计算机辅助车辆造型

1、1第三章 计算机辅助车辆造型2概述n三维几何建模n一、线框建模n二、表面建模n三、实体建模3概述n一、线框建模n线框建模的原理 n 线框建模是利用基本线素来定义设计目标的棱线部分而构成的框架图。4概述n一、线框建模n线框建模的特点n数据结构简单，所占的储存空间较小，对硬件要求不高，易于掌握；n缺陷：所示的图形含义不确切，不能进行物体几何特征(体积、面积、重量、惯性矩等)计算，不便于消除隐藏线，不能满足存储多坐标数控加工刀具轨迹的生成等方面的要求等。5概述n一、线框建模n线框建模的特点n缺陷：所示的图形含义不确切 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，是通过对实体的各个表面

2、进行描述而构造实体模型的一种建模方法。n通过在线框建模的基础上添加了面的信息，利用表面建模，就可以对物体作剖面、消隐、获得加工所需的表面信息等。7概述n二、表面建模n表面建模的原理汽车车身三维曲面模型8概述n二、表面建模n表面建模的特点n由于增加了有关面的信息，在提供三维实体信息的完整性、严密性方面，表面建模比线框建模进了一步，它克服了线框建模的许多缺点，能够比较完整地定义三维立体的表面；n所能描述的零件范围广，特别是像汽车车身、飞机机翼等难于用简单的数学模型表达的物体，均可采用表面建模的方法构造其模型；n可以为CAD/CAM中的其他场合提供数据，例如有限元分析中网格的划分，就可以直接利用表面

3、模型。9概述n二、表面建模n表面建模的特点n局限性：由于所描述的仅是实体的外表面，并没有切开物体而展示其内部结构，因而，也就无法表示零件的立体属性。由此，很难确定一个经过表面建模生成的三维物体是一个实心的物体，还是一个具有一定壁厚的壳，这种不确定性同样会给物体的质量特性分析带来问题。10概述n三、实体建模n实体建模的原理n实体建模的标志，是在计算机内部以实体描述客观事物。n实体造型是以立方体、圆柱体、球体、锥体、环状体等多种基本体素为单元元素，通过集合运算（拼合或布尔运算），生成所需要的几何形体。这些形体具有完整的几何信息，是真实而唯一的三维物体。n实体造型包括两部分内容：体素定义和描述；体素

4、间的布尔运算。11概述n三、实体建模n实体建模的原理12概述n三、实体建模n实体建模的特点n能唯一、准确、完整地表达物体的形状，因而在设计与制造中广为应用，尤其是对产品的描述、特征分析、运动分析、干涉检验以及有限元分析、加工过程的模拟仿真等方面。n目前常用的实体建模方法主要有：边界表示法、构造实体几何法和扫描法。13一、 曲线曲面的描述方法n NURBS 模型n NURBS是非均匀有理B样条（Non-Uniform Rational B-Spline）的缩写，是一种基于曲线或样条的建模方法。n NURBS是在Bezier、B样条方法的基础上发展起来的，目前已成为许多建模软件的基础。14一、 曲

5、线曲面的描述方法nPolygonal 模型n 多边形（Polygon）是由一系列有序的顶点（vertices）以及由这些顶点确定的边（edges）所构成的，Polygonal物体则是多边形的集合；15一、 曲线曲面的描述方法nsubdivision surfacesn subdivision surfaces是一种崭新的建模方法，是基于Polygonal控制网格而生成的光滑面。它具有NURBS 和Polygonal模型的双重优点，既有相当于NURBS的光滑度又有Polygonal良好的可塑造性。16一、 曲线曲面的描述方法n如何选择造型方法n 对于NURBS来说它适合于：动物、人体、水果；诸如

6、汽车、钟表以及烤面包机等的工业产品；较少控制点的大面积平滑面等物体。n 如果要生成具有尖锐部分的物体，如山脉、有凹痕的平面等，就要使用Polygonal建模。17一、 曲线曲面的描述方法n如何选择造型方法n 如果建造的模型具有非常多的细节，而求控制点非常的多，比如人的脸部、手指等，就要使用subdivision surfaces模型了。n 如果不能很快的确定使用什么建模方法，可以从NURBS开始，因为NURBS可以容易地转换为Polygonal或subdivision surfaces模型，反之，Polygonal或subdivision surfaces模型不能转换为NURBS模型。18二、

7、三维造型系统中的坐标系nY UP19二、三维造型系统中的坐标系nZ UP20三、软件界面介绍n主界面主题栏主菜单栏状态栏常用工具架工具架数字输入栏工作区域通道框窗口菜单21三、软件界面介绍n主界面n主题栏（Title Bar）n显示了Maya的版本号、项目(Project)名称、场景(Scene)、和选中的项目名称。n菜单栏（Menu Bar）包括公共菜单和功能菜单n 公共菜单：nFile：用于创建、打开、保存、输入、输出场景文件，设置相关的参数项，创建和编辑项目及退出Maya应用程序。nEdit：撤消、恢复和重做操作步骤，插入，删除、选取、层、复制、重组或者父物体等操作。nModify：选取

8、和设置变形参数项，授权节点，激活物体，平移枢轴至物体中心点，重新设置层级的前缀名称，添加属性，运用测量（距离，参量和弧度）工具等22三、软件界面介绍n主界面n菜单栏（Menu Bar）n 公共菜单： nDisplay：显示或者隐藏NURBS元素，工具项，摄像机和灯光操作器，组成元素或者属性。当显示或隐藏项目时，作用后果会直接影响到用户界面的显示。nWindow：显示各式各样的属性编辑器，以改变场景的布局；设置物体的框架结构，最小化或者最大化窗口，增大或者缩小窗口面积。nHelp：用于显示产品信息和在线式帮助文件。23三、软件界面介绍n主界面n状态栏（Status Line）显示工作区操作的相关

9、信息n常用工具架（Tool Box）n选取（Select）n平移工具（Move）n旋转工具（Rotate）n 缩放工具（Scale）n工具架（Shelf）对用户常用的图标工具提供一个快速访问的机会n数字输入栏（Numerical Input Line）n工作区域（Workspace）Minibar.avi24三、软件界面介绍n主界面n通道框（Channel Box）显示物体或者项目的属性n窗口菜单nView：列出了摄像机，场景图和标签等项。摄像机属性包括视点、兴趣点，焦距和景深等。nShading：设置表面参数项和刚体纹理，创建一种从单一线框显示至平滑表面显示的效果。nLighting：设置所

10、有的灯光选项。nShow：显示或者隐藏物体的特定组成元素。nPanel：运用控制面板和布局设计自定义工作区域，控制面板包含众多的界面元素，例如曲线图（图表），摄像机场景，编辑器和物体元素略图（Outliners）等等；布局则是层的有机集合。25三、软件界面介绍n主界面n时间和范围滑块（Time Slider）和（Range Slider）n命令栏（Command Line）n帮助栏（Help Line）26三、软件界面介绍n标记菜单n浮动菜单n其它mayaintro.avi27四、NURBS建模n1、基本形体n基本形体种类n球体 Spheren长方体 Cuben圆柱体 Cylindern锥体

11、Conen圆环 Torusn平面 Planen圆 Circlen四边形 Square28四、NURBS建模n1、基本形体n菜单29四、NURBS建模n1、基本形体n示例30四、NURBS建模n1、基本形体n球体nStart and End Sweep Angles 球体表面的角度nRadius 半径nSurface Degree 表面曲度 线性（Linear）；三次元（Cubic）nUse Tolerance 设置图形的精度nNumber of Sections 球体在纵向上曲线的数量nNumber of Spans 球体表面在横向上曲线的数量31四、NURBS建模n1、基本形体nurbspr

12、i.avi32四、NURBS建模n2、曲线创建和编辑33四、NURBS建模n2、曲线创建和编辑n曲线创建n菜单curves.avi34四、NURBS建模n2、曲线创建和编辑n曲线的度数n在曲线创建工具的参数窗口里可以选择曲线的度数。曲线度数决定曲面的形状,右图是五种由指定的CVs生成但是度数不同的曲线。n一条曲线的度数在所使用的数学表达式里是最主要的指数。NURBS曲线典型的表现是三次等式，度数是3。对三次B样条，N个控制点得到（N-2）个型值点或（N-3）段曲线。度数越高曲线越圆滑，但计算的时间也长。35四、NURBS建模n2、曲线创建和编辑n曲线编辑n创建中未确定的曲线，按Insert就可

13、以进行编辑。n对已创建的曲线编辑，可以编辑曲线上的CVs、EPs。n如选择CVs,选取曲线，这曲线上的控制点就显现出来，选取这些点就可以运用移动工具进行移动了。n在状态栏中单击Select By Component Type按钮，单击Points按钮，按鼠标右键显示出下拉菜单，从中可选取CVs，若单击Points按钮旁边的Param Points选项，还可选取Eps，Curve Points。acurve.avi，acurve2.avicurveedit0.avi36四、NURBS建模n2、曲线创建和编辑n曲线编辑n曲线编辑菜单37四、NURBS建模n2、曲线创建和编辑n曲线编辑nAdd Po

14、ints Tool：创建好的曲线上增加点。可增加CVs、EPsnCurve Editing Tool：曲线编辑器curveedit1.avi38四、NURBS建模n2、曲线创建和编辑n曲线编辑nAttach Curves：粘接两条曲线，使之成为一条nDetach Curves：Attach Curves的相反命令nAlign Curves：两条曲线保持连续性nOpen/Close Curves：曲线的封闭和打开curveedit2.avi39四、NURBS建模n2、曲线创建和编辑n曲线编辑nCurve Fillet：两条曲线之间的倒角，包括相交和不相交的曲线nIntersect Curves：

15、两条或几条曲线相交。这个命令常用在Detach Curves、以及吸附到点上nCut Curve：曲线的剪切nInsert Knot：曲线上插入节点curveedit3.avi40四、NURBS建模n2、曲线创建和编辑n曲线编辑nExtend Curve：包括线性延伸、圆弧延伸、插值延伸nOffset Curve：曲线偏移，偏移出的曲线与原曲线在同一平面内nReverse Curve Direction：改变曲线方向nRebuild Curve：重新构造曲线nSmooth Curves：构造出通过原CVs的最光滑的曲线curveedit4.avi41四、 NURBS建模n3、曲面创建和编辑n曲

16、面创建n历史n首先要说明的是，曲面创建中一个重要的概念历史（History）。当你用曲线创建曲面时，这个曲面就会生成结构历史。结构历史是创建物体时的行为纪录。可以利用历史来编辑曲面。删除曲线就删除了历史关系。history.avi42四、 NURBS建模n3、曲面创建和编辑n曲面创建n菜单43四、 NURBS建模n3、曲面创建和编辑n曲面创建nRevolve：用曲线创建回转面。可以定义回转轴。曲线、曲面元素、曲面上的曲线均可以被旋转。这是创建对称模型经常使用的办法。如汽车轮胎，方向盘等。nLoft：放样。由两条或两条以上曲线，或曲面上的曲线元素创建曲面。源曲线被曲面包含。44四、 NURBS建

17、模n3、曲面创建和编辑n曲面创建nPlaner：用封闭曲线创建以此曲线为边界的曲面。nExtrude：使剖面曲线沿着路径曲线移动而创建曲面。n参数设置对话框1、Distance是沿着曲线形成一个带状面；2、Flat创建曲面时，剖面曲线方向不变；3、Tube剖面曲线方向随路径曲线变化。surface1.avi45四、 NURBS建模n3、曲面创建和编辑n曲面创建nBirail：围栏工具。沿着两条轨道曲线和一条搭在这两条轨道上的曲线（剖面曲线）创建一个沿轨道的曲面。n注意：剖面曲线必须和轨道曲线相交。n先选取剖面曲线，后选取两条轨道曲线。nBoundary：由3个或4条曲线创建一个三边或四边的曲面

18、。n注意：不同的顺序选取曲线会有不同的效果。nSquare: 由3个或4条曲线创建一个三边或四边的曲面。n要求首尾相交。surface1.avi46四、 NURBS建模n3、曲面创建和编辑n曲面创建nbevel工具n要生成一个漂亮的三维文字，或者钣金件的折边，最有效的工具就是bevel工具。它在surface菜单的最下面。47四、 NURBS建模n3、曲面创建和编辑n曲面创建nbevel工具的选项:48四、 NURBS建模n3、曲面创建和编辑n曲面创建nbevel选项:49四、 NURBS建模n3、曲面创建和编辑n曲面创建nbevel corners选项:50四、 NURBS建模n3、曲面创建

19、和编辑n曲面创建nbevel cap edge选项:surface3.avi51四、 NURBS建模n3、曲面创建和编辑n曲面编辑n菜单52四、 NURBS建模n3、曲面创建和编辑n曲面编辑nProject Curve On Surface：在一个或一组曲面上投影复制一条或一组曲线。结果是产生curves on surface (或修剪曲线 trim curves)。nIntersect Surfaces：曲面相交。结果是产生修剪曲线 trim curves。53四、 NURBS建模n3、曲面创建和编辑n曲面编辑nTrim Tool和Untrim Surfaces：修剪曲面功能和撤销修剪。Tr

20、im命令的关键在于修剪曲线的选取或创建。n修剪曲线的选取或创建一般有一下方法：1、用Project Curve On Surface命令创建curves on surface；2、选取一个曲面，然后选取Modify/Make Live命令，再选取曲线工具，直接在面上画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、曲面创建和编辑n曲面编辑nNURBS模型的倒角n NURBS模型的倒角可以由两个命令来完成：55四、 NURBS建模n3、曲面创建和编辑n曲面编辑nNURBS模型的倒角n Round Tool56四、 NURBS建模n3、曲面创建和编辑n曲面编辑nNURBS模型的倒角n Surface Fillet57四、 NURBS建模n3、曲面创建和编辑n曲面编辑nNURBS模型的倒角n Surface Filletsurfaceedi