第6讲 参数化特征化造型方法

关于参数化造型方法与变量化造型方法的对比参数化造型方法和变量化造型方法是在数字几何处理中常用的两种技术。

虽然它们的目标相同，即使用数学函数来生成复杂的形状，但它们的实现方式和应用场景略有不同。

参数化造型方法是通过在数学函数中添加参数来控制形状的生成。

在这种方法中，形状的生成是通过调整参数值来实现的。

这些参数可以是数值、布尔值或离散值，它们影响生成的形状的几何特征，如大小、形状和纹理等。

参数化造型方法的优点是灵活性高，可以通过调整参数值来生成不同的形状。

此外，它还可以被用于动态生成形状，例如通过改变参数值来创建动画效果。

然而，参数化造型方法的缺点是参数的选择和调整通常比较困难，需要一定的数学和几何知识。

同时，参数化造型方法也可能导致形状的过度生成，因为形状的生成完全依赖于参数的值。

相比之下，变量化造型方法是通过将形状的生成过程分解为一系列独立的变量来实现的。

每个变量代表形状的一部分或特征，如顶点位置、边界曲线和纹理等。

通过在不同的变量上应用特定的算法和运算，可以生成具有复杂结构和纹理的形状。

变量化造型方法的优点是可控性强，可以分别调整每个变量来生成想要的形状。

此外，它还可以通过增加或减少变量的数量来改变形状的复杂程度。

缺点是变量化造型方法需要设计和实现各种变量和算法，需要具备较高的编程和数学能力。

同时，它也可能导致生成的形状缺乏统一性，因为每个变量的生成都是独立的。

综上所述，参数化造型方法和变量化造型方法都是数字几何处理中常用的技术。

它们的选择取决于具体的需求和应用场景。

参数化造型方法适用于需要生成连续性形状的场景，而变量化造型方法适用于需要生成离散性形状的场景。

无论选择哪种方法，都需要具备相应的数学和编程能力来实现和调整形状的生成。

1．1 参数化造型概念参数化造型是在20世纪80年代末得到显著发展的一种计算机辅助设计方法。

CAD的用户通常认为所有的CAD系统都有相似的造型技术。

有这种观念的用户觉得学习不同CAD 系统的关键就是适应相似的CAD命令。

这种说法在二维CAD用户首次学习参数化造型应用软件时就不完全正确了，虽然在参数化造型系统中也可以发现在一般二维CAD软件里使用的相似命令，而且这些命令在参数化造型系统里也会像二维CAD软件那样使用。

下面是普通二维CAD软件和Pro／ENGINEER通用的部分命令的列表。

●直线(直线)选项只在Pro／ENGINEER的草绘模块(或环境)里作为截面绘图工具。

在二维的CAD软件里，可以通过使用坐标(如绝对坐标、相对坐标和极坐标)来得到精确长度和角度的直线。

Pro／ENGINEER不需要输入物体的精确尺寸，可以在完成特征的几何图形布局后定义特征的尺寸。

●圆和(直线)选项一样，（圆）选项也只能在Pro／ENGINEER的绘制环境里使用。

绘制草绘时精确的圆的尺寸是不重要的。

●圆弧和[直线]及[圆]选项一样，[圆弧]选项只能用在Pro／ENGINEER的绘制环境里。

Pro ／ENGINEER的[圆弧]命令包括了[圆角]命令，用来在两个几何图元间产生圆形过渡。

●删除[删除]命令可以用在Pro／ENGINEER的各个模块里。

在绘制环境里，[删除]命令用来删除几何图元，如直线、圆弧和圆等。

在零件模块里，[删除]命令用来删除零件的特征。

在组件模块中，[删除]命令可以用来删除零件上的特征和装配体中的零件。

●偏距[偏距]选项可以在Pro／ENGINEER的各个模块里找到。

在绘制环境里，可以将存在的零件特征偏距生成几何图形。

另外，零件模块和组件模块里的平面也可以偏距生成新的基准面。

●裁剪[裁剪]命令用在Pro／ENGINEER的绘制环境里。

相交的几何图元体可以在相交处修剪。

●镜像[镜像]选项可用在Pro／ENGINEER的草绘和零件模块里。

犀牛参数化建模基本操作方法犀牛软件是一种3D建模软件，使用参数化建模方法可以使得模型的形状和尺寸能够通过改变参数来灵活调整。

以下是犀牛软件中的基本参数化建模操作方法：1. 创建基本几何体：首先，在犀牛软件中选择合适的基本几何体，如球体、立方体、圆柱体等，创建一个原始模型作为基础。

2. 转换类型：通过一系列的转换操作，可以将基本几何体转换成其他复杂形状。

例如，可以使用平移、旋转、缩放等操作方法对基础几何体进行转换。

3. 使用曲线和曲面：在犀牛软件中，可以通过曲线和曲面来创建更加复杂的形状。

可以使用曲线工具绘制出所需的曲线形状，并使用曲面工具来创建曲面，并将曲线进行放样、拉伸、旋转等操作。

4. 参数化控制：在犀牛软件中，可以为模型中的各个部分添加参数，以便在后续的调整中能够灵活地改变模型的形状和尺寸。

例如，可以添加参数来控制模型的长度、宽度、高度等，通过改变参数的值来调整模型的尺寸。

5. 调整模型：通过在犀牛软件中调整参数的值，可以实时地改变模型的形状和尺寸。

可以通过鼠标拖动参数滑块或者手动输入数值来改变参数的值，从而实现模型的形状调整。

6. 添加约束：在犀牛软件中，可以添加约束来限制模型的一些属性。

例如，可以添加关系约束来确保模型的各个部分保持相对位置不变，或者添加数值约束来限制参数的范围。

7. 参数化关联：可以使用参数化关联方法来使得模型中的各个部分之间相互关联。

例如，可以通过定义参数之间的关系来实现模型中的一部分随着另一部分的变化而实时更新。

通过以上的参数化建模基本操作方法，可以在犀牛软件中灵活地进行模型的设计和调整，使得模型的形状和尺寸可以快速改变，提高了建模的效率和灵活性。

第一章 参数化特征造型基础1.1 绪论UG NX软件是一个集成化的CAD/CAE/CAM系统软件，它为工程设计人员提供了非常强大的应用工具，这些工具可以对产品进行设计（包括零件设计和装配设计）、工程分析（有限元分析和运动机构分析等）、工程图绘制、数控加工程序编制等，同时还提供了很多面向专业的应用工具（例如注塑模、钣金设计等）。

随着UG NX版本的不断更新和功能的不断扩充，UGNX软件的集成化、可视化、网络化、智能化、专业化功能都得到了很大发展。

在集成化方面提高了CAD/CAE/CAM的集成度；在可视化方面为用户提供了更加方便的操作界面，使得用户能够快速掌握UG NX的使用；在网络化方面提供了支持协同设计的网络环境下的产品设计，例如基于WEB的Netmeeting（【工具】→【合作】→【连接到Netmeeting】）；在智能化方面提供了基于知识的设计语言和模块，例如KF编程；在专业化方面给用户提供了更多的面向专业应用领域的设计向导和工具，例如各种模具设计模块（冷冲模、注塑模等）、钣金加工模块等。

虽然UG NX在发展过程中不断推出新版本，功能也在不断增加和更加强大，但是由于企业的行业特点和专业不同，新的需求范围广，需要一些专业化、个性化的功能和工具，而UG NX是一个面向机械行业的通用CAD/CAE/CAM软件，因此需要在此基础上进行二次开发才能满足实际的需要。

UG NX每次的版本升级都代表了当时先进制造技术的发展前沿，很多新的设计方法和理念都能很快地在版本中反映出来。

例如在并行工程中强调的几何关联设计、在网络环境下的协同设计等都是这些先进方法的体现。

从二次开发的角度讲，新版本的API函数的变化不大，。

所以本书提供的说明仍然可以应用于以后的发展版本。

从企业应用的角度讲，应该遵从如下原则：应尽可能直接使用UG NX的已有功能，如不能满足要求，应首先选择定制开发的方式，只有在上述情况都不能满足的情况下才应进行二次开发，以减少企业专用软件的开发成本和以后的维护成本。

几何参数化建模方法=============概述--几何参数化建模方法是广泛应用于计算机图形学、计算机视觉和机器学习等领域的一种建模方法。

它通过将几何形状表示为参数化方程的形式，实现对复杂形状的建模、分析和处理。

本文将详细介绍参数化建模和参数化技术的概念、方法和应用。

参数化建模------参数化建模是指将一个几何形状表示为参数的函数形式，其中参数可以是几何变量（如角度、长度等）或其他非几何变量（如时间、频率等）。

通过这种方式，我们可以将一个复杂形状表示为一个简单的参数函数，从而实现对形状的解析和操作。

在参数化建模中，常用的方法包括：1. 欧氏坐标系：将形状表示为欧几里得空间中的点集，通过坐标变换实现对形状的操作。

2. 极坐标系：将形状表示为极坐标系下的点集，通过极径、极角等参数实现对形状的描述。

3. 球坐标系：将形状表示为球坐标系下的点集，通过球心、半径和方位角等参数实现对形状的描述。

4. 参数曲面：通过定义一组控制点，并使用插值方法构建一个曲面，实现对形状的建模。

5. 隐式函数：通过定义一个隐式函数，将形状表示为函数值的等值线或等值面。

参数化技术------参数化技术是指通过参数化方程来描述和操作几何形状的一组技术。

参数化方法可以分为两大类：全局参数化和局部参数化。

全局参数化是指在整个几何形状上进行参数化，常用的方法包括：1. 均匀B样条（Uniform B-splines）：通过定义一组控制点，并使用插值方法构建一个曲面，实现全局参数化。

2. 非均匀B样条（Non-uniform B-splines）：与均匀B样条类似，但控制点的间距可以不相等，实现更加灵活的全局参数化。

3. 三角片映射（Triangle maps）：将几何形状映射到一组三角片上，从而实现全局参数化。

局部参数化是指仅在形状的局部区域进行参数化，常用的方法包括：1. 切线空间（Tangent space）：通过定义切线空间中的一组基向量，实现局部参数化。

关于参数化造型方法与变量化造型方法的对比一：参数化造型1）概述：参数化设计（Parametric）设计（也叫尺寸驱动Dimension-Driven）是CAD技术在实际应用中提出的课题，它不仅可使CAD系统具有交互式绘图功能，还具有自动绘图的功能。

目前它是CAD技术应用领域内的一个重要的、且待进一步研究的课题。

利用参数化设计手段开发的专用产品设计系统，可使设计人员从大量繁重而琐碎的绘图工作中解脱出来，可以大大提高设计速度，并减少信息的存储量。

2）基本特点：参数化造型是由编程者预先设置一些几何图形约束，然后供设计者在造型时使用。

与一个几何相关联的所有尺寸参数可以用来产生其它几何。

其主要技术特点是：基于特征、全尺寸约束、尺寸驱动设计修改、全数据相关。

基于特征：将某些具有代表性的平面几何形状定义为特征，并将其所有尺寸存为可调参数，进而形成实体，以此为基础来进行更为复杂的几何形体的构造；全尺寸约束：将形状和尺寸联合起来考虑，通过尺寸约束来实现对几何形状的控制。

造型必须以完整的尺寸参数为出发点（全约束），不能漏注尺寸(欠约束)，不能多注尺寸(过约束)；尺寸驱动设计修改：通过编辑尺寸数值来驱动几何形状的改变；全数据相关：尺寸参数的修改导致其它相关模块中的相关尺寸得以全盘更新。

采用这种技术的理由在于：它彻底克服了自由建模的无约束状态，几何形状均以尺寸的形式而牢牢地控制住。

如打算修改零件形状时，只需编辑一下尺寸的数值即可实现形状上的改变。

尺寸驱动已经成为当今造型系统的基本功能，无此功能的造型系统已无法生存。

尺寸驱动在道理上容易理解，尤其对于那些习惯看图纸、以尺寸来描述零件的设计者是十分对路的。

工程关系（Engineering Relationship）如：重量、载荷、力、可靠性等关键设计参数，在参数化系统中不能作为约束条件直接与几何方程建立联系，它需要另外的处理手段二：变量化造型1）概述：长期以来，变量化方法只能在二维上实现，三维变量化技术由于技术较复杂，进展缓慢，一直困扰着CAD厂商和用户。

参数化建模的方法步骤参数化建模是一种基于参数的建模方法，通过定义参数、建立参数关系、赋值、生成模型、验证、优化和导出等步骤，可以高效地创建符合需求的模型。

以下是对这些步骤的详细介绍：1. 确定参数：在建模之前，首先需要确定所需的参数，这些参数可以是几何形状、尺寸、材料属性等。

参数的选择应根据实际需求和模型的目的来确定。

2. 建立参数关系：参数之间应有一定的关系，例如几何约束、物理关系等。

通过定义这些关系，可以保证模型的真实性和准确性。

常见的参数关系包括尺寸关系、材料属性关系等。

3. 参数赋值：根据实际需求和数据，为参数赋予合适的值。

赋值时应考虑参数的取值范围和单位，确保模型的合理性和准确性。

4. 模型生成：根据参数关系和赋值，利用建模软件生成三维模型。

不同的软件可能具有不同的建模方法和工具，但基本原理是相似的。

5. 模型验证：在模型生成后，需要进行验证以确保其准确性和可行性。

验证的内容包括几何形状、尺寸、材料属性等是否符合实际需求和约束条件。

6. 优化模型：如果模型存在缺陷或需要进一步提高性能，需要进行优化。

优化的方法包括改进参数关系、调整参数值、增加或减少特征等。

通过优化可以获得更符合要求的模型。

7. 模型导出：根据实际需求，将模型导出为所需的格式。

常见的导出格式包括STEP、IGES等，这些格式可以用于后续的工程分析和制造等环节。

8. 模型应用：将导出的模型应用于实际工程中，如进行有限元分析、运动仿真等。

通过应用可以进一步验证模型的准确性和有效性。

以上是参数化建模的基本步骤，通过这些步骤可以建立满足各种需求的模型，并在工程领域发挥重要作用。

在实际操作中，根据具体情况可能需要调整和优化某些步骤。

试述非参数化设计与参数化特征造型设计的区别
非参数化设计和参数化特征造型设计是两种不同的设计方法。

非参数化设计是指在设计过程中不使用具体数值或参数进行设计，而是依靠设计师的直觉和经验进行设计。

在非参数化设计中，设计师主要借助感性的思维和创造力来创造独特的设计。

参数化特征造型设计是指在设计过程中使用具体的数值或参数进行设计。

在参数化特征造型设计中，设计师通过设置参数和限制条件来进行设计，通过不同的参数值和条件来生成不同的设计方案。

设计师可以根据需求对参数进行调整，从而实现设计的可变性和灵活性。

总的来说，非参数化设计注重设计师的直觉和创造力，适用于需要创新和独特性的设计任务；而参数化特征造型设计注重数值和参数的设定，适用于需要灵活性和可变性的设计任务。