三维实体结构的分析

三维数据结构及其分类姓名：班级：学号：日期：三维数据结构及其分类一、引言随着GIS理论的日趋成熟及其应用的不断拓展，其许多商业化的GIS软件的功能也逐渐完善。

但是绝大多数的商品化GIS软件包还只是在二维平面基础上对现实世界的实体及实体之间的关系的模拟和处理，而我们生活在三维的世界里，所涉及到的有关气象、水文、采矿、灾害、污染等方面的自然现象都是三维的，显然当我们仅仅用二维的方法和思路解释和处理三维问题时，就不能够精确地或正确地反映、存储、分析、处理和显示地理空间信息。

因此，为更逼真精确地描述现实三维世界，探讨和研究三维数据结构显得尤为重要。

二、三维数据结构数据结构是即数据的逻辑结构形式，我们所熟悉的是二维数据结构，从类别上分，二维数据结构包括矢量数据结构、栅格数据结构、矢量-栅格一体化数据结构等，这主要是依据其数据模型进行分类的，即栅格数据模型、矢量数据模型、面向对象数据模型等，这与我们通常先建立数据模型，再依据数据模型选用合适的数据结构对数据进行组织的思路是一致的。

通常我们所说的三维景观可视化和已经具有的2.5维表面建模都还不是真正意义上的三维，比如利用DEM数据建立的三维景观模型可视化，或者利用多属性的实体的某一属性作为第三维对平面图形进行三维显示等。

如利用v = f(x,y)表达一个二维系统，(x,y)是二维平面坐标，v是对应点的属性值，当v表示高程时，就可以表示数字高程模型。

但这里v受x,y变化的影响；而真正意义上的三维数据模型中，三维变量之间应是相互独立的。

也就是说，对于一个真正的三维数据模型，可以用V = f(x,y,z)来描述，其中z是自变量，不受x，y变化的影响，即(x,y,z)是在三维空间连续变化的。

总的来说，即是与二维相比，三维多出了一维，但仍然可以将二维的观点引入对三维的研究之中。

三维空间数据模型是人们对客观世界的理解和抽象，是建立三维空间数据库的理论基础。

三维空间数据结构是三维空间数据模型的具体实现，是客观对象在计算机中的底层表达，是对客观对象进行可视表现的基础。

第五章三维实体网格划分本章讲述三维实体网格划分。

包括三部份内容：●生成四面体网格零件：对实体指定线性或2次四面体网格。

●四面体网格填充器：通过从曲面网格生成四面体网格来对实体划分网格。

●扫描实体网格：通过从曲面网格生成六面体或楔形网格对实体划分网格。

5．1 生成3D零件网格本节说明如何利用四面体网格划分方式生成3D网格。

在【Generative Structural Analysis】（通用结构分析）工作台和【Advanced Meshing Tools】（高级网格划分工具）工作台都有本命令。

依照用户安装的产品不同，显示的选项是不同的：●【Generative Structural Analysis】（通用结构分析）或【FEM Surface】（曲面网格划分）系列产品。

●【FEM Solid】（有限元实体划分）系列产品。

5.1.1 【Generative Structural Analysis】（通用结构分析）或【FEM Surface】（曲面网格划分）系列产品在通常的用户中，一样安装的是第一种情形。

在这种设置下，不管是在通用结构分析工作台仍是高级划分工具工作台，概念3D网格的零件时，弹出的对话框只有两个选项卡。

（1）点击【Meshing Methods】（网格划分方式）工具栏内的【Octree Tetrahedron Mesher】（四面体网格划分器）按钮，如图5－1所示。

若是用户在【Generative Structural Analysis】（通用结构分析）工作台，那么需要点击【Model Manager】工具栏内的【Octree Tetrahedron Mesher】（四面体网格划分器）按钮，如图5－2所示。

图5－1【Octree Tetrahedron Mesher】（四面体网格划分器）按钮图5－2（2）在图形区选择要划分网格的实体零件。

选择后弹出【OCTREE Tetrahedron Mesh】（四面体网格划分器）对话框，如图5－3所示。

三维形的特性与分类三维形是指在三维空间中具有一定形状和结构的实体，它具有一些独特的特性和分类方式。

本文将探讨三维形的特性以及常见的分类方法。

一、特性1. 空间占据：三维形具有空间占据能力，它可以占据一定的体积并与周围环境相互区分。

2. 长宽高：与二维形不同，三维形具有三个尺度参数，即长度、宽度和高度。

这使它能够在三个方向上进行尺寸调整和测量。

3. 角度和曲率：三维形具有角度和曲率，可以呈现出直角、锐角、钝角，甚至呈现出复杂的曲面。

4. 表面特征：三维形的表面可以具有不同的特征，如平滑、粗糙、凹凸不平等，这些特征对其外观和质感产生影响。

5. 空间关系：三维形可以与其他三维形体建立空间关系，如相交、平行、垂直等，这些关系对于几何分析和建模非常重要。

二、分类1. 几何体分类：根据形状和结构的不同，三维形可以分为几何体类别，如球体、长方体、立方体、圆锥体等。

这些基本几何体有着明确的定义和特征，方便我们进行描述和研究。

2. 曲面分类：曲面是指在三维空间中呈现出曲线轮廓的形体。

根据曲面的特点和形状，可以将其分为平面、球面、圆柱面、锥面等。

3. 多面体分类：多面体是指由多个平面组成且相交于共线边的立体形体。

按照面的个数和构成方式的不同，多面体可以分为四面体、六面体、八面体等。

4. 拓扑分类：拓扑学研究的是空间形状的性质和变化。

根据拓扑学的理论，三维形可以分为简单形、复杂形、欧拉多面体等。

拓扑分类考虑的是形状的变化和连通性，不依赖于具体的尺寸和度量。

5. 表面特性分类：根据三维形的表面特性和性质，可以将其分类为光滑表面、粗糙表面、凹凸表面等。

这些特性与材料的质感和光线的反射有关，对于渲染和仿真具有重要的影响。

总结：三维形具有独特的空间属性和形状特征，它可以通过几何形状、表面特性、拓扑结构等方式进行分类。

了解三维形的特性和分类方法，有助于我们在设计、建模和渲染等领域进行更准确和有效的操作。

以上是关于三维形的特性与分类的讨论，希望能够对您有所帮助。

有限元软件应用第四章实体单元建模分析实体单元（SOLID）是三维单元，三维尺寸都通过几何建模赋予，适用于长、宽、高相当的零部件分析。

下图所示为一支座结构示意图，建立其几何模型并划分网格（图示长度单位为mm）1. 启动ANSYS并设立工作文件名称：Support2. 选择单元类型——SOLID92；定义材料属性：弹性模量及泊松比（钢材）。

3. 建立支座几何模型（1）选择Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes> Block>By Demensios命令，出现Create Block by Demensios对话框，按照左图所示输入坐标数值，单击OK按钮关闭该对话框，生成右图所示立方体。

命令流：BLOCK,-100,100,-198,198,0,30（2）调整模型视角a）选择Utility Menu>PlotCtrls>View Settings>Viewing Direction命令，出现Viewing Direction对话框，在XV,YV,ZV Coords of view point输入栏中分别输入1,1,1，其余选项采用默认设置，单击OK按钮关闭该对话框。

命令流：/VIEW,1,1,1,1b）选择Utility Menu>PlotCtrls>View Settings> Angle of Rotation命令,出现Angle of Rotation对话框，在THETA Angle in degrees输入栏中输入-90，在Axis Axis of rotation下拉菜单中选择Global Cartes X,其余选项采用默认设置，单击OK按钮关闭该对话框。

命令流：/ANGLE,1,-90,XM,0（3）按照（1）中的方法创建底座上需要切除的立方体，尺寸为：250×200×15。

三维实体的六层拓扑结构引言：在计算机科学和网络领域，拓扑结构指的是网络或系统中各个元素之间的连接方式和关系。

拓扑结构的不同类型决定了数据传输的方式和效率。

在三维实体中，拓扑结构同样起着重要的作用，它描述了实体的空间结构和组织方式。

本文将介绍三维实体的六层拓扑结构，包括点、线、面、体、组合体和结构体。

一、点：点是三维实体中最基本的元素，它没有长度、宽度和高度，只有位置坐标。

点代表了实体空间中的一个特定位置，可以用来表示物体的顶点、节点或关键点。

点之间没有连接关系，它们是孤立存在的。

二、线：线是由两个或多个点连接而成的路径，它有长度但没有宽度和高度。

线代表了实体中的边缘、轮廓或路径。

线连接了不同的点，使得实体的各个部分形成了联系。

三、面：面是由三个或多个线连接而成的平面，它有长度和宽度但没有高度。

面代表了实体中的表面、平面或界面。

面由不同的线围成，形成了实体的各个部分。

四、体：体是由四个或多个面连接而成的立体，它有长度、宽度和高度。

体代表了实体的实际物体或空间区域。

体由不同的面组成，形成了实体的整体结构。

五、组合体：组合体是由多个体组合而成的复杂结构，它由多个体按照一定的规则或关系组合在一起。

组合体可以是由相同类型的体组成的，也可以是由不同类型的体组成的。

组合体可以代表实体中的部分结构或整体结构。

六、结构体：结构体是由多个组合体或结构体组合而成的更复杂结构，它由多个组合体按照一定的规则或关系组合在一起。

结构体可以代表实体中的更复杂的部分结构或整体结构。

结构体可以由相同类型的组合体或结构体组成，也可以由不同类型的组合体或结构体组成。

总结：三维实体的六层拓扑结构包括点、线、面、体、组合体和结构体。

点是最基本的元素，线连接了不同的点，面由不同的线围成，体由不同的面组成。

组合体是由多个体组合而成的复杂结构，而结构体是由多个组合体或结构体组合而成的更复杂结构。

这六层拓扑结构描述了三维实体的空间结构和组织方式，对于实体的建模、分析和设计具有重要意义。

有限元分析实验报告有限元分析实验报告一、实验基本要求根据实验指导书的要求能够独立的使用ANSYS 软件操作并在计算机上运行，学会判断结果及结构的分析，学会建立机械优化设计的数学模型，合理选用优化方法，独立的解决机械优化设计的实际问题。

二、实验目的1. 加深对机械优化设计方法的理解2. 掌握几种常用的最优化设计方法3. 能够熟练使用ANSYS 软件操作，培养学生解决案例的能力4. 培养学生灵活运用优化设计方法解决机械工程中的具体实例三、实验软件及设备计算机一台、一种应用软件如ANSYS四、实验内容实验报告例题实训1——衍架的结构静力分析图2-2所示为由9个杆件组成的衍架结构，两端分别在1，4点用铰链支承，3点受到一个方向向下的力F y , 衍架的尺寸已在图中标出，单位： m。

试计算各杆件的受力。

其他已知参数如下: 弹性模量（也称扬式模量）E=206GPa；泊松比μ=0.3；作用力F y =-1000N；杆件的2横截面积A=0.125m.一、 ANSYS8.0的启动与设置图2-2 衍架结构简图1．启动。

点击：开始>所有程序> ANSYS8.0> ANSYS ，即可进入ANSYS 图形用户主界面。

图2-4 Preference 参数设置对话框2．功能设置。

电击主菜单中的“Preference ”菜单，弹出“参数设置”对话框，选中“Structural ”复选框，点击“OK ”按钮，关闭对话框，如图2-4所示。

本步骤的目的是为了仅使用该软件的结构分析功能，以简化主菜单中各级子菜单的结构。

3．系统单位设置。

由于ANSYS 软件系统默认的单位为英制，因此，在分析之前，应将其设置成国际公制单位。

在命令输入栏中键入“/UNITS，SI ”，然后回车即可。

（注：SI 表示国际公制单位）二单元类型，几何特性及材料特性定义1．定义单元类型。

2．定义几何特性。

3．定义材料特性。

三衍架分析模型的建立1．生成节点。

三维建模方案分析1 矢量数据生成建模建筑物可以看作屋顶面和各个铅直外墙面的组成。

在已知区域边界坐标和房屋高的参数下，可直接构造房屋的铅直外墙面，并按照一定的顺序剖分为三角网，保证其法向量向外；屋顶平面则通过边界多边形的三角剖分来构造，保证其法向量向上。

房屋的基准高通过查询DEM 地形数据得到。

要求模型（含建筑、道路和高架桥等）结构相似，可从地形图上直接提取相关属性建模，勾勒轮廓线，基本忽略细节，贴仿真纹理，即该类型建筑的通用纹理，不追求与真实情况完全一致。

2 软件建模软件建模就是人工外业采集拍照，内业通过一些模型制作软件（如：3dsmax、maya 等），以多方面数据为依据（如：照片、图纸等），手工建立模型数据。

这种数据的特点是模型结构准确，外观美观；可以根据应用精度来自用控制模型的数据量；可维护性比较高。

但制作的周期比较长。

比较适合高精度、高美观度、密集度较低的场合使用。

1）获取准确的建筑位置及外观数据首先，将地形图中的建筑外轮廓线提取出来，并进行整理。

以确定建筑的真实地理位置和大致外形轮廓。

2）将数据转换为模型制作软件的可用数据。

将数据转换为模型制作软件可以识别的格式，女口：AutoCAD的dwg和dxf 格式；并导入到模型制作软件中。

3）在模型制作软件中建立模型结构。

三维模型的搭建主要是指手工建模的部分，建模之前根据现有采集的，经过整理和编号的照片，以及甲方提供的资料（如cad,航拍影像等），对建筑的级别进行划分，针对每个级别进行不同精度的模型搭建。

依据模型的外轮廓线建立模型的大体结构。

然后参考照片和建筑的结构图，分别建立建筑的各个结构。

基本上分为三个等级：一级模型：0.5 米以上的凹凸特征要建模表现，这类建筑主要是指重点区域，城市主干道两侧建筑、一些经济、文化、体育，大型公建和知名历史意义的重点建筑或建筑群，（例：大型体育场馆、大剧院、会展中心、规划馆博物馆、展览馆、机场、五星级以上宾馆酒店、具有城市代表性建筑、重要古建）。

三维实体建模与FDM打印质量关系要点分析【摘要】本文从模型设计的角度出发，先分析了FDM打印技术原理以及特点，结合工作实际探讨了建模获取实体模型与FDM打印之间的关系，并且阐述了相关工作要点，旨在从根源上提高FDM打印质量和精度，保证设计效果。

【关键词】三维实体模型；FDM打印；尺寸从上个世纪八十年代开始，3D打印技术便在人们生活、生产中得到广泛的应用，特别是FDM打印技术的成熟，更是为社会各行业发展带来了新的基础，有着成本低、速度快、效率高、设备简单的优势。

FDM打印是一种低熔点丝材加热至熔融之后，通过喷嘴按照模型轮廓在工作平台上进行堆积，直到完成整个工件打印的一种现代化技术。

目前FDM打印工作重点在于如何保证尺寸精度、提高表面质量、增强结构硬度等。

数字三维模型作为FDM打印的源头，是获取整个打印参数的第一步，如果能从根源上进行严格控制和打印，势必会提高打印效率，起到事半功倍的效果。

这里重点阐述了三维实体建模与FDM打印质量之间的关系，旨在为同行今后工作提供一定的参考和借鉴。

一、FDM打印技术原理以及特点随着信息技术的成熟和3D打印技术的飞速发展，熔融沉积成型技术在但你赶紧得到了广泛的应用，已经在文具、玩具、模型加工、机械加工等多个领域被广泛的应用，是当前最具发展潜力的3D打印技术之一，就其具体的原理和特点进行分析，具体如下。

1、FDM打印原理利用三维建模软件生成实体模型，生成立体印刷的STL文件，然后将实体模型导入切片软件（如Cura或者其他开源软件）进行分层切片获取每层的截面轮廓，生成3D打印机可以识别的G代码，而后设备控制器据此信息控制驱动喷头加热、步进电机自动挤料系统等固件，由喷嘴挤出一层接一层的热熔材料，形成一系列具有一个微小厚度的片状实体，再采用粘接、熔接、聚合等手段将连续的薄型层面逐层堆叠成一体，便可以制造出所设计的新产品样件、模型或者模具。

2、特点系统构造和原理简单，其主要采用的是热熔型喷头挤出成型，运行维护费用低，设备成本远低于激光和等离子等高能束加热装置成型的方法；使用材料无毒环保，适宜在办公室环境安装使用；可以成型任意复杂程度的零件，产品设计与生产并行，根据零件的具体形状和要求，适时改变成型工艺参数，从而控制成型质量；成型过程无化学变化，制件的翘曲变形小；原材料的利用率高，且材料的寿命较长；可直接制作彩色的模型。

材料结构的三维建模与分析在当今科技发达的时代，工程师和科学家需要制造新型材料以满足不断增加的需求。

与此同时，为了更好地理解材料的性质和特征，必须进行三维建模和分析。

这种技术越来越重要，因为一些特定的材料可能难以使用传统方法构建。

因此，在这篇文章中，我将探讨材料结构的三维建模和分析的过程。

首先，我们需要一个适当的软件。

建议使用SolidWorks和ANSYS。

在SolidWorks中，首先需要定义所需的各种零件。

在ANSYS中，我们需要向软件提供材料的物理属性。

在两种软件中，我们需要创建网格，定义边界条件，定义负载并设置模拟条件。

在实现这些步骤之后，我们将开始三维建模和分析。

下面，我们来详细介绍各个步骤。

第一步：定义零件在SolidWorks中，我们首先需要定义材料。

在创建材料之后，我们将创建零件并将它们组合在一起。

如果我们需要某些定制的零件，我们可以使用SolidWorks中的“零件设计器”进行设计。

然后我们可以将这些零件组合成最终的设计。

在ANSYS中，我们需要提供我们要使用的材料的各种实际值，如密度、杨氏模量、泊松比等。

然后，我们同样需要创建零件并将其组合在一起。

一旦在两种软件中完成了这些步骤，我们就可以继续进行下一步。

第二步：创建网格在完成零件的定义后，在两种软件中都需要创建一个网格。

在一个材料中，有许多单元（也称之为元素），并且这些单元都需要有定义好的形状和大小。

这个定义是通过设定网格中的节点来完成的。

对于每个节点，我们将定义一个坐标，它将固定一个点在空间中的位置。

每个单元在空间中被定义为一组由节点定义的几何形状。

可以使用软件中的自动网格生成工具来创建网格，或者使用手工方式。

第三步：定义边界条件和负载在两种软件中，我们都需要定义边界条件和负载。

边界条件由约束和外部应用力定义。

约束可以定义为固定不动的节点，或者可以授权节点在特定方向上运动一定的距离。

同样，可以定义一个节点上施加力或扭矩。

所有这些元素将在模拟中对力学行为产生影响。