第1章几何造型方法介绍和分类ppt课件.ppt

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1、 1.1 几何造型方法几何造型方法1.3 典型的几何造型系统典型的几何造型系统1.2 实体模型的表示实体模型的表示1.4 产品的数据交换标准产品的数据交换标准几何造型技术的发展几何造型技术的发展第一代：手工绘制工程图第一代：手工绘制工程图第二代：二维计算机绘图第二代：二维计算机绘图第三代：三维线架系统第三代：三维线架系统第四代：曲面造型第四代：曲面造型第五代：实体造型第五代：实体造型1.1 几何造型方法几何造型方法几何造型技术几何造型技术几何构形几何构形数字化数字化描述描述核心核心1.1 几何造型方法几何造型方法线线框框造造型型曲曲面面造造型型实实体体造造型型1.1 几何造型方法几何造型方法

2、优点：优点：模型的数据结构简单，数据存储量小；模型的数据结构简单，数据存储量小； 缺点：缺点：不能自动消隐，几何描述能力差；不能自动消隐，几何描述能力差； 不能进行诸如体积、面积、重量、惯性矩等几何特不能进行诸如体积、面积、重量、惯性矩等几何特 性的计算；性的计算； 一、一、 线框造型线框造型物体的骨架物体的骨架1.1 几何造型方法几何造型方法二、二、 曲面造型曲面造型物体的皮肤物体的皮肤 Bzier方法方法 B样条方法样条方法非均匀有理非均匀有理B样条（样条（NURBS）1.1 几何造型方法几何造型方法1.1 几何造型方法几何造型方法飞机气道模型飞机气道模型三角网络上的复合三角网络上的复合B

3、zier曲面曲面1.1 几何造型方法几何造型方法基于四边形的基于四边形的C-C细分曲面细分曲面三实体造型三实体造型1.1 几何造型方法几何造型方法“有血有肉有血有肉”的物体模的物体模型型1.2 实体模型的表示实体模型的表示1.2 实体模型的表示实体模型的表示1. 体素构造法体素构造法 体素构造法也称构造实体几何法或体素构造法也称构造实体几何法或CSG树树 ，即用二叉，即用二叉树的形式记录零件的所有组成体素进入拼树的形式记录零件的所有组成体素进入拼合运算的过程。合运算的过程。 1.2 实体模型的表示实体模型的表示二维实体的交、并、差拼合运算二维实体的交、并、差拼合运算 1.2 实体模型的表示实体

4、模型的表示1.2 实体模型的表示实体模型的表示1.2 实体模型的表示实体模型的表示1.2 实体模型的表示实体模型的表示叶节点叶节点 -基本体素，如立方体、圆柱体、圆环、锥体、球体等基本体素，如立方体、圆柱体、圆环、锥体、球体等中间节点中间节点-并、交、差正则集合运算并、交、差正则集合运算UU1.2 实体模型的表示实体模型的表示1.2 实体模型的表示实体模型的表示几何定义语句：几何定义语句：PART=I+II-III-IV 体素构造法表示复杂形体非常简洁，其理论体素构造法表示复杂形体非常简洁，其理论基础可以归纳为：基础可以归纳为：1、体素的拼合是一个集合运算过程。、体素的拼合是一个集合运算过程。

5、2、参与运算的体素必须是、参与运算的体素必须是正则集正则集。封闭封闭1.2 实体模型的表示实体模型的表示正则集正则集 r Ak i AABAB普通集合的交正则集合的交 C悬边 C1.2 实体模型的表示实体模型的表示P有悬面有悬边一条边有两个以上的邻面点P的邻域非单连通 正则形体与非正则形体正则形体与非正则形体： 面是形体表面的一部分，不允许存在悬面；面是形体表面的一部分，不允许存在悬面； 不允许存在悬边；不允许存在悬边； 边只有两个邻面；边只有两个邻面； 点至少和三个面点至少和三个面(或三条边或三条边)邻接，不允许存在孤立点。邻接，不允许存在孤立点。1.2 实体模型的表示实体模型的表示3、几何

6、运算的基础是对参与运算的元素进行分类。、几何运算的基础是对参与运算的元素进行分类。X inSX onS1.2 实体模型的表示实体模型的表示4、体素分类是求两组元素的组合。、体素分类是求两组元素的组合。1.2 实体模型的表示实体模型的表示表表1.2 对于拼合体对于拼合体 的分类的分类 AB1.2 实体模型的表示实体模型的表示5、当集合运算的结果有二义性时，利用邻域进行测试。、当集合运算的结果有二义性时，利用邻域进行测试。 1.2 实体模型的表示实体模型的表示6、对、对CSG表示采用分治（表示采用分治（Divide-and-Conquer）算法。）算法。 所谓所谓分治分治，就是对于实际中遇到的问题

7、，倘若它比较，就是对于实际中遇到的问题，倘若它比较复杂，不能直接求解，就将这个问题分割成若干小问题分复杂，不能直接求解，就将这个问题分割成若干小问题分别求解；然后再将求得的小问题的解合成整个问题的解。别求解；然后再将求得的小问题的解合成整个问题的解。 1.2 实体模型的表示实体模型的表示递归模式递归模式Procedure ClassLine3D( L, S)if S is a primitive Then ClassLine3DwrtPrim( L, S)else CombineLine3D( ClassLine3D( L, Left_S), ClassLine3D( L, Right_S),

8、 Op_S) 1.2 实体模型的表示实体模型的表示 Boundary Representation，也称，也称BR表示表示或或BRep表示表示 最成熟、无二义性最成熟、无二义性 物体的边界与物体一一对应物体的边界与物体一一对应 实体的边界是表面的并集实体的边界是表面的并集 表面的边界是边的并集表面的边界是边的并集1.2 实体模型的表示实体模型的表示2、 边界表示法边界表示法欧式空间中的位置和大小欧式空间中的位置和大小顶点、边、面的数目、类型顶点、边、面的数目、类型以及连通关系以及连通关系1.2 实体模型的表示实体模型的表示体体 体有扩大的含义，可以是一根或多根线，可以是不封闭的壳，称作板，也体

9、有扩大的含义，可以是一根或多根线，可以是不封闭的壳，称作板，也可以是若干个离散的体，合成一个处理。线可以是作图的辅助线，中心线可以是若干个离散的体，合成一个处理。线可以是作图的辅助线，中心线或扫成曲面的母线，也可以退化成一个辅助点；也可以是未蒙皮的或扫成曲面的母线，也可以退化成一个辅助点；也可以是未蒙皮的 线框模线框模型。型。壳壳 正常情况下壳是一个完整物体的封闭边界。一个连通的物体有一个外壳和正常情况下壳是一个完整物体的封闭边界。一个连通的物体有一个外壳和若干个可能的内壳，后者构成体内的边界。壳也可能是无边界的无限面或若干个可能的内壳，后者构成体内的边界。壳也可能是无边界的无限面或有部分边界

10、的半无限面。板是壳的中性层表面，没有厚度，正反面都有效。有部分边界的半无限面。板是壳的中性层表面，没有厚度，正反面都有效。子壳子壳 壳或子壳的一个分割，系统通常用它来提高壳与壳相关性判断的效率。壳或子壳的一个分割，系统通常用它来提高壳与壳相关性判断的效率。面面 空间一张几何面的有界部分、它的边界由一个或多个环组成。球是封闭的面，空间一张几何面的有界部分、它的边界由一个或多个环组成。球是封闭的面，但没有环。但没有环。环环 环是面边界的连通部分。从名称看，环应该封闭，实际上可以不封闭。环是面边界的连通部分。从名称看，环应该封闭，实际上可以不封闭。共边共边 用来存放一条边与相邻边以及与环的关系。在正

11、常的实体中一条边严格为用来存放一条边与相邻边以及与环的关系。在正常的实体中一条边严格为两个邻面所共有，这时共边成对出现，各与一个面环相关联。两个邻面所共有，这时共边成对出现，各与一个面环相关联。边边 一条空间曲线的有界部分。一条空间曲线的有界部分。顶点顶点 面的角点。面的角点。线线 边的有序连接。边的有序连接。1.2 实体模型的表示实体模型的表示ACISACIS数据结构表示的四面体模型数据结构表示的四面体模型 1.2 实体模型的表示实体模型的表示ACIS边边界界表表示示拓拓扑扑图图 BG Baumgart提出的翼边结构用来清楚说明多面提出的翼边结构用来清楚说明多面体模型的面、边、顶点之间的拓扑

12、关系。体模型的面、边、顶点之间的拓扑关系。 1.2 实体模型的表示实体模型的表示体素构造模型体素构造模型外部模型外部模型边界表示模型边界表示模型内部模型内部模型1.2 实体模型的表示实体模型的表示 1.3 典型的几何造型系统典型的几何造型系统 1、 国外国外CAD软件软件 Pro/E（Pro/Engineer） I-DEAS UG（Unigraphics） 1.3 典型的几何造型系统典型的几何造型系统2、 国内国内CAD/CAM软件软件 CAXA电子图板与制造工程师电子图板与制造工程师 开目开目CAD1.3 典型的几何造型系统典型的几何造型系统1.4 产品数据交换标准产品数据交换标准 常用的面

13、向产品数据模型及其文件格常用的面向产品数据模型及其文件格式的标准有式的标准有DXF、IGES和和STEP。 1.4 产品数据交换标准产品数据交换标准1、DXF DXF文件的总体结构由文件的总体结构由7个段和文件结尾组成，个段和文件结尾组成，按顺序分别是：标题段、类段、表段、块段、实体按顺序分别是：标题段、类段、表段、块段、实体段、对象段、预览段、文件结尾。段、对象段、预览段、文件结尾。DXF文件的最小文件的最小组成单元是组（组成单元是组（Group），一个），一个DXF文件由若干组文件由若干组构成，每个组在文件中占两行，第一行称为组码构成，每个组在文件中占两行，第一行称为组码（Group co

14、de），第二行称为组值（），第二行称为组值（Group value）。组码说明了组值的数据类型，组值是数）。组码说明了组值的数据类型，组值是数据的具体值，这两行组合起来才是一个完整的数据。据的具体值，这两行组合起来才是一个完整的数据。外部应用程序通过组码得到组值的数据类型，从而外部应用程序通过组码得到组值的数据类型，从而可以方便地读取组值。可以方便地读取组值。1.4 产品数据交换标准产品数据交换标准2、IGES 基本图形交换规范基本图形交换规范 （Initial Graphics Exchange Specification，IGES）1980年由美年由美国国家标准局主持开发，国国家标准局主持

15、开发，1982年成为年成为ANSI标标准。准。IGES虽然不是虽然不是ISO标准，且在标准，且在1992年以年以后其版本不再发展，但作为事实上的工业标后其版本不再发展，但作为事实上的工业标准，现有大多数准，现有大多数CAD商用软件仍支持商用软件仍支持IGES图图形文件格式。利用形文件格式。利用IGES文件，用户可以从中文件，用户可以从中提取所需数据进行用户应用程序的开发。提取所需数据进行用户应用程序的开发。1.4 产品数据交换标准产品数据交换标准 IGES的文件格式分为的文件格式分为ASCII格式与二进制格式。格式与二进制格式。 固定行长的格式中，每行为固定行长的格式中，每行为80个字符，个字

16、符，由若干行组成一个文件。文件分成五段到由若干行组成一个文件。文件分成五段到六段，即六段，即开始段开始段，全局参数段全局参数段，目录段目录段，参数数据段参数数据段、结束段结束段。 1.4 产品数据交换标准产品数据交换标准 标志段标志段：标志段可选，对于固定行长的：标志段可选，对于固定行长的ASCII文件可省。第一行的第文件可省。第一行的第73列如是列如是B，则是二进制，则是二进制文件，如是文件，如是C，则是压缩的，则是压缩的ASCII文件。文件。 开始段开始段：开始段提供人们阅读文件的序言。行：开始段提供人们阅读文件的序言。行数不限，但至少应占一行，每行的第数不限，但至少应占一行，每行的第73

17、列有字母列有字母S。第。第74至至80列为序号。列为序号。 全局参数段全局参数段：全局参数段所有记录的第：全局参数段所有记录的第73列均列均有字母有字母G。7480列为序号。本段含前置处理与后列为序号。本段含前置处理与后置处理的有关信息。例如参数分界符，记录分界置处理的有关信息。例如参数分界符，记录分界符，发送系统标识符，文件名，前置处理文本，符，发送系统标识符，文件名，前置处理文本，各种数据的表示方式，接受系统标识符等等以及各种数据的表示方式，接受系统标识符等等以及作者、机构、版本等。作者、机构、版本等。1.4 产品数据交换标准产品数据交换标准 目录段目录段：目录段为文件提供一个索引。每行的

18、第：目录段为文件提供一个索引。每行的第73列为列为字母字母D，第，第74至至80列为序号。文件的每个实体都在目录中列为序号。文件的每个实体都在目录中占有一个条目。条目占两行。每占有一个条目。条目占两行。每89个字符组成一个域，共个字符组成一个域，共20个域。个域。 参考数数据段参考数数据段：参考数数据段列出实体的参数数据。每：参考数数据段列出实体的参数数据。每行的第行的第73列有字母列有字母P。数据按自由格式排列，每行止于第。数据按自由格式排列，每行止于第64列。列。65列为空白。列为空白。66列至列至72列有关于本实体在条目目录列有关于本实体在条目目录段中的第一行的序号，第段中的第一行的序号

19、，第74至至80列仍为本段落持序号。列仍为本段落持序号。 结束段结束段：结束段标志文件的结束。它占一行，第：结束段标志文件的结束。它占一行，第73列为列为T。该行分为。该行分为10个域。每域的首字符为段的代码，其后为个域。每域的首字符为段的代码，其后为本段的最末一行序号。本段的最末一行序号。1，2，3，4域为域为S，G，D，P。59域保留，第域保留，第10域为结束段。结束段域中填域为结束段。结束段域中填T0000001。结束段所在行必须是文件的最后一行。结束段所在行必须是文件的最后一行。1.4 产品数据交换标准产品数据交换标准 IGES是一种中性文件，其作用是在不同的是一种中性文件，其作用是在

20、不同的CAD/CAM系统之间交换数据。将某种系统之间交换数据。将某种CAD系系统的输出转换成统的输出转换成IGES文件时需用前置处理程序文件时需用前置处理程序处理；将处理；将IGES文件传送至另一种文件传送至另一种CAD系统也需系统也需要经后置程序处理。要经后置程序处理。 1.4 产品数据交换标准产品数据交换标准不同系统间通过不同系统间通过IGES交换数据交换数据 1.4 产品数据交换标准产品数据交换标准 尽管尽管IGES在工业界得到了广泛和成功的应用，但它在工业界得到了广泛和成功的应用，但它在实践中存在着比较严重的问题，即不同系统之间采用在实践中存在着比较严重的问题，即不同系统之间采用IGE

21、S文件进行数据交换时图形发生失真现象。文件进行数据交换时图形发生失真现象。 首先，首先，IGES中定义的实体主要是几何图形方面的信息，中定义的实体主要是几何图形方面的信息，而不是产品定义的全面信息。而不是产品定义的全面信息。 其次，其次，IGES的另一个缺点是数据传输不可靠，一些语法的另一个缺点是数据传输不可靠，一些语法结构有二义性，这可能导致数据交换的失败结构有二义性，这可能导致数据交换的失败 此外，此外，IGES文件所占的存储空间太大，虽然后来提出了文件所占的存储空间太大，虽然后来提出了压缩的压缩的ASCII码格式，但多数码格式，但多数IGES处理器都不支持。处理器都不支持。 1.4 产品

22、数据交换标准产品数据交换标准 产品模型数据转换标准（产品模型数据转换标准（Standard for the Exchange of Product Model Data，STEP），于），于1988年公布为年公布为ISO标准。标准。 STEP标准是一个关于产品信息表达与交换的国际标准，标准是一个关于产品信息表达与交换的国际标准，它提供了一种不依赖于具体软硬件系统的中性机制，目的是它提供了一种不依赖于具体软硬件系统的中性机制，目的是要建立一个包括产品整个生命周期的、完整的、语义一致的要建立一个包括产品整个生命周期的、完整的、语义一致的产品数据模型，从而满足产品生命周期内各个阶段对产品信产品数据模

23、型，从而满足产品生命周期内各个阶段对产品信息的不同需求，并保证对产品信息理解的一致性。息的不同需求，并保证对产品信息理解的一致性。 2、STEP1.4 产品数据交换标准产品数据交换标准 STEP标准包括以下标准包括以下5方面的内容：标准的描述方面的内容：标准的描述方法、资源模型的定义、应用协议、实现形式以及方法、资源模型的定义、应用协议、实现形式以及一致性测试。一致性测试。1.4 产品数据交换标准产品数据交换标准 STEP标准是一种思想、一门技术和一种方法学，标准是一种思想、一门技术和一种方法学，它对产品信息建模、信息集成与交换带来了深远的它对产品信息建模、信息集成与交换带来了深远的影响。影响。STEP标准满足了产品开发部门在实施协同标准满足了产品开发部门在实施协同设计、并行设计、虚拟产品集成开发等环境下的需设计、并行设计、虚拟产品集成开发等环境下的需求，其建立了统一的产品信息模型并进行数据交换，求，其建立了统一的产品信息模型并进行数据交换，提供了一种数据共享的机制。提供了一种数据共享的机制。STEP标准也为标准也为CAX和和DBMS应用系统的开发，提供了接口标准化和概应用系统的开发，提供了接口标准化和概念模型标准化的支持。念模型标准化的支持。 1.4 产品数据交换标准产品数据交换标准The End