計(jì)算機(jī)輔助車輛造型

1、1第三章 計(jì)算機(jī)輔助車輛造型2概述n三維幾何建模n一、線框建模n二、表面建模n三、實(shí)體建模3概述n一、線框建模n線框建模的原理 n 線框建模是利用基本線素來(lái)定義設(shè)計(jì)目標(biāo)的棱線部分而構(gòu)成的框架圖。4概述n一、線框建模n線框建模的特點(diǎn)n數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所占的儲(chǔ)存空間較小，對(duì)硬件要求不高，易于掌握；n缺陷：所示的圖形含義不確切，不能進(jìn)行物體幾何特征(體積、面積、重量、慣性矩等)計(jì)算，不便于消除隱藏線，不能滿足存儲(chǔ)多坐標(biāo)數(shù)控加工刀具軌跡的生成等方面的要求等。5概述n一、線框建模n線框建模的特點(diǎn)n缺陷：所示的圖形含義不確切 6概述n二、表面建模n表面建模的原理n表面建模又叫曲面建模，是通過對(duì)實(shí)體的各個(gè)表面

2、進(jìn)行描述而構(gòu)造實(shí)體模型的一種建模方法。n通過在線框建模的基礎(chǔ)上添加了面的信息，利用表面建模，就可以對(duì)物體作剖面、消隱、獲得加工所需的表面信息等。7概述n二、表面建模n表面建模的原理汽車車身三維曲面模型8概述n二、表面建模n表面建模的特點(diǎn)n由于增加了有關(guān)面的信息，在提供三維實(shí)體信息的完整性、嚴(yán)密性方面，表面建模比線框建模進(jìn)了一步，它克服了線框建模的許多缺點(diǎn)，能夠比較完整地定義三維立體的表面；n所能描述的零件范圍廣，特別是像汽車車身、飛機(jī)機(jī)翼等難于用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型表達(dá)的物體，均可采用表面建模的方法構(gòu)造其模型；n可以為CAD/CAM中的其他場(chǎng)合提供數(shù)據(jù)，例如有限元分析中網(wǎng)格的劃分，就可以直接利用表面

3、模型。9概述n二、表面建模n表面建模的特點(diǎn)n局限性：由于所描述的僅是實(shí)體的外表面，并沒有切開物體而展示其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因而，也就無(wú)法表示零件的立體屬性。由此，很難確定一個(gè)經(jīng)過表面建模生成的三維物體是一個(gè)實(shí)心的物體，還是一個(gè)具有一定壁厚的殼，這種不確定性同樣會(huì)給物體的質(zhì)量特性分析帶來(lái)問題。10概述n三、實(shí)體建模n實(shí)體建模的原理n實(shí)體建模的標(biāo)志，是在計(jì)算機(jī)內(nèi)部以實(shí)體描述客觀事物。n實(shí)體造型是以立方體、圓柱體、球體、錐體、環(huán)狀體等多種基本體素為單元元素，通過集合運(yùn)算（拼合或布爾運(yùn)算），生成所需要的幾何形體。這些形體具有完整的幾何信息，是真實(shí)而唯一的三維物體。n實(shí)體造型包括兩部分內(nèi)容：體素定義和描述；體素

4、間的布爾運(yùn)算。11概述n三、實(shí)體建模n實(shí)體建模的原理12概述n三、實(shí)體建模n實(shí)體建模的特點(diǎn)n能唯一、準(zhǔn)確、完整地表達(dá)物體的形狀，因而在設(shè)計(jì)與制造中廣為應(yīng)用，尤其是對(duì)產(chǎn)品的描述、特征分析、運(yùn)動(dòng)分析、干涉檢驗(yàn)以及有限元分析、加工過程的模擬仿真等方面。n目前常用的實(shí)體建模方法主要有：邊界表示法、構(gòu)造實(shí)體幾何法和掃描法。13一、 曲線曲面的描述方法n NURBS 模型n NURBS是非均勻有理B樣條（Non-Uniform Rational B-Spline）的縮寫，是一種基于曲線或樣條的建模方法。n NURBS是在Bezier、B樣條方法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，目前已成為許多建模軟件的基礎(chǔ)。14一、 曲

5、線曲面的描述方法nPolygonal 模型n 多邊形（Polygon）是由一系列有序的頂點(diǎn)（vertices）以及由這些頂點(diǎn)確定的邊（edges）所構(gòu)成的，Polygonal物體則是多邊形的集合；15一、 曲線曲面的描述方法nsubdivision surfacesn subdivision surfaces是一種嶄新的建模方法，是基于Polygonal控制網(wǎng)格而生成的光滑面。它具有NURBS 和Polygonal模型的雙重優(yōu)點(diǎn)，既有相當(dāng)于NURBS的光滑度又有Polygonal良好的可塑造性。16一、 曲線曲面的描述方法n如何選擇造型方法n 對(duì)于NURBS來(lái)說它適合于：動(dòng)物、人體、水果；諸如

6、汽車、鐘表以及烤面包機(jī)等的工業(yè)產(chǎn)品；較少控制點(diǎn)的大面積平滑面等物體。n 如果要生成具有尖銳部分的物體，如山脈、有凹痕的平面等，就要使用Polygonal建模。17一、 曲線曲面的描述方法n如何選擇造型方法n 如果建造的模型具有非常多的細(xì)節(jié)，而求控制點(diǎn)非常的多，比如人的臉部、手指等，就要使用subdivision surfaces模型了。n 如果不能很快的確定使用什么建模方法，可以從NURBS開始，因?yàn)镹URBS可以容易地轉(zhuǎn)換為Polygonal或subdivision surfaces模型，反之，Polygonal或subdivision surfaces模型不能轉(zhuǎn)換為NURBS模型。18二、

7、三維造型系統(tǒng)中的坐標(biāo)系nY UP19二、三維造型系統(tǒng)中的坐標(biāo)系nZ UP20三、軟件界面介紹n主界面主題欄主菜單欄狀態(tài)欄常用工具架工具架數(shù)字輸入欄工作區(qū)域通道框窗口菜單21三、軟件界面介紹n主界面n主題欄（Title Bar）n顯示了Maya的版本號(hào)、項(xiàng)目(Project)名稱、場(chǎng)景(Scene)、和選中的項(xiàng)目名稱。n菜單欄（Menu Bar）包括公共菜單和功能菜單n 公共菜單：nFile：用于創(chuàng)建、打開、保存、輸入、輸出場(chǎng)景文件，設(shè)置相關(guān)的參數(shù)項(xiàng)，創(chuàng)建和編輯項(xiàng)目及退出Maya應(yīng)用程序。nEdit：撤消、恢復(fù)和重做操作步驟，插入，刪除、選取、層、復(fù)制、重組或者父物體等操作。nModify：選取

8、和設(shè)置變形參數(shù)項(xiàng)，授權(quán)節(jié)點(diǎn)，激活物體，平移樞軸至物體中心點(diǎn)，重新設(shè)置層級(jí)的前綴名稱，添加屬性，運(yùn)用測(cè)量（距離，參量和弧度）工具等22三、軟件界面介紹n主界面n菜單欄（Menu Bar）n 公共菜單： nDisplay：顯示或者隱藏NURBS元素，工具項(xiàng)，攝像機(jī)和燈光操作器，組成元素或者屬性。當(dāng)顯示或隱藏項(xiàng)目時(shí)，作用后果會(huì)直接影響到用戶界面的顯示。nWindow：顯示各式各樣的屬性編輯器，以改變場(chǎng)景的布局；設(shè)置物體的框架結(jié)構(gòu)，最小化或者最大化窗口，增大或者縮小窗口面積。nHelp：用于顯示產(chǎn)品信息和在線式幫助文件。23三、軟件界面介紹n主界面n狀態(tài)欄（Status Line）顯示工作區(qū)操作的相關(guān)

9、信息n常用工具架（Tool Box）n選?。⊿elect）n平移工具（Move）n旋轉(zhuǎn)工具（Rotate）n 縮放工具（Scale）n工具架（Shelf）對(duì)用戶常用的圖標(biāo)工具提供一個(gè)快速訪問的機(jī)會(huì)n數(shù)字輸入欄（Numerical Input Line）n工作區(qū)域（Workspace）Minibar.avi24三、軟件界面介紹n主界面n通道框（Channel Box）顯示物體或者項(xiàng)目的屬性n窗口菜單nView：列出了攝像機(jī)，場(chǎng)景圖和標(biāo)簽等項(xiàng)。攝像機(jī)屬性包括視點(diǎn)、興趣點(diǎn)，焦距和景深等。nShading：設(shè)置表面參數(shù)項(xiàng)和剛體紋理，創(chuàng)建一種從單一線框顯示至平滑表面顯示的效果。nLighting：設(shè)置所

10、有的燈光選項(xiàng)。nShow：顯示或者隱藏物體的特定組成元素。nPanel：運(yùn)用控制面板和布局設(shè)計(jì)自定義工作區(qū)域，控制面板包含眾多的界面元素，例如曲線圖（圖表），攝像機(jī)場(chǎng)景，編輯器和物體元素略圖（Outliners）等等；布局則是層的有機(jī)集合。25三、軟件界面介紹n主界面n時(shí)間和范圍滑塊（Time Slider）和（Range Slider）n命令欄（Command Line）n幫助欄（Help Line）26三、軟件界面介紹n標(biāo)記菜單n浮動(dòng)菜單n其它mayaintro.avi27四、NURBS建模n1、基本形體n基本形體種類n球體 Spheren長(zhǎng)方體 Cuben圓柱體 Cylindern錐體

11、Conen圓環(huán) Torusn平面 Planen圓 Circlen四邊形 Square28四、NURBS建模n1、基本形體n菜單29四、NURBS建模n1、基本形體n示例30四、NURBS建模n1、基本形體n球體nStart and End Sweep Angles 球體表面的角度nRadius 半徑nSurface Degree 表面曲度 線性（Linear）；三次元（Cubic）nUse Tolerance 設(shè)置圖形的精度nNumber of Sections 球體在縱向上曲線的數(shù)量nNumber of Spans 球體表面在橫向上曲線的數(shù)量31四、NURBS建模n1、基本形體nurbspr

12、i.avi32四、NURBS建模n2、曲線創(chuàng)建和編輯33四、NURBS建模n2、曲線創(chuàng)建和編輯n曲線創(chuàng)建n菜單curves.avi34四、NURBS建模n2、曲線創(chuàng)建和編輯n曲線的度數(shù)n在曲線創(chuàng)建工具的參數(shù)窗口里可以選擇曲線的度數(shù)。曲線度數(shù)決定曲面的形狀,右圖是五種由指定的CVs生成但是度數(shù)不同的曲線。n一條曲線的度數(shù)在所使用的數(shù)學(xué)表達(dá)式里是最主要的指數(shù)。NURBS曲線典型的表現(xiàn)是三次等式，度數(shù)是3。對(duì)三次B樣條，N個(gè)控制點(diǎn)得到（N-2）個(gè)型值點(diǎn)或（N-3）段曲線。度數(shù)越高曲線越圓滑，但計(jì)算的時(shí)間也長(zhǎng)。35四、NURBS建模n2、曲線創(chuàng)建和編輯n曲線編輯n創(chuàng)建中未確定的曲線，按Insert就可

13、以進(jìn)行編輯。n對(duì)已創(chuàng)建的曲線編輯，可以編輯曲線上的CVs、EPs。n如選擇CVs,選取曲線，這曲線上的控制點(diǎn)就顯現(xiàn)出來(lái)，選取這些點(diǎn)就可以運(yùn)用移動(dòng)工具進(jìn)行移動(dòng)了。n在狀態(tài)欄中單擊Select By Component Type按鈕，單擊Points按鈕，按鼠標(biāo)右鍵顯示出下拉菜單，從中可選取CVs，若單擊Points按鈕旁邊的Param Points選項(xiàng)，還可選取Eps，Curve Points。acurve.avi，acurve2.avicurveedit0.avi36四、NURBS建模n2、曲線創(chuàng)建和編輯n曲線編輯n曲線編輯菜單37四、NURBS建模n2、曲線創(chuàng)建和編輯n曲線編輯nAdd Po

14、ints Tool：創(chuàng)建好的曲線上增加點(diǎn)?？稍黾覥Vs、EPsnCurve Editing Tool：曲線編輯器curveedit1.avi38四、NURBS建模n2、曲線創(chuàng)建和編輯n曲線編輯nAttach Curves：粘接兩條曲線，使之成為一條nDetach Curves：Attach Curves的相反命令nAlign Curves：兩條曲線保持連續(xù)性nOpen/Close Curves：曲線的封閉和打開curveedit2.avi39四、NURBS建模n2、曲線創(chuàng)建和編輯n曲線編輯nCurve Fillet：兩條曲線之間的倒角，包括相交和不相交的曲線nIntersect Curves：

15、兩條或幾條曲線相交。這個(gè)命令常用在Detach Curves、以及吸附到點(diǎn)上nCut Curve：曲線的剪切nInsert Knot：曲線上插入節(jié)點(diǎn)curveedit3.avi40四、NURBS建模n2、曲線創(chuàng)建和編輯n曲線編輯nExtend Curve：包括線性延伸、圓弧延伸、插值延伸nOffset Curve：曲線偏移，偏移出的曲線與原曲線在同一平面內(nèi)nReverse Curve Direction：改變曲線方向nRebuild Curve：重新構(gòu)造曲線nSmooth Curves：構(gòu)造出通過原CVs的最光滑的曲線curveedit4.avi41四、 NURBS建模n3、曲面創(chuàng)建和編輯n曲

16、面創(chuàng)建n歷史n首先要說明的是，曲面創(chuàng)建中一個(gè)重要的概念歷史（History）。當(dāng)你用曲線創(chuàng)建曲面時(shí)，這個(gè)曲面就會(huì)生成結(jié)構(gòu)歷史。結(jié)構(gòu)歷史是創(chuàng)建物體時(shí)的行為紀(jì)錄?？梢岳脷v史來(lái)編輯曲面。刪除曲線就刪除了歷史關(guān)系。history.avi42四、 NURBS建模n3、曲面創(chuàng)建和編輯n曲面創(chuàng)建n菜單43四、 NURBS建模n3、曲面創(chuàng)建和編輯n曲面創(chuàng)建nRevolve：用曲線創(chuàng)建回轉(zhuǎn)面?？梢远x回轉(zhuǎn)軸。曲線、曲面元素、曲面上的曲線均可以被旋轉(zhuǎn)。這是創(chuàng)建對(duì)稱模型經(jīng)常使用的辦法。如汽車輪胎，方向盤等。nLoft：放樣。由兩條或兩條以上曲線，或曲面上的曲線元素創(chuàng)建曲面。源曲線被曲面包含。44四、 NURBS建

17、模n3、曲面創(chuàng)建和編輯n曲面創(chuàng)建nPlaner：用封閉曲線創(chuàng)建以此曲線為邊界的曲面。nExtrude：使剖面曲線沿著路徑曲線移動(dòng)而創(chuàng)建曲面。n參數(shù)設(shè)置對(duì)話框1、Distance是沿著曲線形成一個(gè)帶狀面；2、Flat創(chuàng)建曲面時(shí)，剖面曲線方向不變；3、Tube剖面曲線方向隨路徑曲線變化。surface1.avi45四、 NURBS建模n3、曲面創(chuàng)建和編輯n曲面創(chuàng)建nBirail：圍欄工具。沿著兩條軌道曲線和一條搭在這兩條軌道上的曲線（剖面曲線）創(chuàng)建一個(gè)沿軌道的曲面。n注意：剖面曲線必須和軌道曲線相交。n先選取剖面曲線，后選取兩條軌道曲線。nBoundary：由3個(gè)或4條曲線創(chuàng)建一個(gè)三邊或四邊的曲面

18、。n注意：不同的順序選取曲線會(huì)有不同的效果。nSquare: 由3個(gè)或4條曲線創(chuàng)建一個(gè)三邊或四邊的曲面。n要求首尾相交。surface1.avi46四、 NURBS建模n3、曲面創(chuàng)建和編輯n曲面創(chuàng)建nbevel工具n要生成一個(gè)漂亮的三維文字，或者鈑金件的折邊，最有效的工具就是bevel工具。它在surface菜單的最下面。47四、 NURBS建模n3、曲面創(chuàng)建和編輯n曲面創(chuàng)建nbevel工具的選項(xiàng):48四、 NURBS建模n3、曲面創(chuàng)建和編輯n曲面創(chuàng)建nbevel選項(xiàng):49四、 NURBS建模n3、曲面創(chuàng)建和編輯n曲面創(chuàng)建nbevel corners選項(xiàng):50四、 NURBS建模n3、曲面創(chuàng)建

19、和編輯n曲面創(chuàng)建nbevel cap edge選項(xiàng):surface3.avi51四、 NURBS建模n3、曲面創(chuàng)建和編輯n曲面編輯n菜單52四、 NURBS建模n3、曲面創(chuàng)建和編輯n曲面編輯nProject Curve On Surface：在一個(gè)或一組曲面上投影復(fù)制一條或一組曲線。結(jié)果是產(chǎn)生curves on surface (或修剪曲線 trim curves)。nIntersect Surfaces：曲面相交。結(jié)果是產(chǎn)生修剪曲線 trim curves。53四、 NURBS建模n3、曲面創(chuàng)建和編輯n曲面編輯nTrim Tool和Untrim Surfaces：修剪曲面功能和撤銷修剪。Tr

20、im命令的關(guān)鍵在于修剪曲線的選取或創(chuàng)建。n修剪曲線的選取或創(chuàng)建一般有一下方法：1、用Project Curve On Surface命令創(chuàng)建curves on surface；2、選取一個(gè)曲面，然后選取Modify/Make Live命令，再選取曲線工具，直接在面上畫curves on surface；3、用Intersect Surfaces曲面相交命令；4、用Surface Fillet命令。surfaceedit1.avi54四、 NURBS建模n3、曲面創(chuàng)建和編輯n曲面編輯nNURBS模型的倒角n NURBS模型的倒角可以由兩個(gè)命令來(lái)完成：55四、 NURBS建模n3、曲面創(chuàng)建和編輯n曲面編輯nNURBS模型的倒角n Round Tool56四、 NURBS建模n3、曲面創(chuàng)建和編輯n曲面編輯nNURBS模型的倒角n Surface Fillet57四、 NURBS建模n3、曲面創(chuàng)建和編輯n曲面編輯nNURBS模型的倒角n Surface Filletsurfaceedi