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曲面建模

日期: 2015-12-30
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客拉斯业信息科技(上海)有限公司是达索析统全国 ICEM Surf 的独家软件销售代理商,是一家专业的工程电脑绘图软件销售、应用、培训及工程服务公司。客拉斯业所专注的工程领域,包括汽车开发阶段的汽车外观造型设计、汽车油泥模型3D扫描、点云数据逆向建模。

客拉斯业在工程专业上的特点是着重于汽车外观A级曲面的精确设计,通过运用业界最高规格的设计软件 CATIA 以及 ICEM Surface 的曲面绘图功能,进行A级曲面的建构与分析,使曲面质量能够满足汽车先进国家汽车大厂所要求的A级曲面规范。

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        曲面建模也称为NURBS建模,NURBS是Non-Uniform Rational B-Splines的缩写,是“非统一均分有理性B样条”的意思。具体解释是:.Non-Uniform(非统一)——是指一个控制顶点的影响力的范围能够改变。当创建一个不规则曲面的时候这一点非常有用。同样,统一的曲线和曲面在透视投影下也不是无变化的,对于交互的3D建模来说这是一个严重的缺陷;Rational(有理)——是指每个NURBS物体都可以用数学表达式来定义;B-Spline(B样条)——是指用路线来构建一条曲线,在一个或更多的点之间以内插值替换的。

常用概念

ICEM Surf 曲面建模,一般来讲,首先通过曲线构造方法生成主要或大面积曲面,然后进行曲面的过渡和连接,光顺处理,曲面的编辑等方法完成整体造型。在使用过程经常会遇到以下一些常用概念。

行与列:行定义了曲面的U方向,列是大致垂直于曲面行方向的纵向曲线方向(V方向)。

曲面的阶次:阶次是一个数学概念,是定义曲面的三次多项式方程的最高次数。建议用户尽可能采用三次曲面,阶层过高会使系统计算量过大,产生意外结果,在数据交换时容易使数据丢失。

公差:一些自由形状曲面建立时采用近似方法,需要使用距离公差和角度公差。分别反映近似曲面和理论曲面所允许距离误差和面法向角度允许误差。

截面线:是指控制曲面U方向的方位和尺寸变化的曲线组。可以是多条或者是单条曲线。其不必光顺,而且每条截面线内的曲线数量可以不同,一般不超过150条。

引导线:用于控制曲线的V方向的方位和尺寸。可以是样条曲线、实体边缘和面的边缘,可以是单条曲线,也可以是多条曲线。其最多可选择3条,并且需要G1连续。

 

曲面建模的基本原则

曲面建模不同于实体建模,其不是完全参数化的特征。在曲面建模时,需要注意以下几个基本原则:

1、创建曲面的边界曲线尽可能简单。一般情况下,曲线阶次不大于3。当需要曲率连续时,可以考虑使用五阶曲线。

2、用于创建曲面的边界曲线要保持光滑连续,避免产生尖角、交叉和重叠。另外在进行创建曲面时,需要对所利用的曲线进行曲率分析,曲率半径尽可能大,否则会造成加工困难和形状复杂。

3、避免创建非参数化曲面特征。

4、曲面要尽量简洁,面尽量做大。对不需要的部分要进行裁剪。曲面的张数要尽量少。

5、根据不同部件的形状特点,合理使用各种曲面特征创建方法。尽量采用实体修剪,再采用挖空方法创建薄壳零件。

6、曲面特征之间的圆角过渡尽可能在实体上进行操作。

7、曲面的曲率半径和内圆角半径不能太小,要略大于标准刀具的半径,否则容易造成加工困难
曲面建模的一般过程

一般来说,创建曲面都是从曲线开始的。可以通过点创建曲线来创建曲面,也可以通过抽取或使用视图区已有的特征边缘线创建曲面。其一般的创建过程如下所示。

(1)首先创建曲线。可以用测量得到的云点创建曲线,也可以从光栅图像中勾勒出用户所需曲线。

(2)根据创建的曲线,利用过曲线、直纹、过曲线网格、扫掠等选项,创建产品的主要或者大面积的曲面。

(3)利用桥接面、二次截面、软倒圆、N-边曲面选项,对前面创建的曲面进行过渡接连;利用裁剪分割等等命令编辑调整曲面;利用光顺命令来改善模型质量。最终得到完整的产品初级模型。

(4)利用渲染软件添加材质以及环境背光等等,最后得出效果图。

 

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