计算机三维建模技术及其应用论文.pdf
计算机三维建模技术及其应用 在 20 世纪 50 年代和 60 年代,计算机图形技术的早期,产生图像的计算机系统和技术是基础的、有限的,当时,很少有艺术家和设计人员了解计算机能够生成图像.在 70 年代和 80 年代,计算机技术变得更实际、更有用了,70 年代形成了许多基本的今天仍在使用的透视技术,到了 80 年代,计算机图形技术成为被证实的艺术和商业潜力领域.之后,计算机图形技术逐渐成熟.如今,设计师可以用计算机技术创造真 实或虚幻 的世界,许多计算机程序能够使设计师模拟三维环境,在计算机内存中创建具体的、十分逼真 的产品模型,并在计算机上对模型进行种种测试和修改.如美国 Autodesk公司推出的三维动画软件 3D StudinMA(x简称 3DS MAx),就是一套专为个人计算机 开发的多功能三维实体造型系统.利用其丰富的材质编辑功能和灵活多变的着色、投影设置,可产生逼真、生动的三维实体造型,并能实现动画效果,表现物体的模拟运动,替代真实模型的制作,从而降低了成本,缩短了设计周期.因而计算机三维建模技术是使人们获得更经济、更快捷地表达产品三维模型的手段和方 法,使用这种新技术建立的模型,不仅制作快、成本低、易存储,而且制成后易修改.在工业产 品造型设计中,涉及产品造型、色彩、美学、人机、标志设计等方面的内容.在设计阶段用计算机三维建模技术建立模型比传统的设计方法建模,有着显著的优越性.l)计算机聋维模型是工业造型设计表现技法的新方法.传统的工业造型设计表现方法,无论是素描草图、三视图还是透视效果图,都无法充分体现设计师的设计思想,而手工制作实体模型也有着众多的缺陷.因此,制作快、成本低、易存储,而且制成后易修 改的计算机三维模型成为造型设计新兴表现技法.2)计算机三维建模技术使工业产品色彩设计更简化、更逼真.良好的色彩设计会使产品!的造型更加 完未传统的工业造型色彩设计,需要设计师有较专业的色彩知识,把握色与光、对比与调和以及配色等方两的技巧，往往会因绘画的优劣而使设计方案遭到错误的判断,尤其是透视效果图中的色彩效果,常会受到绘画着色特点的影响,因而色彩的真实性、可靠性很差.而使用计算机三维建模技术,灵活多变的着色无需真实的原料就可 以赋予模型逼真、可靠的色彩,并且可 以反复试验着色方案,直到满意为止 3)计算机三维建模技术能更好地协调造 型设计 中功能要求、造型设计、物质条件之间的关系.功 能要求决定造型设计,造型设计体现功能要求,物质条件影响艺术造型;利用计算机三维建模技术,针对产品劝能特点来设计造型,在计算机上就可以方便的修改模型,丰富的材质编辑功能可赋予模型不同的材质,感受不同种材质的效果.4）计算机三维建模技术使工业产品更能达到人 一 机协调.工业产品的造型设计除了给人外观感受的影响外,在使用过程 中还会对人直接产生生理和心理的作用.使用计算机建模技术,把人机作为统一体来考虑和设计,使机电产品与人体功能密切配合,促使生产效率进一步提高,降低体力消耗,改善工作条件,消除事故、提高职业安全,使机器得心应手地为失产者服务。5）计算机三维建模技术,可以激发设计师的创新灵感,展现设计者的个性.按传统方式设计,用手工绘 制产品效果图和制作模型,不仅周期长,而且很难进行修改,因而其可供选择的余地很小,限制了设计师的 设计灵感.而使用计算机三维建模技术,生成模型的速度很快,短时间内可生成多种可供选择的造型方案,可以把设计师不同风格的设计思想都展现出来,并极易按用户要求进行修改 在设计过程 中,也可进行任 意的创新修改,从不同角度观察产品造型,取定最佳方案.因而,这种新技术是诱发设计师创造性思维、提高创造能力的有用工具。在传统的机械设计过程中，一般要经过设计-试制-改进等多次循环，很多关键零件均为经验设计，一直没给出系统的准确的设计，即使产品定型，也存在设计上的问题。随着计算机的软件的开发和应用，在设计中，可对零件进行三维实体建模，了解实体的真实形状，对关键零件进行有限元分析。这样，不仅缩短了设计所用时间，提高设计效率，而且优化零部件的结构、材料性能，提高了所设计可靠性。在设计过程中，首先建立软硬件平台。其次，完成零部件三维结构设计，虚拟装配分析（干涉检查零部件的准确性和装配合理性），关键零件有限元分析，总体设计，最后形成工程图样，机械设计技术路线。本文主要介绍三维实体建模和有限元分析部分。实体建模（曲面）特点：信息最完整，复杂的实体形较网格对象容易构造。灵活方便但占用资源多，建筑建模能采用 Pline 就不用实体。实体建模分三种方法有构造基本实体形、组合基本实体成复杂实体、对实体作圆角、倒角和其他编辑处理。三维实体建模的软件很多，现采用 SolidWorks软件进行建模。SolidWorks可以从三维模型自动转换出二维工程图，SolidWorks支持的三维数据有 STEP、IGES、VRML、STL格式；支持的二维数据格式有：DWG、DXF格式；支持的图象文件格式有 TIF格式。因此 SolidWorks与分析软件 COSMOS/Works和 ANSYS、三维实体的运动分析软件MotionWorks、数控加工软件 CAMWorks等作了无缝连接或是中间格式转化连接。计算机三维建模技术在工业造型设计中的优越性，传统方法无论在直观性，方便性还是速度上都是无法与其相比的。计算机三维建模技术，在激发设计师的创新灵感，展现设计师的个性，以及在使用方便性，灵活性上正成为当今设计师不可缺少的工具。参考文献:l 王介明.工业产品艺术造型设讯M.北京:清华大学出版社,199 5.9-20.2 王继成.现代工业设计技术与艺术附.上海:中国纺织大学出版社,199 7.8一 54.3 黄积荣等编译.工业美学及造型设计 M.北京:新时代出版社,1986.35一 60.4 鲍明忠等译.3D 计算机动画与图像技术M.北京:中国水利水电出版社,199 8.30.
