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第4章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型 基本概念 几何建模技术 特征建模技术 集成产品数据模型及数据交换接口 第1节 基本概念 计算机内部表示及建模技术 建模的方法及其发展 一、计算机内部表示及建模技术 计算机内部表示： 决定在计算机内部采用什么样的数字化模型来描述、存储和表达现实世界中的物体。 CAD/CAM建模技术： 研究产品数据模型在计算机内部的建立方法、过程及采用的数据结构和算法。 建模过程：想象模型、信息模型、存储模型 二、 建模的方法及其发展 建模方法： 几何建模、特征建模、全生命周期建模 产品信息数据模型： 几何模型（二维、三维线框、曲面、实体）、特征模型、集成产品模型、智能模型及生物模型等 建模方法的发展 几何建模 特征建模概念的提出 1、几何建模的定义 几何建模方法 物体的描述和表达是建立在几何信息和拓朴信息处理基础上的。 几何信息 物体在欧氏空间中的形状、位置和大小； 拓朴信息 物体各分量的数目及其相互间的连接关系。 几何信息的二义性 必须同时给出几何信息和拓扑信息 拓扑信息的描述 视具体要求不同选择不同的拓扑描述方法。 几何建模技术研究内容 主要研究课题： 现实世界中物体的描述方法 三维实体建模中的各种计算机内部表达模式 发展一些关键算法 几何建模系统的某些重要应用 2、特征建模的概念的提出 几何模型 信息无明显的功能、结构及工程含义，提取、识别工程信息困难。 特征（Feature） 是一种集成对象，包含丰富的工程语义，在更高层次上表达产品的功能和形状信息。 不同的设计阶段和应用领域有不同的特征定义： 功能特征、加工特征、形状特征、精度特征 第2节 几何建模技术 几何建模系统分类 三维几何建模技术 三维实体模型计算机内部表示法 几何建模系统分类 二维几何建模系统 三维几何建模系统 二维几何建模系统 类型 边式：只描述轮廓边，通过不同类型轮廓边的相互顺序实现绘图目的。 面式：将封闭轮廓边包围的范围定义成平面，作为整体来处理。 适用范围： 计算机辅助绘图、回转体零件数控编程 弱点： 零件的各个视图是相互独立产生的，无整体信息模型，当一个视图改变时，其它视图不可能自动改变。 三维几何建模系统 三维建模类型： 线框建模、表面建模、实体建模 三维几何建模技术 线框建模 曲面建模 实体建模 三维线框模型的几何元素及存储结构 基本几何元素： 点、直线、圆弧和某些二次曲线 计算机内部描述： 边表、点表 三维线框模型 特点： 数据结构简单、对硬件要求不高、显示响应速度快等优点 不存在内外表面的区别，信息不完整，存在多义性。不能自动进行可见性检验及消隐。 适用于： 实时仿真、在实体建模的CAD系统显示中间结果。 线框模型向曲面和实体模型的转换 从平面投影的三视图自动构成三维实体 自底向上重构法 基本模型引导的重构算法 自顶向下的重构法 在三维线框上通过蒙皮构成实体 原理：同三维视图重构法，但它关心的是如何将点和边构成环。 几何法、拓扑法 曲面建模/表面建模 定义： 是通过对物体的各种表面或曲面进行描述的一种三维建模方法。 适用： 表面不能用简单的数学模型进行描述的复杂物体型面。 方法： 由给出的离散点数据构成光滑过渡的曲面，使曲面通过或逼近离散点。 复杂物体型面 曲面建模/表面建模（2） 常用的参数曲线、曲面有： Bezier， B-spline， Coons， NUEBS 简化曲面生成方法： (1) 线性拉伸面 (2) 直纹面 (3) 旋转面 (4) 扫描面 曲面模型可以为其它应用场合继续提供数据： 有限元网格的划分、三坐标或五坐标NC编程、计算和确定刀具运动轨迹 三次Bezier曲线及双三次曲面 实体建模 定义： 实体建模是利用基本体素，如长方体、圆柱体等通过集合运算生成复杂形体的建模技术。 体素的定义及描述 基本体素及空间位置及方向 平面轮廓扫描体 平扫体、旋转体 整体扫描 布尔运算 布尔运算：并、交、差 过程模型，可以二叉树结构表示 基本体素 参数描述，基准点 平面轮廓扫描体 前提：封闭的平面轮廓 整体扫描 实用： 生产过程的模拟及干涉检验，特别是NC加工中刀具轨迹生成和检验方面 实体建模应用场合： 运动学分析 干涉检验 机器人编程 五坐标NC铣削过程模拟 空间技术 三维实体模型计算机内部表示法 边界表示法（BRep） 把物体定义为封闭的边界表面围成的有限空间，形体可通过边界来表示，面通过边、边通过点、点通过三个坐标值来定义。 强调形体外表细节，记录了所有几何、拓扑信息。 核心信息为平面 边界表示法的数据结构 零件的不同生成描述方法 不同的生成方法和生成顺序，但其内部的数据结构相同 边界表示法的特点 边界表示法的优点在于含有较多的关于面、边、点 及其相互关系的信息，可通过人机交互对物体模型进