基于autocad的三维变截面造型系统的论文

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1、基于AutoCAD的三维变截面造型系统的论文摘要：介绍一种新颖的造型软件“三维变截面造型系统”，该系统以autocad为支撑环境，以超、亚椭圆递推方程和三次样条函数为算法。它突破了原cad系统中旋转曲面和拉伸曲面的局限，用少量的输入数据可产生纵横向均有变化的复杂曲面，增强了系统的三维造型能力，拓宽了应用范围。关键词：三维变截面；造型；autocad前言目前，许多cad系统的曲面模型(surfacemodeling)都是基于nurbs数学方法的，在这类系统中，若以创建曲面的方法来分类，一般可将曲面为分四大类：一是系统直接创建的基本

2、曲面，如锥面、柱面、球面和圆环面；二是动迹(motion-based)曲面，如旋转(revolved)曲面、拉伸(extruded)曲面和扫掠(s]2[(y-ye)cosα-(x-xe)sinα]2m-(a)2n=0(4)在上面的各表达式中，a、b为“椭圆”的半轴，xe、ye为椭圆的圆心，α为椭圆主轴与x轴的夹角，m和n为指数。在三维变截面造型系统中，a、b为横截面的宽度参数和高度参数，将指数m、n变换处理后作为变截面造型系统中的m、n形状因子。形状因子是变截面造型系统的关键技术和特色技术,形状因子控制着横截面的形状,其取值与形

3、状的对应关系如下：·当m=n时0＜m=n＜1时：形状在矩形到椭圆之间变化。m=n=1时:形状为标准椭圆。1＜m=n＜2时：形状在椭圆到菱形之间变化。m=n=2时:形状为菱形。2＜m=n＜40时：形状在菱形到“+”字线之间变化。·当m≠n时可得到形状特异的横截面。m因子对临近x轴的形状影响大;n因子对临近y轴的形状影响大。1.2.2纵向控制线算法纵向控制线用于描述宽度参数、高度参数及形状因子沿物体轴线变化的规律。在“三维变截面造型系统”中，形状因子的纵向算法采用线性插值，宽度参数、高度参数的纵向算法采用三次样条函数插值。介绍三次样

4、条函数的资料很多，在此不再赘述。2系统实现根据变截面造型的基本思想和纵横向算法，以autocadr13为支撑系统，autolisp编程语言和dcl对话控制语言为开发工具，开发了“三维变截面造型系统”。整个造型系统分为横截面设计、纵向控制线设计、造型输出控制、纵向控制线样条拟合、读取造型数据等五个主要功能模块。图2是造型系统运行时的界面。图22.1横截面设计进行横截面设计的主要目的是寻找满足设计要求的横截面及这种横截面的形状因子值。2.2纵向控制线设计所谓纵向控制线就是用autocad的pline命令产生的二维多义线。运行纵向控制

5、线设计模块可建立一个纵向控制线设计区域及创建一些基本的控制线。纵向控制线设计区域是一个单位区域，即对角点坐标为(0,0)和(1,1)的矩形区域。宽度和高度控制线完全处于1×1的区域内，形状因子控制线则处于1×40的区域内。纵向控制线设计模块为设计者提供了两种创建控制线的方法，一种是交互方式，另一种是读数据文件方式。数据文件的格式为每行两个数据，数据间用逗号分隔，表示一个二维坐标点。数据可以是与实物一样大小的数据，程序会自动将其变换后绘制出“单位曲线”，即曲线左端的x坐标为0，右端的x坐标为1。2.3造型输出控制造型输出控制模块控

6、制的主要内容为：①控制输出的是曲面还是曲线；②控制曲面网格划分疏密或截面线间隔大小；③控制造型体的实际大小和颜色；④控制造型是封闭、完整的还是开口、部分的；⑤控制造型物体的轴线是直的还是曲的；⑥控制计算方法是线性插值还是三次样条函数插值。图3是造型输出控制模块运行时的界面。图3造型时，首先，在造型输出控制对话框(见图3)中输入各种造型参数和选定各种选项。其次，根据造型参数和选项，提示设计者在控制线设计区域内选取造型控制线(二维多义线)，程序从autocad的内部数据库中读取这些被选取的二维多义线的顶点数据，作为各种插值计算的插值

7、结点。最后，进行造型计算，产生造型结果。2.4控制线样条拟合作为造型控制线的二维多义线实际上是直线段连成的折线。用折线顶点拟合出来的三次样条曲线与折线存在着差异，有时差异会很大。为保证用折线顶点拟合出来的三次样条曲线符合预期要求，在造型之前，可进行样条拟合试算。2.5读取造型数据用数据读取模块，可读取曲面网格顶点或横截面曲线的数据，生成数据文件，便于在autocad系统以外应用。3应用实例及造型例子3.1应用实例用本系统来设计飞机机身外形，当m、n形状因子在0.5～0.8之间取值时，可得到比圆或标准椭圆截面更美观、有效空间更大、

8、抗弯抗扭能力更强的机身外形。而且机身截面曲线计算简便，纵向容易控制和修改，与传统的设计方式比较，具有简洁高效的优越性。3.2造型例子图4右边的两个花瓶是用同一根宽度、高度控制线配以不同的形状因子控制线造型产生的，上面的花瓶用的是形状因子线1，下面的花瓶用的是形状