三维建模技术PPT课件

建模技术发展概况
四次CAD 技术革命 曲面建模、实体建模、参数化建模 、变量化建
模
常用建模方法的比较与应用
几何建模中表示物体形态常用方法：
建模方式
应用范围
局限性
线框建模 表面建模
画二、三维线框图
艺术图形；形体表面显示； 数控加工
不能表示实体； 图形会有二义性
不能表示实体
实体建模
物性计算；有限元分析； 用集合运算构造形体
几何信息一般是指一个物体在三维欧氏空间中 的形状、位置和大小。最基本的几何元素包括点、 线、面。如空间任意一点可以用直角坐标系中的三 个坐标分量定义；对于一条空间直线，可以用它的 两个端点的空间坐标定义；面可以是平面或曲面， 平面可以用有序边棱线的集合定义。但是只用几何 信息表示物体并不充分，常会出现物体表示上的二 义性，即对同一几何体就可能有不同的理解。因此， 对于几何建模系统来说，为了保证描述物体的完整 性和数学的严密性，必须同时给出几何信息和拓扑 信息。
• 近年来，CAD/CAM集成化系统普遍采用实体模Hale Waihona Puke Baidu作为产品造型 系统，成为从微机到工作站上各种图形系统的核心；
• 为满足设计到制造各个环节的信息统一要求，建立统一的产品 信息模型，推出了特征建模系统；
• 正在研究全新建模方式——行为特征建模，将CAE技术与CAD 建模融为一体，理性确定产品形状、结构、材料等各种细节
拓扑信息是指一个物体的拓扑元素（顶点、边和 表面）的数量、类型以及相互之间的邻接关系。拓 扑元素之间可以采用九种拓扑关系表示
建模技术发展概况
常见三维几何建模模式：
线框建模、表面建模、实体建模和特征建模
• 早期CAD系统只能处理二维信息，设计人员通过投影图表达零 件的形状及尺寸；
• 建模技术发展重要事件:1973年剑桥大学I.C.Braid等建成BUILD系 统；1972年～1976年罗彻斯特大学H.B.Voelcker主持建成PADL-1 系统；1968年～1972年北海道大学冲野教授等建成 TIPS-1系统…
几何建模的方法
几何建模方法采用几何信息和拓扑信息反映物 体的形状和位置。
物体的拓扑和几何信息是互相关联的，不同 的拓扑关系需要不同的几何信息。刚体变换不改 变物体的形状，只改变物体的位置和方向。对于 保持拓扑关系不变的几何变换，不仅改变物体的 位置和方向，而且也改变物体的形状，甚至变换 矩阵中的元索可以不是常数，而是某种函数关系， 由此可扩大物体覆盖的域。
重点：各种建模方式基本原理和特点 难点：曲面建模方式基本原理和特点
学习内容
1. 概述 2. 线框建模 3. 曲面建模 4. 实体建模 5. 特征建模
1. 概述
建模技术是将现实世界中的物体及其属性转化为计算机 内部可数字化表示、分析、控制和输出的几何形体的方法
建模技术是产品信息化的源头，是定义产品在计算机内部表 示的数字模型、数字信息及图形信息的工具，它为产品设计分 析、工程图生成、数控编程、数字化加工与装配中的碰撞干涉 检查、加工仿真、生产过程管理等提供有关产品的信息描述与 表达方法，是实现计算机辅助设计与制造的前提条件，也是实 现CAD/CAM一体化的核心内容
• 几何建模
• 几何建模技术发展
• 常用建模方法的比较与应用
几何建模
几何建模技术是CAD/CAM系统中的关键技术。
几何建模技术是以计算机能够理解的方式，对几何 实体进行确切的定义，赋予一定的数学描述，再以 一定的数据结构形式对所定义的几何实体加以描述， 从而在计算机内部构造一个实体的模型。该模型是 对几何实体的确切的数学描述或是对几何实体某种 状态的真实模拟，它将为CAD/CAM系统的各种不 同的后续应用提供信息，如由模型产生有限元网格， 根据模型编制数控加工程序，由模型进行机器装配、 干涉检查等。通常将能够定义、描述、生成几何模 型，并能交互编辑的系统成为几何造型系统。
线框建模的特点
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线框建模的优缺点
线框建模的优点
• 只有离散的空间线段，处理起来比较容易，构造模型操作简 便
• 所需信息最少，数据结构简单, 硬件的要求不高 • 系统的使用如同人工绘图的自然延伸，对用户的使用水平要
求低，用户容易掌握
线框建模的缺点
• 线框建模构造的实体模型只有 离散的边，没有边与边的关系。 信息表达不完整，会使物体形状 的判断产生多义性 • 复杂物体的线框模型生成需要 输入大量初始数据，数据的统一 性和有效性难以保证，加重输入 负担
第四章
三维建模技术
计算机辅助设计与制造
总体概述
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本章 学习目标
• 掌握实体建模和特征建模的基本概念 • 熟悉各种建模方法的原理、特点及表示方法 • 学会根据物体的结构形状分析建模过程 • 学习使用商品化CAD软件几何建模功能
只能产生正则实体； 抽象形体的层次较低
在实体建模基础上加入实体 还没有实用化系统问世；
特征建模 的精度信息、材料信息、技 目前主要集中在概念的提出和
术信息、动态信息…
特征的定义及描述上
建模技术在CAD中应用于设计、生成图形、生产制造与装配…
2. 线框建模
线框建模是计算机图形学和CAD领 域中最早用来表示形体的建模方法。 虽存在着很多不足而且有逐步被表面 模型和实体模型取代的趋势，但它是 表面模型和实体模型的基础，并具有 数据结构简单的优点，故仍有应用意 义
• 线框建模的原理 • 线框建模的优缺点
线框建模的原理
线框建模是利用基本线素来定义设计目标的棱线部分而构 成的立体框架图
线框建模生成的实体模型由 一系列的直线、圆弧、点及自 由曲线组成，描述产品的轮廓 外形
线框建模的数据结构
线框建模的数据结构是表结构 计算机内部存贮物体的顶点和棱线信息
立方体的顶点表
点号 x y z 点号 x y z
1
001
5
000
2
011
6
010
3
111
7
110
4
101
8
100
立方体的边表
线号 线上端点号 线号 线上端点号 线号 线上端点号
[1]
1
2 [5]
5
6
[9]
1
5
[2]
2
3 [6]
6
7 [10] 2
6
[3]
3
4 [7]
7
8 [11] 3
7
[4]
4
1 [8]
8
5 [12] 4