三维计算机辅助设计教程第一章三维造型技术概述

绪论（三维造型技术概述 ）
? 计算机辅助造型设计软件的三维造型过程
? CAD 系统的建模
线框造型（如图）
线框造型是 CAD 技术发展过程中最早使用的三维模型，这种模型表示的是物体的 棱边，由构成物体的一组顶点和边组成，其中边可以是曲线，如圆弧、二次曲线、 样条曲线和曲线。
线框造型功能有限，存在严重缺陷，如表示的图形不能进行无体积和特性计算、 不便于消隐、不能满足表面特性的组合，缺乏边与面、面与体之间关系的信息， 在对模型的分析与制造方面存在很大的局限性。
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? 计算机辅助造型设计软件的三维造型过程
? CAD 系统的建模 实体造型（如图）
实体造型是以立方体、圆柱体、球体、锥体和环状体等多种基本形体为 单位元素，经拼合或布尔运算，生成所需要的几何形体。
实体造型技术在实体模型、实体机械零件的设计、三维形体的有限元分 析、运动学分析、建筑物分析、空间布置、部件装配、机器人、电影动 画与特技等方面得到广泛的应用。
以特征为基础的造型方法是建模方法的一个里程碑，它可以充分提供制造所需要 的几何数据，从而可用于制造可行性方案的评价、功能分析、过程选择、工艺过
。 程设计等。把设计过程和生产过程紧密结合，有良好的计算机辅助造型设计软件的三维造型过程
? CAD 系统的渲染
渲染大致可分为以下几步工作：即定义摄像机、定义灯光和定义材质和进行渲染 计算。
功能、造型形象以及物质技术条件是构成造型设计的三大基本要素。
其中功能是设计的目的，造型形象是功能的具体表现形式，物质技术条件是实现功能的基础。
功能是指产品具有特定的用途或作用，它是根据人的需求来设计的。功能具有双重性，即物质和 精神两个方面。
造型形象是为了实现一定的目的所采取的结构或方式，是具备特定功能的实体形态。 造型形象是为功能服务的，必须体现功能。
绪论（三维造型技术概述 ）
? 计算机辅助造型设计软件的造型过程
各种不同的 CAD 软件各有特点，但其基本的原理大同小异。造型过程可分为两大 部分： 建模和渲染 。
CAD 系统的建模 ：三维建模技术的发展经历了 线框造型、曲面造型、实体造型和 特征造型 四个阶段，由于线框造型功能有限，而特征造型尚处于进一步的研究中， 因此，现有的软件均采用曲面造型和实体造型这两种方式。
各种材料、技术和设备是实现功能和形象的基础 。
绪论（三维造型技术概述 ）
? 计算机辅助造型设计的概念和意义
计算机辅助设计 （Computer Aided Design ，简称 CAD ），是由计算机来完 成产品设计中的数据计算、几何分析、产品模拟、图纸绘制、编制技术文件等工 作。
计算机辅助三维造型设计 是设计人员借助计算机辅助设计系统提供的图形终端或 工作站及其软件描述所设计产品的形状、结构、大小以及模拟在光线照射下表面 的色彩、明暗和纹理等，它以提高效率、增强设计的科学性与可靠性、适应信息 化社会的生产方式为目的。
跟实际的摄像机一样，电脑模拟的摄像机的主要参数是镜头焦距的大小，改变焦距 可以获得不同的视野。
光影的模拟是产生场景真实感的重要手段，精心设计的灯光效果无疑会使场景更 生动、更富表现力。计算机里灯光的类型一般有点光、管状光、聚光、平行光等。
定义三维模型表面的材质效果可以产生逼真的质感及表面肌理图案，在材质编辑模 块中，可通过改变材质的颜色、纹理、反光特性、透明特性、发光特性、反射特 性等来模拟现实生活中的各种材质。
绪论（三维造型技术概述 ）
? 三维造型CAD 系统的组成及功能
三维造型 CAD 系统一般由数值计算与处理、交互绘图与图形输入输出、存储和 管理设计制造信息的工程数据库三大模块组成，其主要功能包括 :
? 造型功能。 ? 强大的图形处理功能，包括绘图、编辑、图形输入输出和真实感图形渲染等。 ? 有限元分析和优化设计能力。 ? 三维运动机构的分析与仿真。 ? 提供二次开发工具，以适应不同行业、不同情况的需要。 ? 数据管理能力，以产品为中心对设计信息和与之相关的信息进行综合管理，
提高设计部门总体效率。 ? 方便的数据交换功能，提供通用的文件格式转换接口，达到自动检索、快速
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? CAD 系统的建模
特征造型
特征造型是面向以继承的、向生产过程提供全面完整的产品信息的造型方法，它 不仅包括产品的几何信息，更包含了产品的特征信息。
所谓特征是指产品描述的信息的集合，主要包括形状特征、精度特征、技术特征 和材料特征。
在整个设计过程中，形态、结构、材料、工艺与使用功能的统一，与人的心理、 生理相协调，将始终是研究和解决的主要内容。
造型设计是工程技术与美学艺术相结合的一种现代设计方法。
绪论（三维造型技术概述 ）
? 造型设计的基本要素
造型，是基于功能的总体布局、结构、金属工艺等与造型设计之间创造性劳动的结合。 它需要多工种、各种工艺的共同协作，通过多种造型手法，理想的表达其艺术形象， 归结为一个完美的外观造型。
《三维计算机辅助设计》
适用：机械、汽车、模具等制造、设计类专业 10-11 学年学期
绪论（三维造型技术概述 ）
? 造型设计的概念
1. 什么是设计？
设计其实就是人类把自己的意识加在自然界用以创造人类文明的一种广泛的活动 .
2. 什么是造型设计？
所谓造型设计不是单纯的外形设计，而是更为广泛的设计与创造活动，它不仅包 括形态的艺术性设计，而且包括与实现形态及实现有关功能的材料、结构、构造、 工艺等方面的技术性设计。
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? 计算机辅助造型设计软件的三维造型过程
? CAD 系统的建模
曲面造型
曲面造型又叫表面造型，它在线框模型的基础上添加了面的信息，利用 曲面型，就可以对物体做剖面、消隐并获得加工所需要的表面信息等。
对一些复杂的物体表面，如汽车车身和模具型体面等自由曲面，不能利 用基本立体要素如棱柱、棱锥、球、一般回转体和有界平面等进行描述， 必须根据自由曲线和自由曲面的理论进行计算。目前曲面多采用 NURBS 样条( 非均匀有理B样条)曲线表达。