家电产品的三维造型设计方法的研究
随着社会的进步，人们生活水平的不断提高，追求完善已成为时尚．人们对消费产品的要求已不仅仅满足于基本功能的完备，同时更注重外观的美感．家电产品在不断提高和完善其功能的同时，在外观造型上要求越来越高，多以复杂方式自由地变化的曲线曲面即所谓自由型曲线曲面组成．而这一类形状单纯用画法几何与机械制图是不能表达的．这就给家电产品的设计及制造带来了挑战．计算机技术和计算机图形学的不断发展，为人们提供了强有力的工具，三维CAD/CAM/CAE集成化软件被广泛应用于制造业．然而，要快速高质量地完成一个家电产品的造型设计，必须根据家电产品的特点，总结出一套建模方法和技巧．这样才能大大缩短设计周期，提高设计效率，满足客户对产品的各种特殊需求．
1掌握三维CAD造型的原理，充分了解应用软件中的造型方法
CAD的三维模型有三种，即线框、曲面和实体。早期的CAD系统往往分别对待以上三种造型。而当前的高级三维软件，例如UGII,PRO/E,EUCLID等则是将三者有机结合起来，形成一个整体，在建立产品几何模型时兼用线、面、体三种设计手段[1]。其所有的几何造型享有公共的数据库，造型方法间可互相替换，而不需要进行数据交换。此在进行产品造型时，必须首先充分了解应用软件中的各种造型方法，总结出造型方法的特点、相关参数及应用技巧，减少造型时的盲目性，便能快捷有效地获得满意结果。
1.1线框造型
线框造型可以生成、修改、处理二维和三维线框几何体。可以生成点、直线、圆、二次曲线、样条曲线等，又可以对这些基本线框元素进行修剪、延伸、分段、连接等处理，生成更复杂的曲线，线框造型的另一种方法是通过三维曲面的处理来进行，即利用曲面与曲面的求交，曲面的等参数线，曲面边界线，曲线在曲面上的投影，曲面在某一方向的分模线等方法来生成复杂曲线。实际上，线框功能是进一步构造曲面和实体模型的基础工具。在复杂的产品设计中，往往是先用线条勾划出基本轮廓，即所谓“控制线”，然后逐步细化，在此基础上构造出曲面和实体模型。1.2曲面造型
曲面造型分两种方法，一是由曲线构造曲面；二是由曲面派生曲面。（1）由曲线构造曲面
1)旋转曲面：一轮廓曲线绕某一轴线旋转某一角度而生成的曲面。
2)线性拉伸面：一曲线沿某一矢量方向拉伸一段距离而得到的曲面。
3)直纹面：在两曲线间，把其参数值相同的点用直线段连接而成的曲面。4)扫描面：截面发生曲线沿一条、二条或三条方向控制曲线运动，变化而生成的曲面。可根据各发生曲线与脊骨曲线的运动关系，把扫描面分为平行扫描曲面、法向扫描曲面和放射状扫描曲面。
5)网格曲面：由一系列曲线构成的曲面。根据构造曲面的曲线的分布规律，网格曲面可分为单方向网格曲面和双方向网格曲面。单方向网格曲面由一组平行或近似平行的曲线构成；而双方向网格曲面由一组横向曲线和另一组与之相交的纵向曲线构成。
6)拟合曲面：由一系列有序点拟合而成的曲面。
7)平面轮廓面：由一条封闭的平面曲线所构成的曲面。
8)二次曲面：椭圆面q_抛物面，双曲面等。
（2）由曲面派生曲面
1)等半径倒圆曲面：一定半径的圆弧段与两原始曲面相切，并沿着它们的交线方向运动而生成的圆弧型过渡面。
2)变半径倒圆曲面：半径值按一定的规律变化的圆弧段与两原始曲面相切，并沿它们的交线方向运动而生成的圆弧型过渡面。
3)等厚度偏移曲面：与原始曲面偏移一均匀厚度值的曲面。
4)变厚度偏移曲面：在原始曲面的角点处，沿该点曲面法矢量方向偏移给定值而得到的曲面。
5)混合曲面（桥接曲面）：在两个（或多个）分离曲面的指定边界线处，生成一个以指定边界为生成曲面的边界线，与所选周围原始曲面圆滑连接的中间曲面。
6)延伸曲面：在曲面的指定边界线处，按曲面的原有趋势（或某一给定的矢量方向）进行给定条件的曲面扩展而生成的曲面。
7)修剪曲面：把原始曲面的某一部分去掉而生成的曲面。
8)拓扑连接曲面：把具有公共边界线的两个曲面进行拓扑相加后的曲面。 1.3实体造型
（1）基本体素
1)拉伸体：一条封闭的曲线沿某一矢量方向拉伸一段距离而得到的实体，包括方体。
2)旋转体：一条封闭曲线绕某一轴线旋转某一角度而生成的实体。包括圆柱体、圆锥体、球体等。
3)扫描体：一条或多条封闭的截面曲线沿一条轨道按一定的规律运动而生成的实体。
4)等厚体：与原始曲面偏移给定厚度值而形成的实体。
5)缝合体：由一组封闭曲面缝合而成的实体。
6)倒圆体：在实体的棱线处，生成一个与该棱线处的两相邻表面相切的圆弧型过渡体。
7)倒角体：在实体的棱线处，生成一个给定角度和长度的倒角体。（2）工艺特征形体
包括凸台、凹腔、孔、键槽、螺纹、筋等。
（3）拓扑操作对体素进行并、交、差布尔运算及用曲面片体修剪体素而生成新的实体。
2对产品进行剖析，确定产品结构的主要特征和合理的建模顺序
有些家电产品看起来相当复杂，造型时感到无从下手，但只要能合理地对产品进行分解，确定产品结构的主要特征，分清哪些是基本特征（如配合面，保证产品外形轮廓的特征），哪些是构造特征（如面与面之间的过渡、凸台、凹腔、倒圆、倒角等）。首先从基本特征入手，保证重点，产生一合理的造型“基体”或称之为“毛坯”。在这“毛坯”上完成细节部分，如过渡面、局部凸台、凹腔、孔、筋条等。这样主次分明，先做什么，后做什么，问题就迎刃而解了。在造型时根据产品的主要结构建立特征曲线，通过拉伸、旋转等建立一个合理的“毛坯”，再采用布尔“并、交、差”运算，在实体之间合并、挖除、相交成型，同时还可以使用面片体作为“刀具”将“毛坯”实体剪切去除，以获得实体的外观形状。这也是在家电产品造型时最常用的造型方法。其关键在于如何建立高质量的面片体“刀具”，这将在曲面造型技巧一节中提及。在这里需提出的是：用以修剪、分割实体的曲面片“刀具”各边缘都应超出“毛坯”剪切截面边缘。此时可将原片体沿切面方向延伸，延伸片与原片体缝合后形成的较大片体即可作为“刀具”也可以重新作一较大的片体“刀具”。图1所示为某款手机充电器面盖。通过分析产品结构，按外轮廓做出图2所示毛坯，然后做面S1去剪毛坯，在此基础上长凸台B1,挖凹腔P1、P2,长两定位钉B2,最后做倒圆特征S2。图1充电器面盖图2毛坯图
3曲面造型技巧
家电产品的外观形状多由自由型曲线曲面组成，其共同点是必须保证曲面光顺。曲面光顺从直观上可以理解为保证曲面光滑而且圆顺，不会引起视觉上的凸凹感，从理论上是指具有二阶几何连续，不存在奇点与多余拐点，曲率变化较小以及应变能较小等特点。要保证构造出来的曲面既光顺又能满足一定的精度要求，就必须掌握一定的曲面造型技巧。
3.1化整为零，各个击破
用一张曲面去描述一个复杂的家电产品外形是不切实际和不可行的，这样构造的曲面往往会不光顺，产生大的变形q_这时可根据应用软件曲面造型方法，结合产品的外形情况，将其划分为多个区域来构造几张曲面，然后将其缝合，或用过渡面与其连结。当今的三维CAD系统中的曲面几乎都是定义在四边形域上。因此，在划分区域时，应尽量将各个子域定义在四边形域内，即每个子面片都具有四条边。而在某一边退化为点时构成三角形域，这样构造的曲面也不会在该
点处产生大的变形。
3.2建立光顺的曲面片控制线
曲面的品质与生成它的曲线即控制线有密切关系。因此，要保证光顺的曲面，必须有光顺的控制线。曲线的品质主要考虑以下几点：①满足精度要求；②曲率主方向尽可能一致；③曲线曲率要大于将做圆角过渡的半径值。在建立曲线时，利用投影、插补、光顺等手段生成样条曲线，然后通过其“曲率梳”的显示来调整曲线段函数次数、迭代次数、曲线段数量、起点及终点结束条件、样条刚度参数值等来交互式地实现曲线的修改达到其光滑的效果。有时通过线束或其它方式生成的曲面发生较大的波动，往往是因为构造样条曲线的U、V参数分布不均或段数参差不齐引起的。这时可通过将这些空间曲线进行参数一致性调整，或生成足够（视形状与精度而定）数目的曲线上的点，再通过这些点重新拟合曲线。在曲面片之间实现光滑连接时，首先要保证各连接面片间具有公共边，更重要一点是要保证各曲面片的控制线连接要光顺，这是保证面片连接光顺的必要条件。此时，可通过修改控制线的起点、终点约束条件，使其曲率或切矢在接点保证一致。
3.3将轮廓线删繁就简再构造曲面
我们看到的曲面轮廓往往是已经修剪过的，如果直接利用这些轮廓线来构造曲面，常常难以保证曲面的光顺性，所以造型时在满足零件的几何特点前提下，可利用延伸、投影等方法将3D轮廓线还原为2D轮廓线，并去掉细节部分，然后构造出“原始”曲面，再利用面的修剪方法获得曲面外轮廓。
3.4从模具的角度考虑
产品三维造型的最终目的是制造。家电产品零件大都由模具生产出来。因此，在三维造型时，要从模具的角度去考虑，在确定产品出模方向后，应检查曲面能否出模，是否有倒扣现象（即拨模角为负角），如发现有倒扣现象，应对曲面的控制线进行修改，重构曲面。这一点往往被忽略，却是非常重要的。
3.5曲面光顺评估
在构造曲面时，要随时检查所建曲面的状况，注意检查曲面是否光顺，是否扭曲，曲率变化情况等，以便及时修改。检查曲面光顺的方法可利用对构成的曲面进行渲染处理，即通过透视、透明度和多重光源等处理手段产生高清晰度的逼真性和观察性良好的彩色图像，再根据处理后的图像光亮度的分布规律来判断出曲面的光顺度。图像明暗度变化比较均匀，则曲面光顺性好，如果图像在某区域的明暗度与其它区域相比变化较大，则曲面光顺性差。另外，可显示曲面上的等高斯曲率线，进而显示高斯曲率的彩色光栅图像，从等高斯曲率线的形状与分布、彩色光栅图像的明暗区域及变化，直观地了解曲面的光顺性情况[2]。
4结束语
家电产品的CAD三维造型是整个产品设计过程中的重要环节。充分利用现代先进的CAD技术，不但可以辅助设计者完成其设计构思，减轻劳动强度，提高效率和精度，改善视觉效果，而且为后续的分析、模具设计、NC加工等奠定了基础。要高质量地完成家电产品的造型，通常是经过数次的反复，综合利用各方面的知识和经验，并掌握一定的造型方法和技巧。在实际操作中，不断发现问题，总结经验，在实践中提高。
第1章自由曲面设计 自由曲面设计（Free Style）功能模块提供使用方便的基于曲面的工具，用以创建符合审美要求的外形，其界面如图1-1所示。通过草图或数字化的数据，设计人员可以高效地创建任意的3D曲线和曲面，通过实时交互更改功能，可以在保证连续性规范的同时调整设计，使之符合审美要求和质量要求。为保证质量，该模块提供了大量的曲线和曲面诊断工具进行实时质量检查。该模块也提供了曲面修改的关联性，曲面的修改会传送到所有相关的拓扑上，如曲线和裁剪区域。 该模块提供强大的、使用方便的曲面工具，帮助设计者创建风格化外形，即使是临时用户也可以很容易地光顺和裁剪曲线和曲面。大量的面向企业的曲线和曲面诊断工具可以执行实时质量检查，以保证设计质量。 自由曲面优化模块扩展了CATIA自由曲面造型设计的外形和曲面造型功能，主要针对复杂的多曲面外形的变形设计。设计者可以像处理一个曲面片一样对多曲面进行整体更改，而同时保持每个曲面先前规定的设计品质。系统能够使一个设计和其他的几何元素（比如一个物理样机的扫描形状）匹配。为检验曲面的设计质量，用户可以实施一个虚拟展室，通过计算出的反射光线对曲面进行检查。 图1-1
1.1 曲线创建 自由曲面设计模块提供了多种建立和编辑曲线的方法，如空间曲线、曲面上曲线、投影曲线、桥接曲线、圆角造型和匹配曲线等。 1.1.1 空间曲线 空间曲线（3D curve）功能，是在空间的一系列点上建立样条线，或者在指南针的XY平面上建立样条线。打开附带光盘中“第1章自由曲面设计”目录下的文件3D Curve.CATPart，如图1-2所示。 图1-2 （1）在Curve Creation工具栏中单击“空间曲线”功能按钮，弹出如图1-3所示的3D curve对话框。 图1-3 （2）在对话框中的Creation type下拉列表框中选择一种建立曲线的方式。 Through points是选择一系列点，作为样条线上的点，如图1-4所示，建立的样条线通过所选择的点。
2011-2012年第一学期 《Pro/E三维造型》课程期末综合作业 题目：电脑摄像头的制作 班级：XXXXX 姓名：XXXXX 学号：XXXXX 电话：XXXXXXXX Email： 日期：
设计构思：本次设计实体为立式电脑摄像头，实体绘制过程中主要运用了拉伸、旋转特征，辅助以扫描、螺旋扫描、阵列、圆角、基准点、面等。特征设计中忽略了实体内部的镶嵌结构，以及弹簧、光学透镜镜片、电线、螺钉等结构。从工程实践来讲，该实体并不能用单个的零件来阐述，完成的prt文件只能代表摄像头外形特征，并不具有实际意义。 实物图片
模型截图 制作步骤与说明： 一、绘制头部： 【1】打开程序，先新建一个模型文件：点击系统工具栏里的“新建”图标，在弹出的“新建”对话框中保持默认值，单击“确定”按钮，进入零件设计界面。 【2】单击下拉菜单【插入】、【旋转】命令，或者直接单击特征工具栏中的“旋转工具” 的“定义”按钮，以绘制旋转截面。 【3】系统弹出“草绘”对话框，选择FRONT面为草绘平面，接收系统默认草绘方向， 单击“草绘”按钮，进入草绘工作状态。
【4】如图1所示：先绘制一条旋转轴线（图中竖直虚线），再绘制一个直径100的圆（圆心过旋转轴线），在剪切至图1所示。 图1 【5】单击草绘工具栏下面的按钮，系统回到零件设计模式。此时单击“预览”按钮，模型如图2所示： 图2
【6】接受默认值，单击按钮，完成曲面旋转特征。单击下拉菜单中的【文件】，【保存 副本】菜单命令，在新建名称中输入“qiuke”，保存。 【7】在模型树中选中“旋转1”，单击【编辑】、【实体化】，然后点击按钮，将上一步 得到的球壳实体化得到球。 二、绘制双耳： 【8】单击特征工具栏里的“基准平面工具”，选择RIGHT平面，偏移距离设置为45，新建一个基准平面；再在RIGHT平面另一边新建一个对称基准平面，名称分别为DTM1和DTM2。 【9】单击特征工具栏中的“拉伸”，选择“拉伸为实体”，以DTM1基准平面为草绘平面，绘制一个直径60的圆，单击完成草绘，拉伸实体参数分别为，单击得到实体局部切槽如图3所示。对切口进行倒圆角处理，圆角半径设为0.5。 图3 【10】重复上一步，以DTM2为基准，得到与步骤9对称的切口。如图4所示：
Pro/E 高级曲面建模实例 作者作者：：美雅设计在线 ——meiyadesign 会员会员，，论坛管理员 摘要：本文通过对两个具体实例操作的讲解本文通过对两个具体实例操作的讲解本文通过对两个具体实例操作的讲解，，阐明Pro/E 高级曲面建模的基本思路高级曲面建模的基本思路。。 关键词：Pro/E Pro/E Pro/E 曲面曲面曲面 ISDX ISDX ISDX 一、前言 因本人水平有限因本人水平有限，，理论上没有什么大的建树理论上没有什么大的建树，，现就一些实际的曲面构建题目写出我自己的解法曲面构建题目写出我自己的解法，，与大家一起探讨与大家一起探讨，，希望对大家有所帮助有所帮助，，共同进步共同进步！！ 版权声明版权声明：：本题目材料来自网络本题目材料来自网络，，但解法均为本人原创但解法均为本人原创，，如有雷同纯属巧合雷同纯属巧合，，欢迎转载欢迎转载，，转载请转载请保证教程的完整性和注明出处保证教程的完整性和注明出处保证教程的完整性和注明出处。。 二、知识准备 1. 主要涉及模块主要涉及模块：： Style （ISDX 模块模块）、）、）、高级曲面设计模块高级曲面设计模块 主要涉及概念主要涉及概念：： 活动平面活动平面、、曲面相切（G1连续连续））、曲面曲率连续（G2连续连续））、Style 中的平面曲线中的平面曲线、、自由曲线端点状态自由曲线端点状态（（相切相切、、法向法向、、曲率连续等连续等）） 2. 主要涉及命令主要涉及命令：： 高级曲面命令高级曲面命令（（边界曲面边界曲面）、）、）、曲线命令曲线命令曲线命令、、高级构面高级构面（（变截面扫描命令扫描命令））及Style 中的操作命令 三、实例操作 下面我们以美雅论坛题目下面我们以美雅论坛题目《《电饭煲看图造型题电饭煲看图造型题》》来进行讲述来进行讲述。。
proe曲面造型的基本思路 本文来自: 辅助论坛Proe教程作者: admin日期: 2010-7-4 23:34 阅读: 321 人打印收藏 曲面造型的基本思路,思路决定出路思路决定出路,思路乃成败之关键.世界知名的管理大师德鲁克 说 人不能改变环境，但可以改变思路；人不能改变别人，但可以改变自己；多一个思路，多一个出路； 思路决定出路，观念决定前途 ProE实体化建模思路实例视频详解 更多思路:https://www.doczj.com/doc/ec2556578.html,/search.php? 原帖地址：https://www.doczj.com/doc/ec2556578.html,/thread-172-1-1.html 1 前言 利用CAD/CAM软件进行三维造型是现代产品设计的重要实现手段，而曲面造型则是三维造型中的难点。我们在从事CAD/CAM培训的过程中发现，尽管现有的CAD/CAM软件提供了十分强大的曲面造型功能，但初学者面对众多的造型功能普遍感到无所适从，往往是软件功能似乎已经学会了，但面对实际产品时又感到无从下手。即使是一些有经验的造型人员，由于其学习过程中的问题，也常常在造型思路或功能使用上存在一些误区，使产品造型的正确性和可靠性打了折扣。 针对上述情况，本文从整体上讨论了曲面造型的一般学习方法，并举例介绍了曲面造型的一般步骤。 2 曲面造型的学习方法 面对CAD/CAM软件所提供的众多曲面造型功能，要想在较短的时间内达到学会实用造型的目标，掌握 正确的学习方法是十分必要的。 要想在最短的时间内掌握实用造型技术，应注意以下几点： （1）应学习必要的基础知识，包括自由曲线（曲面）的构造原理。这对正确地理解软件功能和造型思路是十分重要的，所谓“磨刀不误砍柴功”。不能正确理解也就不能正确使用曲面造型功能，必然给日后的造型工作留下隐患，使学习过程出现反复。其实，曲面造型所需要的基础知识并没有人们所想象的那么难，只要掌握了正确的讲授方法，具有高中文化水平的学员就能理解。（2）要针对性地学习软件功能。这包括两方面意思：一是学习功能切忌贪多，一个CAD/CAM 软件中的各种功能复杂多样，初学者往往陷入其中不能自拔。其实在实际工作中能用得上的只占其中很小一部分，完全没有必要求全。对于一些难得一用的功能，即使学了也容易忘记，徒然浪费时间；另一方面，对于必要的、常用的功能应重点学习，真正领会其基本原理和应用方法，做到融会贯通。（3）重点学习造型基本思路。造型技术的核心是造型的思路，而不在于软件功能本身。大多数CAD/CAM软件的基本功能大同小异，要在短时间内学会这些功能的操作并不难，但面对实际产品时却又感到无从下手，这是许多自学者常常遇到的问题。这就好比学射击，其核心技术其实并不在于
(1)绘制曲线如图1所示。 图1 绘制曲线 （2）单击“通过曲线组”按钮，打开如 图2所示的对话框，选择这5条曲线（红框内 的曲线）如图3所示。创建曲面1如图4所示。 图3 选择曲线 图4 创建曲面1 图2“通过曲线组”对话框
（3）选择下面的3条曲线，创建曲线组曲面如图5所示。 图5 创建曲面2 （4）选择上面的5条曲线，创建曲面3如图6所示。 图6 创建曲面3 （5）选择车尾上面的5条曲线，创建曲面4如图7所示。 图7 创建曲面4
（6）选择车尾部的5条曲线，创建曲面5如图8所示。 曲面3 曲面4 曲面1 曲面5 曲面2 图8 创建曲面5 （7）单击“桥接”按钮，打开“桥接”对话框如图9所示。先单击（侧面）按钮，去选择“曲面1”的右侧面，再单“第一侧面线串”按钮，再去选择“曲面2”，创建两曲面的连接，如图10所示。 侧面第一侧面线串 图9 “桥接”对话框 桥接曲面1
（8）用同样的方法，创建的桥接曲面2，如图11所示。 图11 创建桥接曲面2 （9）单击“截型体”按钮，打开如图12所示的“截型体”对话框。在对话框中单击 “圆角-hro”按钮，打开“截面”对话框如图13所示。选择“曲面3”的左边线，弹出如图14所示的对话框。 特别提醒： 在UG4、UG5中为“截型体”，但是在UG6以后的版本则 称之为“剖切曲面”按钮， 当使用该功能时，弹出的“剖切曲面”对话框如下图所示。
图12 “截型体”对话框 图13“截面”面对话框 图14 对话框“剖切曲面”对话框 然后，在视窗单击右键，分别选择右键菜单中的“渲染样式”|“着色”命令，显示如图15所示。 图15 着色显示 （10）选择车顶上的面，将其删除，结果如图16所示。
Pro/E高级曲面建模实例 一、前言 因本人水平有限，理论上没有什么大的建树，现就一些实际的曲面构建题目写出我自己的解法，与大家一起探讨，希望对大家有所帮助，共同进步！ 版权声明：题目来自https://www.doczj.com/doc/ec2556578.html,论坛，但解法均为本人原创，如有雷同纯属巧合。 二、知识准备 主要涉及模块： Style（ISDX模块）、高级曲面设计模块 主要涉及概念： 活动平面、曲面相切（G1连续）、曲面曲率连续（G2连续）、Style中的自由曲线/平面曲线/cos曲线、自由曲线端点状态（相切、法向、曲率连续等） 主要涉及命令： 高级曲面命令（边界曲面）、曲线命令及Style中的操作命令 三、实例操作 下面我们结合实际题目来讲述： 1. 题目一：带翅膀的飞梭，完成效果见图1： 图1 飞梭最终效果图
原始架构线如图2所示： 图2 飞梭原始架构线图 首先我们分析一下，先看效果图应该是一个关于通过其中心三个基准面的对称图形，那么从原始架构线出发，我们只要做出八分之一就可以了。很容易想到应该在中心添加于原有曲线垂直面上边界曲线，根据实际情况，我先进入Style中做辅助线，如图3所示： 图3 Style辅助线操作图 图3中标示1处选择绘制曲线为平面曲线（此时绘制的曲线在活动平面上，活动平面为图中网格状显示平面），标示2设置曲线端点处垂直于平面，标示3处设置曲线端点曲率连续。设置方法为，左键点击要设置的端点，出现黄色操纵杆，鼠标放于黄色操纵杆上，按住右键1秒钟以上便会出现菜单，如图4左图所示。
图4 绘制曲线操作图 设置时先选设置属性（相切、曲率连续等），再选相关联的曲面或平面（含基准平面），黄色操纵杆长短可调整，同时可打开曲率图适时注意曲率变化，如图4右图所示。有了图4辅助线后就可以做面了，此处我用高级曲面命令（boundaries），注意线的选取顺序，第一方向选取曲线1，2，第二方向选曲线3（如不能直接利用曲线选项选取，可用链选项，另一个选项也可自己尝试一下），见图5: 图5 构面时线的选取顺序图 如选择完边界直接完成，则生成的曲面并不满足要求，因此我们必须定义边界条件，如图6左图所示。 图6 曲面边界条件定义图
CAX|CAD|CAE|CAM|CAPP|PDM|PLM| 网址大全:https://www.doczj.com/doc/ec2556578.html, Pro/E高级曲面建模 摘要：本文通过对两个具体实例操作的讲解，阐明Pro/E高级曲面建模的基本思路。 关键词：Pro/E曲面ISDX 一、前言 因本人水平有限，理论上没有什么大的建树，现就一些实际的曲面构建题目写出我自己的解法，与大家一起探讨，希望对大家有所帮助，共同进步！ 版权声明：题目来自icax论坛，但解法均为本人原创，如有雷同纯属巧合。 二、知识准备 1主要涉及模块： Style（ISDX模块）、高级曲面设计模块 主要涉及概念： 活动平面、曲面相切（G1连续）、曲面曲率连续（G2连续）、Style中的自由曲线/平面曲线/cos曲线、自由曲线端点状态（相切、法向、曲率连续等） 2主要涉及命令： 高级曲面命令（边界曲面）、曲线命令及Style中的操作命令 三、实例操作
下面我们结合实际题目来讲述。 1. 1.题目一：带翅膀的飞梭，完成效果见图1： 图1飞梭最终效果图 原始架构线如图2所示：
图2飞梭原始架构线图 首先我们门分析一下，先看效果图应该是一个关于通过其中心三个基准面的对称图形，那么从原始架构线出发，我们只要做出八分之一就可以了。很容易想到应该在中心添加于原有曲线垂直面上边界曲线，根据实际情况，我先进入Style 中做辅助线，如图3所示： 图3Style辅助线操作图 图3中标示1处选择绘制曲线为平面曲线（此时绘制的曲线在活动平面上，活动平面为图中网格状显示平面），标示2设置曲线端点处垂直于平面，标示3处设置曲线端点曲率连续。设置方法为，左键点击要设置的端点，出现黄色操纵杆，鼠标放于黄色操纵杆上，按住右键1秒钟以上便会出现菜单，如图4左图所示。
家电产品的三维造型设计方法的研究 随着社会的进步，人们生活水平的不断提高，追求完善已成为时尚．人们对消费产品的要求已不仅仅满足于基本功能的完备，同时更注重外观的美感．家电产品在不断提高和完善其功能的同时，在外观造型上要求越来越高，多以复杂方式自由地变化的曲线曲面即所谓自由型曲线曲面组成．而这一类形状单纯用画法几何与机械制图是不能表达的．这就给家电产品的设计及制造带来了挑战．计算机技术和计算机图形学的不断发展，为人们提供了强有力的工具，三维CAD/CAM/CAE集成化软件被广泛应用于制造业．然而，要快速高质量地完成一个家电产品的造型设计，必须根据家电产品的特点，总结出一套建模方法和技巧．这样才能大大缩短设计周期，提高设计效率，满足客户对产品的各种特殊需求． 1掌握三维CAD造型的原理，充分了解应用软件中的造型方法 CAD的三维模型有三种，即线框、曲面和实体。早期的CAD系统往往分别对待以上三种造型。而当前的高级三维软件，例如UGII,PRO/E,EUCLID等则是将三者有机结合起来，形成一个整体，在建立产品几何模型时兼用线、面、体三种设计手段[1]。其所有的几何造型享有公共的数据库，造型方法间可互相替换，而不需要进行数据交换。此在进行产品造型时，必须首先充分了解应用软件中的各种造型方法，总结出造型方法的特点、相关参数及应用技巧，减少造型时的盲目性，便能快捷有效地获得满意结果。 1.1线框造型 线框造型可以生成、修改、处理二维和三维线框几何体。可以生成点、直线、圆、二次曲线、样条曲线等，又可以对这些基本线框元素进行修剪、延伸、分段、连接等处理，生成更复杂的曲线，线框造型的另一种方法是通过三维曲面的处理来进行，即利用曲面与曲面的求交，曲面的等参数线，曲面边界线，曲线在曲面上的投影，曲面在某一方向的分模线等方法来生成复杂曲线。实际上，线框功能是进一步构造曲面和实体模型的基础工具。在复杂的产品设计中，往往是先用线条勾划出基本轮廓，即所谓“控制线”，然后逐步细化，在此基础上构造出曲面和实体模型。 1.2曲面造型 曲面造型分两种方法，一是由曲线构造曲面；二是由曲面派生曲面。 （1）由曲线构造曲面 1)旋转曲面：一轮廓曲线绕某一轴线旋转某一角度而生成的曲面。 2)线性拉伸面：一曲线沿某一矢量方向拉伸一段距离而得到的曲面。 3)直纹面：在两曲线间，把其参数值相同的点用直线段连接而成的曲面。4)扫描面：截面发生曲线沿一条、二条或三条方向控制曲线运动，变化而生成的曲面。可根据各发生曲线与脊骨曲线的运动关系，把扫描面分为平行扫描曲面、法向扫描曲面和放射状扫描曲面。 5)网格曲面：由一系列曲线构成的曲面。根据构造曲面的曲线的分布规律，网格曲面可分为单方向网格曲面和双方向网格曲面。单方向网格曲面由一组平行或近似平行的曲线构成；而双方向网格曲面由 一组横向曲线和另一组与之相交的纵向曲线构成。 6)拟合曲面：由一系列有序点拟合而成的曲面。 7)平面轮廓面：由一条封闭的平面曲线所构成的曲面。 8)二次曲面：椭圆面q_抛物面，双曲面等。
1.前言 利用CAD/CAM软件进行三维造型是现代产品设计的重要实现手段，而曲面造型则是三维造型中的难点。尽管CAD/CAM软件提供了强大的曲面造型功能，然而初学者面对众多的造型功能依然感到无所适从，往往是软件功能已学会，但面对实际产品时仍感到无从下手。即使是有经验的造型工程师，也常常在造型思路或功能使用上存在误区，从而致使产品造型的正确性和可靠性不尽如人意。2 `. x& Y# q4 P& b 针对上述问题，笔者与大家一起探讨曲面造型的一般学习方法和基本思路。 2. 曲面造型的学习方法 面对CAD/CAM软件所提供的众多曲面造型功能，要想在较短的时间内达到学会实用造型的目标，掌握正确的学习方法是十分必要的。 学习过程中应注意下面几点： （1）学习必要的基础知识，包括自由曲线（曲面）的构造原理，这对正确理解软件功能和造型思路是十分重要的。所谓“磨刀不误砍柴功”，不能正确理解也就不能正确使用曲面造型功能，必然给日后的造型工作留下隐患。曲面造型所需要的基础知识并不难以掌握，只要掌握了正确的学习方法，普通文化水平的初学者都能理解并掌握。 （2）有针对性地学习软件功能。这包括两方面意思：一是学习功能切忌贪多，CAD/CAM 软件功能复杂多样，初学者往往陷入其中不能自拔，其实实际工作中能用得上的只占其中很小一部分，无需求全；对于一些难得一用的功能，即使学了也容易忘记，徒然浪费时间。另一方面，对于必要的常用的功能应重点学习，真正领会其基本原理和应用方法，做到融会贯通。 （3）重点学习造型基本思路。造型技术的核心是造型思路，而不在于软件功能本身。CAD/CAM软件的基本功能大多大同小异，要在短时间内学会这些功能的操作并不难，然而面对实际产品时却又感到无从下手，这是许多初学者遇到的问题。就好比学射击，其核心技术其实并不在于对某一型号枪械的操作一样，只要真正掌握造型的思路和技巧，无论使用何种CAD/CAM软件都能游刃有余。' L8 H* J8 Y0 L3 L* i6 [% D4 H （4）培养严谨的工作作风，切忌在造型学习和工作中“跟着感觉走”。造型的每一步骤都应有充分依据，不能凭感觉和猜测进行，否则后患无穷。& ~4 p% P9 q$ ^# O4 L 3. 曲面造型的基本思路( G' s/ n6 K! Y5 G/ {; T 曲面造型有三种应用类型：一是原创产品设计，由草图建立曲面模型；二是根据二维图纸进行曲面造型，即所谓图纸造型；三是逆向工程，即点测绘造型。这里介绍第二种类型实现步骤的两个阶段：, x# q# G3 j0 ^" j: D! ? 第一阶段是造型分析，确定正确的造型思路和方法。. Q! t( |1 W( e5 ^; E （1）在正确识图的基础上将产品分解成单个曲面或面组；0 ^& y8 Q8 r$ a# M& V) S （2）确定每个曲面的类型和生成方法，如直纹面、拔模面或扫略面等； （3）确定各曲面之间的联接关系（如倒角、裁剪等）和联接次序。以图1的产品图为例（为清晰起见，图纸仅给出了部分标注），可将其分解为图中所示的9个面或面组。其中面1为平面（由图纸标注确定）；面2、面3分别是两个半径为100和150的倒圆角面；面4、5是两个面组，即由俯视图部分轮廓线（A→B→C和D→E→F）生成的两度拔模面；面6是直线段GH生成的零度拔模面；面7是一个变截面的扫略面；产品顶部的凸台由一个扫略面（顶面8）和一个拔模面组（面9）组成。各面和面组之间由倒圆角联接，其中面7与面1、2、3之间的倒圆半径为15，而面4、5与顶面1、2、3之间的倒圆半径为10，因此在其间拐角处（I到A，J到F）有变半径（从15到10）倒角过渡。
吹风机设计实例 本节通过电吹风的造型设计，介绍自由曲面设计的综合应用，如图1所示。设计流程如图2。 图1 图2 1.1吹筒主体设计 （1）在自由曲面设计窗口中新建一个文件。 （2）单击“俯视图”按钮(Top View) ，将当前窗口切换到俯视视图。
（3）单击“空间曲线”(3D Curve)按钮，用控制点的绘制方式，绘制如图3所示的空间曲线。 图3 （4）在控制点上单击鼠标右键，在弹出的菜单中单击选项，弹出Turner对话框，调整上面建立的5个控制点的坐标，如图4所示。 图4
（5）用拉伸曲面功能，将上面建立的曲线拉伸成为曲面，如图5所示。 图5 （6）用控制点编辑功能，对拉伸曲面的控制点进行编辑，注意需要单 击辅助工具栏中的阶数按钮，将拉伸方向上的阶数改变为6，如 图6所示。 图6 （7）单击Control points对话框中的“对称”按钮，用指南针工具栏中的辅助工具，设定拉伸曲面的对称面，如图7所示，在Use the current plane对话框中单击按钮，建立对称平面。
图7 （8）选中如图8所示圆圈画出的4个控制点，单击Control points对话框中的和两个按钮，调整控制点的位置如图8所示。 图8 （9）按照同样的方法，调整另一端对应的4个控制点的位置，如图9所示。 在Control points对话框中单击OK按钮，完成控制点编辑。
图9 （10）再次用控制点编辑功能，如图10所示。 图10 用指南针工具栏中的辅助工具，将控制点的拉伸方向改变成为如图10所示 的方向。仍然单击对话框中的和两个按钮，选中所有的控制点，用Tuner对话框移动如图10所示的控制点，调整到图中所示的位置。
曲面造型及其应用前景 【摘要】本文介绍了计算机辅助几何设计和计算机图形学的一项重要内容——曲面造型。通过对其定义的叙述、参数的矢函数方法，具有一般性的曲面描述方法，由控制多边形设计曲线的新方法，B 样条，非均匀有理B样条等方法的简要回顾，初步了解了曲面造型这一概念。从图纸造型出发，具体分析了该类型的一般实现步骤。并从研究领域和表示方法两方面概括了曲面造型的现状与发展趋势。 【关键词】曲面造型；方法；步骤；现状；发展趋势 一、引言 曲面造型(Surface Modeling)是计算机辅助几何设计(Computer Aided Geometric Design,CAGD)和计算机图形学(Computer Graphics)的一项重要内容，主要研究在计算机图像系统的环境下对曲面的表示、设计、显示和分析。它起源于汽车、飞机、船舶、叶轮等的外形放样工艺，由Coons、Bezier等大师于二十世纪六十年代奠定其理论基础。如今经过三十多年的发展，曲面造型现在已形成了以有理B样条曲面(Rational B-spline Surface)参数化特征设计和隐式代数曲面(Implicit Algebraic Surface)表示这两类方法为主体，以插值(Interpolation)、拟合(Fitting)、逼近(Approximation)这三种手段为骨架的几何理论体系。 二、初步认识 1.曲面造型的定义 曲面造型是指在产品设计中对于曲面形状产品外观的一种建模方法，曲面造型方法使用三维CAD软件的曲面指令功能构建产品的外观形状曲面并得到实体化模型。在不同的三维软件比如ProE、UG、CATIA和Solidworks中所使用的指令有所差别，但基本的造型策略都是类似的。 2.对曲面造型的简要回顾 形状信息的核心问题是计算机表示，即要解决既适合计算机处理，且有效地满足形状表示与几何设计要求，又便于形状信息传递和产品数据交换的形状描述的数学方法。 1963年美国波音飞机公司的Ferguson首先提出将曲线曲面表示为参数的矢函数方法，并引入参数三次曲线。从此曲线曲面的参数化形式成为形状数学描述的标准形式。 1964年美国麻省理工学院的Coons发表一种具有一般性的曲面描述方法，给定围成封闭曲线的四条边界就可定义一块曲面。但这种方法存在形状控制与连接问题。 1971年法国雷诺汽车公司的Bezier提出一种由控制多边形设计曲线的新方法。这种方法不仅简单易用，而且漂亮地解决了整体形状控制问题，把曲线曲面的设计向前推
自由造型单元可以创建不规则的曲面，构图方式自由，故称自由造型。自由造型构图方式是透过移动控制点的方式来决定曲面或曲线的外形，与其他实体为主的单元的不同处，在于自由造型可以脱离实体的限制，由用户的主观意识来决定所要的外形。 自由曲面优化模块扩展了CATIA自由曲面造型设计的外形和曲面造型功能，主要针对复杂的多曲面外形的变形设计。设计者可以象处理一个曲面片一样对曲面进行整体更改，而同时保持每个曲面先前规定的设计品质。系统能够使一个设计和其他的几何元素匹配。为检验曲面的设计质量，用户可以实施一个虚拟展室，通过计算出反射光线对曲面进行检查。 2.1 进入自由曲面造型单元 打开CATIA软件后，在菜单栏中的开始菜单中选择形状模块，并单击FreeStyle单元，如图2.1所示，进入自由曲面造型单元。 图 2.1 自由曲面造型功能总览： 自由曲面造型单元共有八项主要的工具栏，可以在插入和工具菜单中找到，全部的工具栏请参考图2.2。插入工具栏所提供的功能主要用于曲面与曲线的创建和修改，工具菜单中所提供的功能主要为辅助用户的设计工作。
图 2.2 八项主要工具简介如下： . Curve Creation(曲Array线创建):可以 用各种条件创 建并修改曲 线。 . Surface Creation(曲Array面创建):可以 用各种条件创 建并修改曲 面。 . Shape Modification Array (外形修正)： 可以对曲面、 曲线的外形进 行修正。 . 修改操作)：可 以对曲线、曲
面等对象进行 修改。 . Shape Analysis(外 形分析)：可以 对曲面、曲线 进行间隙、曲 率、曲面品质、 距离误差等的 分析。 . Generic Tools(一般工Array具)：可以显示 曲面的几何状 态，改变指南 针方向。 . View Manipulation (自定义观察Array方式)：可以修 改屏幕的显示 比例，使用指 南针来移动视 角，变换前后 视角。 . FreeStyle Dashboard(自Array由造型辅助面 板)：建立与修 改曲面、曲线 时的辅助工 具。 2.2 曲线创建 曲线创建(Curve Creation）工具栏可以用来绘制曲线，提供数种方式，如：空间曲线(3D Curve)、曲面上的曲线(Curve on Surface)、投影曲线(Project Curve）、并可以利用已知曲线绘制新的曲线，如：桥接曲线(FreeStyle Blend
第四章自由风格曲面设计 CA TIA V5的自由风格外形设计是一个使用灵活、功能强大的曲面建模模块。它是一种基于修改曲面的特征网格，来控制所生成曲面形状的造型方法。因此，采用这种方法所构建的曲面具有很高的曲面光顺度和质量，非常适合于诸如汽车外形A级表面的造型设计等。该功能模块不仅提供了强有力的曲面生成与修改方法，而且还为曲面之间的匹配、拟合以及外形整体变形等高级编辑修改功能提供了丰富的工具。 CA TIA V5的自由风格外形设计由自由风格造型器（FreeStyle Shaper）、自由风格优化器（FreeStyle Optimizer）和基于曲线的自由风格造型器（FreeStyle Profile）组成。自由风格造型器为生成与修改曲面提供了丰富的手段。自由风格优化器为曲面的超级拟合和外形整体变形等高级修改功能提供了强有力的建模手段。 4.1 相关的图标菜单 CA TIA V5的自由风格曲面设计由以下几组图标菜单组组成：曲线生成图标菜单组（Curve Creation）、曲面生成图标菜单组（Surface Creation）、外形编辑图标菜单组（Shape Modification）、几何操作图标菜单组（Operations）、外形分析图标菜单组（Shape Analysis）和相关工具图标菜单组（Tools）。 4.1.1曲线生成图标菜单组（Curve Creation） 在曲线生成图标菜单组中为用户提供了以下生成三维曲线的工具，用这些工具生成的曲线，既可以用来编辑曲面（如切割曲面等），也可以用来直接生成曲面（如风格扫描曲面等）。 3D Curve 创建三维曲线 Curve on Surface 创建位于曲面上的曲线 Project Curve 创建投影曲线 FreeStyle Blend Curve 创建风格桥接曲线 Styling Corner 创建风格拐角 Match Curve 创建匹配曲线 4.1.2曲面生成图标菜单组（Surface Creation） 自由风格外形设计模块为用户提供了丰富的生成曲面工具，用这些工具不仅可以方便、快捷地生成简单的平面片、拉伸面、回转面等基本曲面，还可以生成风格扫描面、网格面等复杂曲面。这些曲面生成工具包括： Planar Patch 由二点创建平面片 3-Point Patch 由三点创建平面片 4-Point Patch 由四点创建面片 Geometry Extraction 从已有几何体中提取部分几何体 Revolve创建回转面 Extrude Surface 创建拉伸面 Offset 创建偏移面
曲面造型的基本思路 单岩谢龙汉 1 前言 利用CAD/CAM软件进行三维造型是现代产品设计的重要实现手段，而曲面造型则是三维造型中的难点。我们在从事CAD/CAM培训的过程中发现，尽管现有的CAD/CAM软件提供了十分强大的曲面造型功能，但初学者面对众多的造型功能普遍感到无所适从，往往是软件功能似乎已经学会了，但面对实际产品时又感到无从下手。即使是一些有经验的造型人员，由于其学习过程中的问题，也常常在造型思路或功能使用上存在一些误区，使产品造型的正确性和可靠性打了折扣。 针对上述情况，本文从整体上讨论了曲面造型的一般学习方法，并举例介绍了曲面造型的一般步骤。 2 曲面造型的学习方法 面对CAD/CAM软件所提供的众多曲面造型功能，要想在较短的时间内达到学会实用造型的目标，掌握正确的学习方法是十分必要的。 要想在最短的时间内掌握实用造型技术，应注意以下几点： （1）应学习必要的基础知识，包括自由曲线（曲面）的构造原理。这对正确地理解软件功能和造型思路是十分重要的，所谓“磨刀不误砍 柴功”。不能正确理解也就不能正确使用曲面造型功能，必然给日 后的造型工作留下隐患，使学习过程出现反复。其实，曲面造型所 需要的基础知识并没有人们所想象的那么难，只要掌握了正确的讲 授方法，具有高中文化水平的学员就能理解。 （2）要针对性地学习软件功能。这包括两方面意思：一是学习功能切忌贪多，一个CAD/CAM软件中的各种功能复杂多样，初学者往往陷 入其中不能自拔。其实在实际工作中能用得上的只占其中很小一部 分，完全没有必要求全。对于一些难得一用的功能，即使学了也容 易忘记，徒然浪费时间；另一方面，对于必要的、常用的功能应重 点学习，真正领会其基本原理和应用方法，做到融会贯通。 （3）重点学习造型基本思路。造型技术的核心是造型的思路，而不在于软件功能本身。大多数CAD/CAM软件的基本功能大同小异，要在 短时间内学会这些功能的操作并不难，但面对实际产品时却又感到 无从下手，这是许多自学者常常遇到的问题。这就好比学射击，其 核心技术其实并不在于对某一型号的枪械的操作一样。只要真正掌 握了造型的思路和技巧，无论使用何种CAD/CAM软件都能成为造 型高手。 （4）应培养严谨的工作作风，切忌在造型学习和工作中“跟着感觉走”，
============================== 家电产品的三维造型设计方法的研究 随着社会的进步，人们生活水平的不断提高，追求完善已成为时尚．人们对消费产品的要求已不仅仅满足于基本功能的完备，同时更注重外观的美感．家电产品在不断提高和完善其功能的同时，在外观造型上要求越来越高，多以复杂方式自由地变化的曲线曲面即所谓自由型曲线曲面组成．而这一类形状单纯用画法几何与机械制图是不能表达的．这就给家电产品的设计及制造带来了挑战．计算机技术和计算机图形学的不断发展，为人们提供了强有力的工具，三维CAD/CAM/CAE集成化软件被广泛应用于制造业．然而，要快速高质量地完成一个家电产品的造型设计，必须根据家电产品的特点，总结出一套建模方法和技巧．这样才能大大缩短设计周期，提高设计效率，满足客户对产品的各种特殊需求．
1掌握三维CAD造型的原理，充分了解应用软件中的造型方法CAD的三维模型有三种，即线框、曲面和实体。早期的CAD系统往往分别对待以上三种造型。而当前的高级三维软件，例如UGII,PRO/E,EUCLID等则是将三者有机结合起来，形成一个整体，在建立产品几何模型时兼用线、面、体三种设计手段[1]。其所有的几何造型享有公共的数据库，造型方法间可互相替换，而不需要进行数据交换。此在进行产品造型时，必须首先充分了解应用软件中的各种造型方法，总结出造型方法的特点、相关参数及应用技巧，减少造型时的盲目性，便能快捷有效地获得满意结果。 1.1线框造型 线框造型可以生成、修改、处理二维和三维线框几何体。可以生成 点、直线、圆、二次曲线、样条曲线等，又可以对这些基本线框元素
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/ec2556578.html, 基于UG曲面造型的方法与探究 作者：李丽红 来源：《商品与质量·学术观察》2013年第12期 摘要：利用UG软件进行三维造型是现代产品设计的重要实现手段，而曲面造型则是三维造型中的难点。我们在从事UG培训教学的过程中发现，尽管现有的UG软件提供了十分强大的曲面造型功能，但初学者面对众多的造型功能普遍感到无所适从，往往是软件功能似乎已经学会了，但面对实际产品时又感到无从下手。即使是一些有经验的造型人员，由于其学习过程中的问题，也常常在造型思路或功能使用上存在一些误区，使产品造型的正确性和可靠性打了折扣。针对上述情况，本文从整体上讨论了曲面造型的一般学习方法，介绍了曲面造型的一般步骤。 关键词：UG曲面造型 1、曲面造型的学习方法 面对UG软件所提供的众多曲面造型功能，要想在较短的时间内达到学会实用造型的目标，掌握正确的学习方法是十分必要的。 要想在最短的时间内掌握实用造型技术，应注意以下几点： （1）应学习必要的基础知识，包括自由曲线（曲面）的构造原理。这对正确地理解软件功能和造型思路是十分重要的，所谓“磨刀不误砍柴功”。不能正确理解也就不能正确使用曲面造型功能，必然给日后的造型工作留下隐患，使学习过程出现反复。其实，曲面造型所需要的基础知识并没有人们所想象的那么难，只要掌握了正确的方法，一般学生就能理解。 （2）要针对性地学习软件功能。这包括两方面意思：一是学习功能切忌贪多，一个UG 软件中的各种功能复杂多样，初学者往往陷入其中不能自拔。其实在实际工作中能用得上的只占其中很小一部分，完全没有必要求全。对于一些难得一用的功能，即使学了也容易忘记，徒然浪费时间；另一方面，对于必要的、常用的功能应重点学习，真正领会其基本原理和应用方法，做到融会贯通。 （3）重点学习造型基本思路。造型技术的核心是造型的思路，而不在于软件功能本身。大多数UG软件的基本功能大同小异，要在短时间内学会这些功能的操作并不难，但面对实际产品时却又感到无从下手，这是许多自学者常常遇到的问题。这就好比学射击，其核心技术其实并不在于对某一型号的枪械的操作一样。只要真正掌握了造型的思路和技巧，无论使用何种UG软件都能成为造型高手。 （4）应培养严谨的工作作风，切忌在造型学习和工作中“跟着感觉走”，在造型的每一步骤都应有充分的依据，不能凭感觉和猜测进行，否则贻害无穷。
第28卷第6期 Vol.28No.62007青岛理工大学学报Journal of Qingdao Technological University 建筑中自由曲面造型的理性构思 苏 毅,曾 坚 (天津大学建筑学院,天津300072) 摘 要:公众对建筑中的自由曲面造型多有“不理性”和“形式主义”的看法.通过对优秀曲面建筑 设计案例的分析,认为这些曲面造型背后,存有合理的构思,可弥补日益高密度化的城市环境,回 应比过去复杂的城市文脉,满足受力和其他物理方面的要求等.因此,建筑师们应放下观念上的包 袱,为设计更理性、更优雅、更经济的自由曲面造型做准备. 关键词:曲面建筑;理性构思;高密度城市环境 中图分类号:TU201 文献标志码:A 文章编号:1673—4602(2007)06—0058—04 曲面型建筑在我国源远流长,传统建筑中的屋面、翼角、檐口曲线已成为制度而历代相传.近年来又兴建了不少新的曲面建筑,如:国家大剧院、2008年奥运会主体育场、北京天文馆等.但不少人对当代自由曲面型建筑还不甚理解,有“不理性”与“形式主义”之议.这里面实际上多少有一点误会,因为这些曲面造型并非仅仅出于建筑师一时的灵感,而是有它产生的必然性.不少优秀的自由曲面造型是与环境、功能、结构等理性因素紧密结合的 . 图1 马岩松设计的曲面型公寓楼 图2 坂茂的梅斯(Metz )蓬皮杜中心分馆设计竞标方案1 曲面造型是对日益高密度化的都市 环境的一种弥补措施 当代大都市中心区具有超高的容积率,在这样的 “水泥森林”中建设,如何满足人对自然景观的需要就 成了建筑师所必需面对的问题. 荷兰人口密度非常高,荷兰建筑事务所MVRDV 把密度问题作为他们要处理的主要问题.就密度这个 专题,MVRDV 采用“数据可视化”手段,发表了《三公 里》(KM3)和《极限容积率》 (MAX FA R )等著作,还提出了“空间连续景观”等概念,旨在采用曲面型的楼板 和坡道打破水平分层的禁锢,创造三维的人工绿色环 境,其中一个例子是汉诺威世博会荷兰馆的设计[1].其 实,早在1967年,以色列建筑师萨夫迪(Mo she Safdie )在著名的“蒙特利尔67号住宅”方案设计中, 已经做过给每家分摊大阳台的尝试.不过,因为还没有 引入连续曲面楼板,这些“绿色大阳台”还只能呈零散、 孤立状态,效果就不如有三维连续景观道路的荷兰馆. 我国建筑师马岩松,最近在加拿大举办的一次国 际建筑竞赛中中标.此次竞赛的目的是评选出密西沙收稿日期:2007—04—16 基金项目:国家教育部博士点基金资助项目(20050056031);国家自然科学基金资助项目(50578106)
曲面造型的基本思路 1 前言 利用CAD/CAM软件进行三维造型是现代产品设计的重要实现手段，而曲面造型则是三维造型中的难点。我们在从事CAD/CAM培训的过程中发现，尽管现有的CAD/CAM 软件提供了十分强大的曲面造型功能，但初学者面对众多的造型功能普遍感到无所适从，往往是软件功能似乎已经学会了，但面对实际产品时又感到无从下手。即使是一些有经验的造型人员，由于其学习过程中的问题，也常常在造型思路或功能使用上存在一些误区，使产品造型的正确性和可靠性打了折扣。 针对上述情况，本文从整体上讨论了曲面造型的一般学习方法，并举例介绍了曲面造型的一般步骤。 2 曲面造型的学习方法 面对CAD/CAM软件所提供的众多曲面造型功能，要想在较短的时间内达到学会实用造型的目标，掌握正确的学习方法是十分必要的。 要想在最短的时间内掌握实用造型技术，应注意以下几点： （1）应学习必要的基础知识，包括自由曲线（曲面）的构造原理。这对正确地理解软件功能和造型思路是十分重要的，所谓“磨刀不误砍柴功”。不能 正确理解也就不能正确使用曲面造型功能，必然给日后的造型工作留下隐 患，使学习过程出现反复。其实，曲面造型所需要的基础知识并没有人们 所想象的那么难，只要掌握了正确的讲授方法，具有高中文化水平的学员 就能理解。 （2）要针对性地学习软件功能。这包括两方面意思：一是学习功能切忌贪多，一个CAD/CAM软件中的各种功能复杂多样，初学者往往陷入其中不能自 拔。其实在实际工作中能用得上的只占其中很小一部分，完全没有必要求 全。对于一些难得一用的功能，即使学了也容易忘记，徒然浪费时间；另 一方面，对于必要的、常用的功能应重点学习，真正领会其基本原理和应 用方法，做到融会贯通。 （3）重点学习造型基本思路。造型技术的核心是造型的思路，而不在于软件功能本身。大多数CAD/CAM软件的基本功能大同小异，要在短时间内学会这 些功能的操作并不难，但面对实际产品时却又感到无从下手，这是许多自 学者常常遇到的问题。这就好比学射击，其核心技术其实并不在于对某一 型号的枪械的操作一样。只要真正掌握了造型的思路和技巧，无论使用何 种CAD/CAM软件都能成为造型高手。 （4）应培养严谨的工作作风，切忌在造型学习和工作中“跟着感觉走”，在造型的每一步骤都应有充分的依据，不能凭感觉和猜测进行，否则贻害无穷。 3 曲面造型的基本步骤 曲面造型有三种应用类型：一是原创产品设计，由草图建立曲面模型；二是根据二维图纸进行曲面造型，即所谓图纸造型；三是逆向工程，即点测绘造型。这里介绍第二种类型的一般实现步骤。 图纸造型过程可分为两个阶段： 第一阶段是造型分析，确定正确的造型思路和方法。包括： （1）在正确识图的基础上将产品分解成单个曲面或面组。
第四章自由风格曲面设计 CATIA V5的自由风格外形设计是一个使用灵活、功能强大的曲面建模模块。它是一种基于修改曲面的特征网格，来控制所生成曲面形状的造型方法。因此，采用这种方法所构建的曲面具有很高的曲面光顺度和质量，非常适合于诸如汽车外形A级表面的造型设计等。该功能模块不仅提供了强有力的曲面生成与修改方法，而且还为曲面之间的匹配、拟合以及外形整体变形等高级编辑修改功能提供了丰富的工具。 CATIA V5的自由风格外形设计由自由风格造型器（FreeStyle Shaper）、自由风格优化器（FreeStyle Optimizer）和基于曲线的自由风格造型器（FreeStyle Profile）组成。自由风格造型器为生成与修改曲面提供了丰富的手段。自由风格优化器为曲面的超级拟合和外形整体变形等高级修改功能提供了强有力的建模手段。 4.1 相关的图标菜单 CATIA V5的自由风格曲面设计由以下几组图标菜单组组成：曲线生成图标菜单组（Curve Creation）、曲面生成图标菜单组（Surface Creation）、外形编辑图标菜单组（Shape Modification）、几何操作图标菜单组（Operations）、外形分析图标菜单组（Shape Analysis）和相关工具图标菜单组（Tools）。 4.1.1曲线生成图标菜单组（Curve Creation） 在曲线生成图标菜单组中为用户提供了以下生成三维曲线的工具，用这些工具生成的曲线，既可以用来编辑曲面（如切割曲面等），也可以用来直接生成曲面（如风格扫描曲面等）。 3D Curve 创建三维曲线 Curve on Surface 创建位于曲面上的曲线 Project Curve 创建投影曲线 FreeStyle Blend Curve 创建风格桥接曲线 Styling Corner 创建风格拐角 Match Curve 创建匹配曲线 4.1.2曲面生成图标菜单组（Surface Creation） 自由风格外形设计模块为用户提供了丰富的生成曲面工具，用这些工具不仅可以方便、快捷地生成简单的平面片、拉伸面、回转面等基本曲面，还可以生成风格扫描面、网格面等复杂曲面。这些曲面生成工具包括： Planar Patch 由二点创建平面片 3-Point Patch 由三点创建平面片 4-Point Patch 由四点创建面片 Geometry Extraction 从已有几何体中提取部分几何体 Revolve创建回转面 Extrude Surface 创建拉伸面 Offset 创建偏移面