计算机辅助工业设计Rhino建模——建模思路

1、计算机辅助工业设计计算机辅助工业设计Computer Assistant Industry Design计算机辅助工业设计计算机辅助工业设计 Computer Assistant Industry Design建模思路建模思路,指的就是如何从点线面下手,做完一个物体的过程.在一个物体未开始建模以前,心中一定要对整个过程,用什么方法做完这个模型有大概的了解.如果心中并不能很好的理解整个形体的关系,也可以先找纸和笔,画点草图,辅助理解和分析,这一过程只需要对大型作推敲,不需要想过多细节,甚至不用考虑具体的命令,只要考虑大致的做法就好了.一个物体,再复杂也能归纳出一个大型,而这个大型就像画素描首先要

2、画的那个简单的大轮廓一样.大型,也可以理解为毛坯,就是一个比较简单的形状,由几个大曲面或平面构成的实体(有时也可以是不封闭的曲面).一般来说,简单物体无外乎归纳为长方体、圆球、圆柱,以及基本物体的复合体.计算机辅助工业设计计算机辅助工业设计 Computer Assistant Industry Design建模物体大型归纳举例Rhino曲面的”3个3”三大成型方式: 挤压成型,旋转成型,四边形成型三大构面要素: 修剪,连接,曲面曲线三大曲面特性: 方向性,连续性,扭曲性计算机辅助工业设计计算机辅助工业设计 Computer Assistant Industry Design三大成型方式1.挤

3、压成型extrude这种方式是最基本的成型方式,就是沿着一个方向,挤压原始曲线得到曲面.它在挤压方向永远是直线,也就是在曲面的UV方向至少有一个方向是直线.不要将这里讲的挤压和命令的挤压等同起来不要将这里讲的挤压和命令的挤压等同起来,直线挤压命令确实是挤压成型直线挤压命令确实是挤压成型,但是但是还有很多种挤压都不一定是挤压成型还有很多种挤压都不一定是挤压成型,所以不要钻命令的牛角尖所以不要钻命令的牛角尖,下面的也是如此下面的也是如此计算机辅助工业设计计算机辅助工业设计 Computer Assistant Industry Design2.旋转成型revolve这是一种非常特殊的成型方式,它是

4、由一条曲线(或直线)围绕一个旋转轴旋转而成的曲面.如果旋转体是直线,那旋转面就是单曲面,典型例子是圆柱,如果旋转体是曲线,那么旋转面就是双曲面,典型例子是圆球.在有些场合,它与挤压成型、四边成型结果很相似,但其生成方式是完全不同的.之所以要把它单独列出来,就是因为它有一点非常特殊,那就是一点收敛. loft在NURBS曲面中,这种收敛点是很特殊的,尽管构面的原则是基本不要出现收敛点,但是旋转的收敛点却是被允许出现的特例.因为许多旋转成型物体都需要这个收敛点,所以在旋转成型中,这个收敛点是被特殊定义过的,一般只要是标准圆形旋转,这个收敛点都没有问题.只要在收敛点(转轴处)处理好曲线末端,旋转出来

5、的曲面在收敛点就可以变得很圆滑,完全看不出有尖点的存在,这是挤压成型或四边成型都难以做到的计算机辅助工业设计计算机辅助工业设计 Computer Assistant Industry Design3.四边成型quadrangle这种方式是用得最多的成型方式,因为NURBS曲面是四边的,所以可以定义四条甚至四条以上的边来构面,整个曲面就按照四条边以及内部的曲面来构建.典型的四边成型命令就是surface from network of curves,虽然说是四边成型,需要定义四条边,但是Rhino允许少定义几条边注意注意:必须在必须在UV方向至少各定义一条以上的边方向至少各定义一条以上的边,否则

6、不构成四边成型否则不构成四边成型计算机辅助工业设计计算机辅助工业设计 Computer Assistant Industry Design还有一个比较特殊的命令Loft,它只定义UV中的一个方向,而另一个方向则是自动生成,所以它有可能是四边成型,也有可能是挤压成型.因此成型方式是一种规律的总结,是曲面特征的归纳,不受具体命令的约束.总结总结: 三大成型方式是构成物体结构的最基础法则三大成型方式是构成物体结构的最基础法则.要建一个物体要建一个物体,首先要分析首先要分析各个部分分别使用哪个成型方式各个部分分别使用哪个成型方式,然后才考虑具体命令然后才考虑具体命令.不要把具体命令局限不要把具体命令局

7、限于某一种于某一种,因为根据不同情况因为根据不同情况,同一命令可能产生不同的结果同一命令可能产生不同的结果.计算机辅助工业设计计算机辅助工业设计 Computer Assistant Industry Design三大构面要素1.修剪Trim广义的理解,是曲面被COS(曲面线)所划分的区域以及显示与隐藏的某些区域.修剪并不是真正的删除,相对而言,修剪类似于隐藏掉那些不需要的部分.所以它可以通过untrim(反修剪)来还原原始曲面.2.连接Join广义的理解,是使曲面相连,使曲面从一个面向另一个面延续,成为一个复合曲面(polysurface).如果没有开放的边缘,也就是曲面没有尽头的时候,rh

8、ino则定义这个复合曲面为实体(solid).Join就是构成从surfacepolysurfacesolid的纽带,相关命令是Join和Explode计算机辅助工业设计计算机辅助工业设计 Computer Assistant Industry Design3.曲面曲线COSCOS是Curve On Surface的简写,译为曲面曲线,简称曲面线COS曲面线,从狭义上来说,就是曲面上的线,一般表现为投影到曲面上的曲线,也可以表现为曲面之间的交线.从广义上来说,它就是Trim修剪的根本依据,是Trim不可缺少的条件计算机辅助工业设计计算机辅助工业设计 Computer Assistant Ind

9、ustry Design三大构面要素的相互关系总结: 三大构面要素是构面以至于建立复合曲面、实体的核心要素,是建模思路的核心.可以说,无论多么复杂的物体无论多么复杂的物体,都可以通过这样找线、修剪、连接而成都可以通过这样找线、修剪、连接而成,是是复杂物体绝对不可缺少的关键要素复杂物体绝对不可缺少的关键要素,所以一定要理解这三者的关系及其重要性、普通性.很多命令都可以用这三个要素来拆散,所以非常重要.计算机辅助工业设计计算机辅助工业设计 Computer Assistant Industry Design三大曲面特性是判断曲面质量的重要标准1.方向性UV代表曲面的两个方向,是按照曲面的走向分布的

10、,就是曲面的坐标.曲面上的点线面的坐标值都是通过UV值来表示的.如果说XY是平面的坐标系的话,UV就是曲面上的坐标系.XY只能是两个直线方向,UV却能够沿着曲面走曲面方向.XY坐标系只能产生矩形,UV坐标系能产生丰富的立体四边曲面.计算机辅助工业设计计算机辅助工业设计 Computer Assistant Industry Design在默认状态下,曲面上总是会有纵横交错的一条条结构线,它的名字叫isocurve,也叫做等参线,通称结构线或ISO线,这些结构线代表的就是曲面上的UV走向.好的曲面结构线既简洁又均匀,分布非常合理,结构线分布合理说明曲面的UV走向比较流畅.打一个形象的比喻:NUR

11、BS曲面就像一张薄且很有弹性的四边形金属片,既有弹性又有延展性,而且在UV方向弹性很强,如果弯曲得当,表面就很光顺.如果在这两个方向上没有把握好,就很容易变形扭曲.这个比喻还可以应用于成型方式和构面要素中,比如三种成型方式就是挤压拉伸、旋转和自由的做法.又如Trim就是修剪金属片,COS就是上面的修剪边界线,Join则是胶水,整个完成后的模型就像用金属片拼成的空心物体,是由许多使用各种工艺的金属片拼结而成的整体.计算机辅助工业设计计算机辅助工业设计 Computer Assistant Industry Design2.连续性连续性是根据曲线的曲率进行等级划分的,常见的有G0、G1、G2几个等

12、级,G表示连续性,数字表示连续性的级别,数字越大,连续性越好G0 位置连续(position),是最基本的连续方式,其含义是两条线的端点重合,满足Join连接的最基本状态G1 切线连续(tangency),是最普遍的连续方式.在G0的基础上两条曲线的交点处的切线方向一致,所以叫切线连续,也就是圆弧所能达到的连续性,光滑连接但有明显折角,常见于倒角G2 曲率连续(curvature),是一种更高级的连续方式,在G1的基础上两条曲线的交点处的曲率一致,所以叫曲率连续,是更光滑的连接,无明显折角计算机辅助工业设计计算机辅助工业设计 Computer Assistant Industry Design

13、因为Rhino软件的原因,不能对已做成的曲面做很多的修改调整,所以需要在原始面生成时就做好连续性.再加上Rhino的曲面生成命令对连续性支持的不是很多,所以局限性也很多,要巧妙组合使用某些命令才能达到最终的效果.曲面连续性检测方法Curvatrue Analysis曲率检测draft angle analysis 拔模角检测Environment map 环境贴图检测Zebra analysis 斑马纹检测计算机辅助工业设计计算机辅助工业设计 Computer Assistant Industry Design3.扭曲性正因为连续性是相对于其他物体而言的,所以如果原连接只是位置相连(G0),要

14、满足G1以上连续性的话,就必须对曲线或曲面进行变形.所有变形都会对原曲面带来一定程度的扭曲,只要有变形,就会有扭曲.所以在满足一定程度的连续性中,都会带来扭曲的副作用,这几乎是不可避免的.连续性和扭曲性就像一对矛盾,与生俱来,缺一不可.曲面的差异发生扭曲时如何修正呢发生扭曲时如何修正呢?一般都要我们加上限制条件来限制曲面扭曲的走向、控一般都要我们加上限制条件来限制曲面扭曲的走向、控制扭曲的程度制扭曲的程度.加限制的方法加限制的方法,因命令不同而不同因命令不同而不同,所有限制和条件不是依靠命令本所有限制和条件不是依靠命令本身的参数来实现身的参数来实现,就是靠增加附加曲线来实现就是靠增加附加曲线来实现.计算机辅助工业设计计算机辅助工业设计 Computer Assistant Industry Design计算机辅助工业设计计算机辅助工业设计 Computer Assistant Industry Design曲面的方向性(UV)不一致Rhino在进行连续性调整的时候,需要对齐曲面的方向.由于曲面对齐的标准是UV两个方向,所以在对齐的时候,如果两个曲面的方向夹角不是很大的话,就比较容易对齐.如果两个曲面的方向夹