三维实体曲面造型技术的研究及软件开发

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1、三维实体曲面造型技术的研究及软件开发摘要CAD／CAM技术起源于航空工业，由于飞机外形复杂含有大量的自由曲面，所以CAD／CAM技术从一开始就与自由曲线曲面造型紧密联系在一起。至今，曲线曲面造型模块仍是CAD／CAM系统的最关键部分之一。自由曲线曲面造型技术不仅能够描述初等解析曲面，而且可以准确表达以复杂方式自由变化存在的曲线曲面即所谓的自由型曲线曲面。而这一类曲线曲面是不能单纯地用画法几何与机械制图表示清楚的。此外，通过计算机执行计算和处理建立的自由曲线曲面的数学模型，可以计算出曲线曲面上大量的点及其它信息，为后置处理如数控加工、物性计算、有限元分析等提供必要的先决条件。调整曲线曲

2、面的局部与整体几何特征，还可以使显示与交互修改工作几乎同时进行。自由曲线曲面在计算机上的实现摆脱了传统的模线样板法，减少了设计制造周期，提高了制造精度，使互换协调性更好，适应了现代航空、汽车、机械等工业的发展。本课题是以开发功能完善、高效可靠、符合我国工程设计人员习惯的三维CAD实体造型设计软件为目的。在三维软件JhSolid系统框架的基础上，采用面向对象的方法，综合运用了计算机辅助几何的数学理论、图形学、计算机科学和Parasolid提供的核心函数，开发并实现了空间曲线曲面的造型功能。具体开发的功能有：平面NURBS曲线的生成与编辑、空间B样条曲线的生成与编辑、空间自由曲面的生成与

3、编辑。在课题开发过程中，自由曲线的生成与编辑部分重点解决了NURBS曲线的生成及编辑算法在系统框架上的实现，而NURBS曲线被定义为现行工业产品数据交换的国际标准。在系统框架上运用的曲线算法如：生成NURBS曲线的德卡斯特里奥算法，求取两曲线交点的矩形包围盒算法，通过权因子精调曲线的算法等。曲面生成部分主要解决了定义在四角域上的自由曲面的生成功能，并重点研究了三角域自由曲面的生成方法，开发了蒙皮曲面设置变异点法，并探索开发了三边贝齐尔曲面和三角曲面的HCT剖分。曲面编辑部分，将实体生成与利用曲面编辑实体两者结合使用是其引入的开发思想，它充分挖掘并组合运用了Parasolid内核函数提

4、供的基本功能和曲线曲面造型技术成熟、灵活的优势。自由曲线曲面的生成及编辑功能经过程序编制、调试和测试，已验证了其方法的正确性与实用性。关键词：三维实体：自由曲线：自由曲面；CAD；NURBS；三维实体曲面遗型技术的研究及软件开发Abstract．CAD／CAMoriginatedinaeroindustry,andiScloselyrelativetofreecuIVesandsurfacesfromthebeginningfortheairplanefigures’muchfreesurfaces．Nowadays，theconstructionmoduleoffreecurves

5、andsurfacesisstillthecoreoneofthekeypartsinCAD／CAM，ThetechniqueoffreecnrvesandsurfacescannotonlydescribeelementaryCUI'VeSandsurfaces，butalsopreciselydescribethecurvesandsurfacesinfree．Thefleec1／rvesandsurfacesarenotabletobeexpresslydescribedbytheDescriptiveGeometryandMechanism．Furthermore，compu

6、tercallcalculateanddisposethemathematicmodeloffreecup／esandsurfaces，andgetalargenumberofpointsandinformationconcernedwhichisthebaseofthelatertreatmentsuchasnumericalcontrol。objectiveanalysisetc．Thedesignercanadjustthepartorwholeofthecurveorsurfacetomakedisplayandadjustmeutworkatthesametime．Byth

7、ecomputer,thedesignercallgetpreciselycurvesandsurfaceswithouttheuseoftraditionalwaystodecreasetheperiodofdesignationandproduction，increasetheprecisionofmanufacture，improvetheharmony,anditisadaptabletothedevelopmentofaeroindustry,a