《計算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計》課件1第一章計算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計流程與方法教學(xué)課件

1、工業(yè)設(shè)計能力本位訓(xùn)練課程計算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計 CAID 1教學(xué)思路MAIN THEME設(shè)計觀干中學(xué)2第一章 MAIN THEME計算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計流程與方法計算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計概念計算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計的沿革與發(fā)展計算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計的流程與方法職業(yè)技能目標(biāo) 能建構(gòu)汽車造型的三維數(shù)字模型和渲染材質(zhì)色彩效果。建構(gòu)的曲面達(dá)到A級曲面要求，材質(zhì)色彩達(dá)到逼真要求。 本質(zhì)學(xué)能目標(biāo) 能按照設(shè)計流程完成汽車造型的整個型面設(shè)計制作過程。根據(jù)三視圖，在建構(gòu)型面過程中，完成對型面的設(shè)計能力。 第一節(jié) 計算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計概念職業(yè)素質(zhì)養(yǎng)成目標(biāo) 按照設(shè)計時間進(jìn)度要求完成設(shè)計項目的素養(yǎng)。吃苦鉆研的職業(yè)精神。 計算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計（C

2、AID），是在計算機(jī)及其相應(yīng)的計算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計系統(tǒng)支持下，進(jìn)行工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域內(nèi)各類創(chuàng)造性活動、參與新產(chǎn)品開發(fā)的新型設(shè)計模式。第一節(jié) 計算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計概念項目教案展示計算機(jī)輔助設(shè)計的起源由麻省理工學(xué)院的一個CAD開發(fā)小組率先于20世紀(jì)60年代初提出。80年代后期，CAD與計算機(jī)圖形處理技術(shù)（CG-Computer Graphics）相融合，由二維平面制圖系統(tǒng)向三維生產(chǎn)加工數(shù)據(jù)系統(tǒng)方向飛速發(fā)展。 計算機(jī)輔助設(shè)計的發(fā)展真正質(zhì)的飛躍是在NURBS數(shù)學(xué)表達(dá)式的提出和應(yīng)用，使得CAD軟件升級迅速。另外一個發(fā)展就是在手繪領(lǐng)域，WACOM手繪屏幕的出現(xiàn)。 第二節(jié) 計算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計的沿革與發(fā)展計算機(jī)輔助設(shè)計

3、的趨勢在設(shè)計模式上結(jié)合虛擬技術(shù)、動畫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人機(jī)工程、智能系統(tǒng)等代表了計算機(jī)輔助設(shè)計發(fā)展的方向。智能設(shè)計系統(tǒng)的出現(xiàn)將指日可待。 計算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計的發(fā)展大致可以分為兩個階段做效果階段和做數(shù)據(jù)階段。以NURBS數(shù)學(xué)表達(dá)式為內(nèi)核的參數(shù)化軟件，比如Rhino、Proe、Alias、CATIA、SolidWorks、UG等參數(shù)化軟件。第三節(jié) 計算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計的流程與方法常規(guī)的計算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計流程第三節(jié) 計算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計的流程與方法計算機(jī)輔助型面正向設(shè)計“五步法”計算機(jī)輔助型面正向設(shè)計（CAS設(shè)計）是在定案的造型草圖基礎(chǔ)上，進(jìn)行三視圖整理繪制，按照定案的三視圖通過計算機(jī)輔助設(shè)計手段快速的將

4、產(chǎn)品造型建構(gòu)成數(shù)字模型，渲染出材質(zhì)和色彩，供專家團(tuán)隊進(jìn)行評估推敲，對評估認(rèn)可后的數(shù)模進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，輸出制作實體模型樣機(jī)，進(jìn)行功能驗證。形體分析三視圖整理建構(gòu)數(shù)模渲染效果外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計第三節(jié) 計算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計的流程與方法將產(chǎn)品外形分割成不同的外觀結(jié)構(gòu)件（零件）1）形體分析按照產(chǎn)品的功能、生產(chǎn)工藝和造型審美的需求，將產(chǎn)品外形分割成不同外觀結(jié)構(gòu)件（零件）。第三節(jié) 計算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計的流程與方法1）形體分析型面分析可以運用草圖或其他表現(xiàn)方法對產(chǎn)品的大型及細(xì)節(jié)進(jìn)行分析，找出主要造型特征線和關(guān)鍵結(jié)構(gòu)線，對造型的型面進(jìn)行分面，然后對分面進(jìn)行拆解和還原。特征線包括產(chǎn)品外形輪廓線和曲面之間交線結(jié)構(gòu)線是反應(yīng)曲面走

5、勢的關(guān)鍵線條，是從曲面中提取的截面線，這種線條在造型上是看不見的，需要設(shè)計師去分析。分面就是在找出的特征線基礎(chǔ)上，對造型的型面進(jìn)行分割，化整為零。拆面是在分面基礎(chǔ)上，參照結(jié)構(gòu)線對復(fù)雜的分面進(jìn)一步拆解，拆解的原則就是易于制作和符合四邊面，化繁為簡。還原面是在拆面基礎(chǔ)上，將一些不符合四邊面原則的曲面，按照曲面走勢特征，還原成四邊面，為后面曲面數(shù)模建構(gòu)提前做好分析。第三節(jié) 計算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計的流程與方法 三視圖概念2）三視圖整理三視圖是工程界一種約定俗成的叫法，是指夠正確反映物體長、寬、高尺寸的主視圖、俯視圖、左視圖三個正投影工程圖。作為設(shè)計師則需要根據(jù)形體表達(dá)的需要，來選擇相應(yīng)的視圖。第三節(jié) 計算

6、機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計的流程與方法三視圖擺放2）三視圖整理應(yīng)使形體的多數(shù)表面 ( 或主要表面 ) 平行或垂直于投影面 ( 即形體正放 ) 。主視圖在圖紙的左上方，左視圖在主視圖的右方，俯視圖在主視圖的下方。主視圖是最主要的視圖，選最能反映組合體的形體特征及各個基本體之間的相互位置，并能減少俯、左視圖上虛線的那個方向，作為主視圖投影方向。第三節(jié) 計算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計的流程與方法三視圖之間的尺寸關(guān)系2）三視圖整理規(guī)定左右為長，上下為高，前后為寬。主視圖與俯視圖長應(yīng)對正（簡稱長對正），主視圖與左視圖高度保持平齊（簡稱高平齊），左視圖與俯視圖寬度應(yīng)相等（簡稱寬相等）。三視圖中的尺寸包括定型尺寸（描述造型特征形狀

7、的尺寸），定位尺寸（描述造型特征位置的尺寸。第三節(jié) 計算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計的流程與方法繪制三視圖2）三視圖整理盡量選用1:1的比例，便于直接估量形體的大小，也便于畫圖。畫出各視圖的基準(zhǔn)線。畫形體的順序：一般先實（實形體）后空（挖去的形體）；先大（大形體）后?。ㄐ⌒误w）；先畫輪廓，后畫細(xì)節(jié)。第三節(jié) 計算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計的流程與方法讀懂三視圖2）三視圖整理在許多情況下，只用一個投影不加任何注解，是不能完整清晰地表達(dá)和確定形體的形狀和結(jié)構(gòu)的。三個形體在同一個方向的投影完全相同，但三個形體的空間結(jié)構(gòu)卻不相同。作為設(shè)計師進(jìn)行造型想象力和思維發(fā)散的一種練習(xí)手段。第三節(jié) 計算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計的流程與方法繪制空間線3

8、）計算機(jī)輔助型面正向制作繪制空間線，是指通過控制點（CV點）繪制建構(gòu)曲面需要的空間線。控制曲線形狀和連續(xù)性的主要元素就是曲線的控制點和階數(shù)，反映曲線連續(xù)性的就是曲線的曲率圖，因此，將階數(shù)、控制點、曲率圖、連續(xù)性稱為NBURS曲線的四要素，同樣也是NBURS曲面四要素。第三節(jié) 計算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計的流程與方法繪制曲面3）計算機(jī)輔助型面正向制作繪制曲面，是指通過繪制的空間線，運用四邊建面、雙規(guī)掃描建面或者網(wǎng)格建面三種方式繪制曲面。對于NBURS曲面來講，就是由一些橫豎NBURS曲線（又稱UV線）構(gòu)成的網(wǎng)格面，在階數(shù)與控制點關(guān)系、曲面之間連續(xù)性與曲率圖的關(guān)系同曲線一樣，唯一不同檢查曲面之間連續(xù)性關(guān)系的

9、工具，常用的是斑馬紋（Zebra）。從左到右相鄰曲面之間依次為相交（G0）、相切（G1）、曲率（G2）。第三節(jié) 計算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計的流程與方法 調(diào)整控制型面數(shù)模質(zhì)量3）計算機(jī)輔助型面正向制作 調(diào)整控制型面數(shù)模質(zhì)量，是在繪制空間線和建構(gòu)出曲面時，及時進(jìn)行質(zhì)量檢查和調(diào)整控制。型面分析拆解型面設(shè)計要求準(zhǔn)確反映設(shè)計造型意圖，在理解造型設(shè)計意圖的基礎(chǔ)上，對產(chǎn)品型面的構(gòu)成進(jìn)行分析，力求以盡量簡單的曲面構(gòu)造形體，這是保證型面數(shù)模質(zhì)量的前提。主要從以下兩點進(jìn)行分析和控制：求出和控制主要特征線、分解和簡化型面。CV點的排布流暢首先要求四邊面的兩對相對邊界的CV點數(shù)目相同，即相對的兩邊界保持相同的階數(shù)和跨度。其次

10、，要求相對邊界CV點的排布有規(guī)律，即相對的兩邊界CV點排布均勻且位置相對應(yīng)。再者，要求相鄰曲面在共同邊界上的CV點排布一致。控制型面的高光反射控制四邊面相對的兩邊保持相似走勢，同時，控制相鄰的兩邊盡量接近正交。要求可視外觀型面的高光反射必須做到光順，均勻，變化有規(guī)律，不出現(xiàn)突變和扭曲?？刂魄娴倪B續(xù)性定義相鄰曲面之間的連續(xù)關(guān)系（相交G0、相切G1、曲率G2），對于可視區(qū)所有曲面要求G2以上連續(xù)，對于基于對稱軸的對稱曲面，則要求達(dá)到G3連續(xù)，對于小于肉厚的翻邊倒角至少要做到G1連續(xù)。第三節(jié) 計算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計的流程與方法 色彩材質(zhì)可視化效果渲染4）色彩材質(zhì)可視化效果渲染 主要包括材質(zhì)選擇和表面效

11、果控制，色彩的明度、純度和色相調(diào)整。材質(zhì)選擇和表面效果控制，指根據(jù)設(shè)計效果定位，選擇合適的材料，賦予材料合適的狀態(tài)和表面肌理。從材料的屬性，材料種類有金屬、塑料、玻璃、陶瓷、木材、皮革、布藝、石材、竹材等。從材料狀態(tài)，可分為實色、半透明、透明三種狀態(tài)。從表面肌理可分為亮光、亞光、磨砂三種效果。色彩的明度、純度和色相調(diào)整，指根據(jù)設(shè)計效果定位，選擇合適的顏色，調(diào)整顏色的明度和純度，根據(jù)具體情況，可以選擇調(diào)整產(chǎn)品的漫反射（diffuse）、高光反射（specular）和暗部反射（ambient）等三部分色彩的明度和純度。第三節(jié) 計算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計的流程與方法分模線控制5）外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計塑料加溫熔融后，

12、經(jīng)由兩兩相對挖成內(nèi)凹和外凸形狀的塊狀材料（即模具的定模和動模），密合之后所形成的中空槽穴塑造成型。當(dāng)塑料成型冷卻后，兩塊模板分開可使成型品脫離模具。其中將模具分割成活動側(cè)與固定側(cè)的面（即將模穴分成公模與母模的面），稱為分模面，亦稱為分割面。而分模面會在成品表面留下細(xì)的分割線，此線稱為分模線（parting line），在圖上以P.L. 表示。第三節(jié) 計算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計的流程與方法肉厚控制5）外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計成形品肉厚是由模具中公、母模閉合后，所形成的模穴間隙大小而定。雖然，成型品肉后的變化，模具制作上不會造成困難，但可能會造成模溫的改變、塑料的填滿不易及成形品收縮凹陷不良品的產(chǎn)生等問題。第三節(jié) 計算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計的流程與方法脫模斜度控制5）外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計脫模斜度的主要功能是為