōu)點(diǎn),由于三維實(shí)體建模能唯一、準(zhǔn)確、完整地表達(dá)物體的形狀，且容易理解和實(shí)現(xiàn)，因而被廣泛應(yīng)用于設(shè)計(jì)和制造中。,掃描體素法,是對(duì)在某一方向具有固定剖面產(chǎn)品形狀造型的一種有用而有效的方法，可對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行描述、特性分析、運(yùn)動(dòng)分析、干預(yù)檢驗(yàn)以及有限元分析、加工過程的模擬仿真等。,5.2.3,實(shí)體建模,Solid Modelling,1,）平面輪廓掃描法,這種方法的基本設(shè)想是由任一平面輪廓在空間平移一個(gè)距離或繞一固定的軸旋轉(zhuǎn)就會(huì)掃描出一個(gè)實(shí)體。,5.2.3,

3、實(shí)體建模,Solid Modelling,2,）整體掃描法,三維實(shí)體掃描法就是首先定義一個(gè)三維實(shí)體作為掃描基體，讓此基體在空間運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)可以是沿某一方向移動(dòng)，也可以是繞某一軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，或繞某一點(diǎn)擺動(dòng)，如下圖,。,5.2.3,實(shí)體建模,Solid Modelling,線框建模、外表建模、實(shí)體建模的比較：,5.2.4,特征建模,Feature Modelling,幾何建模技術(shù)推動(dòng)了,CAD/CAM,技術(shù)的開展，但幾何模型只是物體幾何數(shù)據(jù)及拓?fù)潢P(guān)系的描述，,無明顯的工藝信息、結(jié)構(gòu)和工程含義,，因而促進(jìn)了特征建模技術(shù)的開展。,在建模技術(shù)中，特征的概念源于對(duì)零件幾何要素的歸納，以零部件的設(shè)計(jì)自動(dòng)化為目的，

4、將產(chǎn)品的零部件設(shè)計(jì)中常用的幾何體的幾何定義為特征；進(jìn)一步的開展使得特征技術(shù)著眼于從制造領(lǐng)域著手，將特征與工藝過程設(shè)計(jì)、數(shù)控加工自動(dòng)編程相結(jié)合，從而提出了面向制造的設(shè)計(jì),(DFM),概念。,5.2.4,特征建模,Feature Modelling,隨著特征的概念引伸至產(chǎn)品設(shè)計(jì)所需要的知識(shí)、零件設(shè)計(jì)所應(yīng)具有的功能、加工過程中的工藝過程等，并且在商品化的,CAD/CAM,軟件中幾乎都提供了由于產(chǎn)品開辟者定義特征的模塊，并試圖以積累設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、自動(dòng)定義零件的受力分析、物理性能驗(yàn)算、幾何造型、工藝可行性評(píng)價(jià)、裝配性分析等知識(shí)為基礎(chǔ)的綜合特征用于產(chǎn)品或零部件的設(shè)計(jì)。,5.3,實(shí)體建模中的形體表示模型及數(shù)據(jù)結(jié)

5、構(gòu),5.3.1,邊界表示法,5.3.2,構(gòu)造實(shí)體幾何法,5.3.3,三維形體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),5.3,實(shí)體建模中的形體表示模型及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),與外表建模不同，三維實(shí)體建模在計(jì)算機(jī)內(nèi)部存貯的信息不是簡單的邊線或頂點(diǎn)的信息，而是準(zhǔn)確、完整、統(tǒng)一地記錄了生成物體的各個(gè)方面的數(shù)據(jù)。,常見的實(shí)體建模表示方法有：,邊界表示法、構(gòu)造實(shí)體幾何法、混合表示法。,5.3.1,邊界表示法,（,B-Reps,）,定義,用物體的邊界，如面、邊、點(diǎn)等低層的幾何元素描述物體的形狀。即一個(gè)實(shí)體可以通過它的面的集合來表示，而每一個(gè)面又可以用邊來描述，邊通過點(diǎn)，點(diǎn)通過三個(gè)坐標(biāo)值來定義。,邊界表示法強(qiáng)調(diào)實(shí)體外表的細(xì)節(jié)，詳細(xì)記錄了構(gòu)成物體的所

6、有幾何信息和拓?fù)湫畔?，將面、邊、頂點(diǎn)的信息分層記錄，建立層與層之間的聯(lián)系。,5.3.1,邊界表示法,（,B-Reps,）,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),邊界表示法的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是網(wǎng)狀的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。如右圖所示的物體，將其按照實(shí)體、面、邊、頂點(diǎn)描述，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部按網(wǎng)狀的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行存貯。,圖,5,9,四棱錐的邊界表示,5.3.1,邊界表示法,（,B-Reps,）,優(yōu)點(diǎn),有較多的關(guān)于面、邊、點(diǎn)及其相互關(guān)系的信息。有利于生成和繪制線框圖、投影圖，有利于計(jì)算幾何特性，易于同二維繪圖軟件銜接和同曲面建模軟件相關(guān)聯(lián)。,局限性,由于它的核心信息是面，因而對(duì)幾何物體的整體描述能力相對(duì)較差，無法提供關(guān)于實(shí)體生成過程的信息，也無法記錄組成幾

7、何體的基本體素的元素的原始數(shù)據(jù)，同時(shí)描述物體所需信息量較多，邊界表達(dá)法的表達(dá)形式不唯一。,5.3.2,構(gòu)造實(shí)體幾何法,（,CSG,）,定義,Construct Solid Geometry,構(gòu)造立體幾何法簡稱,CSG,法，是一種通過布爾運(yùn)算將簡單的基本體素拼合成復(fù)雜實(shí)體的描述方法。,用二叉樹表示物體的構(gòu)成，其中葉節(jié)點(diǎn)表示體素，內(nèi)節(jié)點(diǎn)表示布爾運(yùn)算符。,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為樹狀結(jié)構(gòu)。樹葉為基本體素或變換矩陣，結(jié)點(diǎn)為運(yùn)算，最上面的結(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)著被建模的物體。如以下圖所示。,5.3.2,構(gòu)造實(shí)體幾何法,（,CSG,）,圖,5-10,同一物體的第一種,CSG,結(jié)構(gòu),5.3.2,構(gòu)造實(shí)體幾何法,（,CSG,）

8、,優(yōu)點(diǎn),方法簡潔，生成速度快，處理方便，無冗余信息，而且,能夠詳細(xì)地記錄構(gòu)成實(shí)體的原始特征參數(shù)，甚至在必要,時(shí)可修改體素參數(shù)或附加體素進(jìn)行重新拼合。,局限性,由于信息簡單，這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)無法存貯物體最終的詳細(xì),信息，例如邊界、頂點(diǎn)的信息等。,現(xiàn)在,CAD,系統(tǒng)都是用,CSG/B-Reps,混合起來表示的。,兩者表示優(yōu)缺點(diǎn)比較見,表,5,1,。,5.3.2,構(gòu)造實(shí)體幾何法,（,CSG,）,CSG/B-reps,混合表示法,（,Hybird Model,）,定義,混合模式是建立在,邊界表示法,與,構(gòu)造立體幾何法,的,基礎(chǔ)上，在同一系統(tǒng)中，將兩者結(jié)合起來，共同表示,實(shí)體的方法。,原理,以,CSG,法為

9、系統(tǒng)外部模型，以,B-Reps,法為內(nèi)部模型，,CSG,法適于做用戶接口，而在計(jì)算機(jī)內(nèi)部轉(zhuǎn)化為,B-Reps,的數(shù)據(jù)模型。,5.3.2,構(gòu)造實(shí)體幾何法,（,CSG,）,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),相當(dāng)于在,CSG,樹結(jié)構(gòu)的結(jié)點(diǎn)上擴(kuò)充邊界法的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，,如下圖。,圖,5-11,混合模式結(jié)構(gòu),5.3.2,構(gòu)造實(shí)體幾何法,（,CSG,）,CSG/B-reps,混合表示法,（,Hybird Model,）,混合模式是在,CSG,基礎(chǔ)上的邏輯擴(kuò)展，起主導(dǎo)作用,的是,CSG,結(jié)構(gòu)，,B-Reps,的存在，減少了中間環(huán)節(jié)中,的數(shù)學(xué)計(jì)算量，可以完整的表達(dá)物體的幾何、拓,撲信息，便于構(gòu)造產(chǎn)品模型。,5.4,特征建模簡介,5.4.

10、1,特征技術(shù),5.4.2,特征分類,5.4.3,特征建模系統(tǒng)及功能特點(diǎn),5.4,特征建模簡介,特征建模（,Feature Modeling,）,1.,幾何模型的缺陷,只是物體幾何數(shù)據(jù)及拓?fù)潢P(guān)系的描述，無明顯的,功能、結(jié)構(gòu)和工程含義。,缺少面向生產(chǎn)過程的信息特征，使信息傳遞、資,源共享和,CIMS,的實(shí)現(xiàn)較為困難，于是特征建模技,術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。,5.4.1,特征技術(shù),特征定義,特征是產(chǎn)品上經(jīng)常出現(xiàn)的，具有一定的語義信,息，能實(shí)現(xiàn)特定功能的一組幾何實(shí)體如,孔、槽、,凸臺(tái)、倒角等及其相關(guān)信息,的集合，它能用,于設(shè)計(jì)、制造、檢測、分析等目的。,特征是構(gòu)造零件的最基本的單元要素，它既反,映零件的幾何信息，

11、同時(shí)又反映零件的加工工,藝特征信息。為系統(tǒng)的集成提供了條件。,5.4.1,特征技術(shù),特征建模定義,特征的圖例,特征建模是一種建立在實(shí)體建模的基礎(chǔ)上，利用特征的概念面向整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造過程進(jìn)行設(shè)計(jì)的建模方法，它不僅包含與生產(chǎn)有關(guān)的信息，而且還能描述這些信息之間的關(guān)系。,圖,5-13,特征的圖例及約束關(guān)系,5.4.2,特征分類,由于特征反映了具體的工程語義信息，因而對(duì),于不同的產(chǎn)品、不同的應(yīng)用（如設(shè)計(jì)、分析、,加工、檢測、裝配等）和不同的生產(chǎn)工藝（如,切削加工、鑄造、沖壓、鍛造、注塑等）都會(huì),有不同的特征表現(xiàn)形式。因此，對(duì)它進(jìn)行一定,的分類是必要的。,5.4.2,特征分類,按產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)的性

12、質(zhì)可分為如下幾大類：,幾何形狀特征,（,Form Feature,）,加工特征,（,Machine Feature,）,有限元,(,分析,),特征,（,Finite-element Feature,）,精度特征,（,Precision Feature,）,材料特征,（,Material Feature,）,5.4.2,特征分類,幾何形狀特征（,Form Feature,）,形狀特征表示產(chǎn)品的幾何信息、拓?fù)湫畔?。形狀特征通過參數(shù)描述，都在產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)各自的功能，并對(duì)應(yīng)各自的加工方法、加工設(shè)備和刀具、量具、輔具。,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是以實(shí)體建模中,B-Reps,法為基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)結(jié)點(diǎn)包括特征類型、序號(hào)、尺寸及公差

13、等。通常它包含兩個(gè)層次，一個(gè)是低層次的點(diǎn)、線、面、環(huán)組成的,B-Reps,法結(jié)構(gòu)，另一個(gè)是高層次的由特征信息組成的結(jié)構(gòu)。,5.4.2,特征分類,加工特征（,Machine Feature,）,又稱為工藝特征或制造特征，表示工藝能力、約束與加工參數(shù)等。,有限元,(,分析,),特征,(Finite-element Feature),用來表示與有限元分析相關(guān)的信息，包括節(jié)點(diǎn)、單元和邊界條件。,精度特征（,Precision Feature,）,精度特征用來表達(dá)零件的尺寸公差、形狀公差、位置公差、外表粗糙度。,5.4.2,特征分類,材料特征（,Material Feature,）,材料特征用來表達(dá)材料

14、的種類、性能、熱處理和外表處理要求等。,特征建模除了實(shí)體建模中已有的幾何、拓?fù)湫畔⒅?，還要包含特征信息、精度信息、材料信息、技術(shù)要求和其它有關(guān)信息。除靜態(tài)信息之外，還應(yīng)當(dāng)支持設(shè)計(jì)、制造過程中的動(dòng)態(tài)信息。,5.4.3,特征建模系統(tǒng)及功能特點(diǎn),1,特征建模系統(tǒng),特征建模通常由,形狀特征模型、精度特征模型、材料特征模型,組成，而形狀特征模型是特征建模的核心和基礎(chǔ)。,特征建模系統(tǒng)的框架如以下圖,5-14,所示：,圖,5-14,特征建模系統(tǒng)的框架,5.4.3,特征建模系統(tǒng)及功能特點(diǎn),1,特征建模系統(tǒng),形狀特征模型,形狀特征模型主要包括幾何信息、拓?fù)湫畔?。形狀特征通過參數(shù)描述，都在產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)各自的功能，

15、并對(duì)應(yīng)各自的加工方法、加工設(shè)備和刀具、量具、輔具。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是以實(shí)體建模中,B-Reps,法為基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)結(jié)點(diǎn)包括特征類型、序號(hào)、尺寸及公差等。通常它包含兩個(gè)層次，一個(gè)是低層次的點(diǎn)、線、面、環(huán)組成的,B-Reps,法結(jié)構(gòu)，另一個(gè)是高層次的由特征信息組成的結(jié)構(gòu)。,5.4.3,特征建模系統(tǒng)及功能特點(diǎn),精度和材料特征模型,精度模型用來表達(dá)零件的精度信息，包括尺寸公差、形狀公差、位置公差、外表粗糙度。材料特征包括材料的種類、性能、熱處理要求等。,特征建模除了實(shí)體建模中已有的幾何、拓?fù)湫畔⒅?，還要包含特征信息、精度信息、材料信息、技術(shù)要求和其它有關(guān)信息。除靜態(tài)信息之外，還應(yīng)當(dāng)支持設(shè)計(jì)、制造過程中的動(dòng)態(tài)信息

16、。,5.4.3,特征建模系統(tǒng)及功能特點(diǎn),2,特征建模功能特點(diǎn),功能,1.,預(yù)定義特征，建立特征庫；,2.,特征庫的智能化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)基于特征的零件設(shè)計(jì)；,3.,為特征附加注釋，并為用戶例舉參考特征；,4.,支持用戶定義特征以及管理、操作特征庫；,5.,特征消隱、移動(dòng)；,6.,零件設(shè)計(jì)中，跟蹤和提取有關(guān)幾何屬性。,5.4.3,特征建模系統(tǒng)及功能特點(diǎn),特點(diǎn),特征建模技術(shù)使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作不停留在底層的幾何信息基礎(chǔ)上，而是依據(jù)產(chǎn)品的功能要素，產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作在更高的層次上展開，特征的引用直接表達(dá)設(shè)計(jì)意圖。,特征建模技術(shù)可以建立在二維或三維平臺(tái)上，同時(shí)針對(duì)某些專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的需要，建立特征庫就可實(shí)現(xiàn)特征建模技術(shù)，快速生成需要的形體。,特征建模技術(shù)有利于推動(dòng)行業(yè)內(nèi)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝方法的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，使得產(chǎn)品在設(shè)計(jì)時(shí)就考慮加工、制造要求，有利于降低產(chǎn)品的本錢。,5.4.3,特征建模系統(tǒng)及功能特點(diǎn),特點(diǎn),特征建模技術(shù)提供了基于產(chǎn)品、制造環(huán)境、開辟者意志等諸方面的綜合信息，是產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、分析、工藝準(zhǔn)備、加工、檢驗(yàn)各部門之間具有了共同語言，可更好將產(chǎn)品的設(shè)計(jì)意圖貫徹到各后續(xù)環(huán)節(jié)，促進(jìn)智能,CAD,系統(tǒng)和