曲面建模——自由曲面的创建实用教案

5.1 曲面(qmin)基础 基本(jbn)术语 首先我们来熟悉一下在曲面构造过程中经常遇到(y do)的一些术语。 自由曲面：由自由曲面形状特征创建的曲面即是“自由曲面”，自由曲面可由“点”“线”和“面”创建或延伸得到。 片体：是一种UG术语，用于和“实体”对应，“片体”和“实体”都是由一个或多个表面组成的几何体，厚度为“0”的是片体，不为“0”的是“实体”。 第1页/共40页第一页，共40页。曲面：也是一种UG术语，一种泛称，“片体”和“自由曲面”都可以称为曲面，就像“点”和“线”一样，构造曲面的最终目的也是形成(xngchng)实体。 U方向(fngxing)和V方向(fngxing)：U方向(fngxing)指曲面的行所在的方向(fngxing)；V方向(fngxing)指曲面列所在的方向(fngxing)。 阶次：指描述曲面(qmin)参数方程的次方数。 曲面构造技巧 在曲面的构造过程中有很多方法和技巧，熟悉这些有利于设计工作的顺利进行。 第2页/共40页第二页，共40页。1.对于一般的简单曲面，可以一次完成曲面的建立。而对于相对复杂的曲面，首先应该通过曲线构造生成主要的或面积大的片体，然后再使用曲面的相应操作(cozu)进行处理以得到完整的造型。 2.构造曲面的曲线应尽可能的简单，以便后续(hux)的工作。 3.构造曲面的曲线(qxin)应尽可能的光顺连续。 4.在建模时，应首先根据产品的外形要求，建立用于构造曲面的边界曲线，或者根据实际的测量数据生成点，然后根据点生成产品所需的曲面。 第3页/共40页第三页，共40页。曲面(qmin)命令 曲面命令在建模中应用非常广泛。曲面命令主要包括“曲面”、“编辑曲面”和“自由曲面形状”工具条，其中“曲面”工具条主要用于曲面的构造(guzo)，“编辑曲面”工具条用于曲面的编辑，而“自由曲面形状”工具条主要用于曲面的变形和美化处理等。 第4页/共40页第四页，共40页。5.1 4 曲面(qmin)建模的一般过程 一般来说，创建曲面都是从曲线开始的。可以通过点创建曲线来创建曲面，也可以通过抽取或使用视图区已有的特征边缘线创建曲面。其一般的创建过程如下所示。（1）首先创建曲线。可以用测量得到的云点创建曲线，也可以从光栅图像中勾勒出用户所需曲线。（2）根据创建的曲线，利用过曲线、直纹、过曲线网格、扫掠(so l)等选项，创建产品的主要或者大面积的曲面。（3）利用桥接面、二次截面、软倒圆、N-边曲面选项，对前面创建的曲面进行过渡接连、编辑或者光顺处理。最终得到完整的产品模型。第5页/共40页第五页，共40页。5.2 点构造(guzo)曲面 “通过(tnggu)点”构造曲面 1单击“曲线(qxin)”工具条中的“点”按钮，打开“点”对话框添加曲面的控制点：L1（0.0，0.0，0.0）、（5.0，0.0，4.0）、（10.0，0.0，7.0）、（15.0，0.0，4.0）；L2（0.0，10.0，5.0）、（5.0，10.0，4.0）、（10.0，10.0，7.0）、（15.0，10.0，4.0）；L3（0.0，20.0，9.0）、（5.0，20.0，4.0）、（10.0，20.0，7.0）、（15.0，20.0，4.0）；L4（0.0，30.0，5.0）、（5.0，30.0，2.5）、（10.0，30.0，5.0）、（15.0，30，2.5）2第6页/共40页第六页，共40页。2单击“曲面”工具条中的“通过(tnggu)点”按钮，打开“通过(tnggu)点”对话框，在该对话框中将“行阶次”和“列阶次”改为“3”，然后单击“确定”按钮 在打开(d ki)的“过点”对话框中单击“全部成链”按钮 3第7页/共40页第七页，共40页。在弹出“指定点”对话框后分别单击步骤1中设定(sh dn)的每个链的第一个和最后一个点 45选取曲面的控制点后弹出第二个“过点”对话框，单击“所有指定(zhdng)的点”按钮，完成曲面的生成 第8页/共40页第八页，共40页。“从极点(jdin)”构造曲面 使用“从极点”方式创建曲面与“通过点”相似，不同之处在于使用“从极点”方式选取的点将成为(chngwi)曲面的控制极点，而且选取点（或创建点）的过程有些不同，其主要操作将在“点”对话框中完成，不能通过“链”或“框”的形式进行选取。 在“曲线”工具条中单击“从极点”按钮，会弹出“从极点”对话框，此对话框与“通过点”对话框相同(xin tn)，这里不再讲述，设置好后单击“确定”按钮，将弹出点对话框。 第9页/共40页第九页，共40页。通过“点”对话框，可以在操作区中绘制点，也可以选取已有的点，注意选取一列后，需要在“点”对话框中单击“确定(qudng)”按钮，然后在弹出的“指定点”对话框中单击“是”按钮，这样指定了所有列后，将弹出“从极点”对话框，然后单击“所有指定的行”按钮即可。 指定列上的点，在“点”对话框中单击“确定”按钮，一列列的指定 由极点构成的曲面第10页/共40页第十页，共40页。“从点云”构造(guzo)曲面 “从点云”构建曲面的方式主要(zhyo)是处理三坐标测量仪等设备扫描所得到的点数据。使用“从点云”方式创建曲面与上面所介绍的“通过点”和“从极点”不同，它的曲面控制点不是以链方式存在的，而是无规律排列的，下面看一下操作。 与“通过点”和“从极点”方式(fngsh)创建曲面类似，“从点云”方式(fngsh)同样需先创建点，其所需点数跟“U向阶次”和“V向阶次”数有关，如“从点云”对话框中的“U向阶次”和“V向阶次”都是“3”，那么就需要“16”个控制点，即控制点数（U向阶次1）（V向阶次1）。 第11页/共40页第十一页，共40页。在“曲面”工具条中单击“从点云”按钮打开 “从点云”对话框，选好控制点后（注意(zh y)调整当前视图，令当前界面中需要显示大部分控制点），单击“确定”按钮即可生成曲面 。 用框的形式选中所有点第12页/共40页第十二页，共40页。5.3 通过(tnggu)曲线构造曲面 直纹”构造(guzo)曲面 1打开本书光盘提供(tgng)的素材文件5-3-1-zwqx-sc.prt 2单击“曲面”工具条中的“直纹”按钮，打开“直纹面”对话框 第13页/共40页第十三页，共40页。3选择一条曲线（在此曲线的左边单击），曲线被选取后会显示曲线方向(fngxing)标志单击“直纹面”对话框中的“截面线串2”按钮，再选择另一条(y tio)曲线（同样在曲线的左边单击，这样选择可确保选择的曲线方向一致），在“调整”下拉列表中选择“圆弧长”项，取消“保留形状”复选框的勾选，单击“直纹面”对话框的“确定”按钮完成直纹面的创建 4第14页/共40页第十四页，共40页。两条曲线被选择后所显示的曲线方向是否相同（曲线在选取后的箭头指向），将影响所生成的曲面形状。同时通过“直纹”我们(w men)还可以利用一条曲线以及曲线外的一点来生成曲面，在选择时要注意先选择点然后再选择曲线 第15页/共40页第十五页，共40页。1打开本书光盘提供的素材(sci)文件5-3-2-qxz-sc.prt 2单击“曲面”工具条中的“通过(tnggu)曲面组”按钮，打开“通过(tnggu)曲线组”对话框 通过曲线组”构造(guzo)曲面 第16页/共40页第十六页，共40页。3选择底面的直线，然后单击“通过曲线(qxin)组”对话框中的“添加新设置”按钮，再在工作区中选择中间的一条圆弧曲线(qxin)，其曲线(qxin)方向要和底面直线的曲线(qxin)方向一致 4单击“通过曲线组”对话框中的“添加新设置”按钮，然后单击第三条曲线，同时要保持曲线方向一致，单击“确定(qudng)”按钮生成曲面 第17页/共40页第十七页，共40页。1打开本书光盘提供(tgng)的素材文件5-3-3-slqx-sc.prt，单击“曲面”工具条中的“扫掠”按钮，打开“扫掠”对话框 2在绘图区单击大的圆弧曲线，再在“截面”标签栏中单击“添加新设置(shzh)”按钮，单击较小的圆弧曲线，在“引导线”标签栏中单击“选择曲线”按钮，单击绘图区的引导线最后单击“确定”按钮完成扫掠 扫掠(so l)”构造曲面 第18页/共40页第十八页，共40页。通过(tnggu)曲线网格 该方法是指用主曲线和交叉曲线创建曲面的一种方法。其中主曲线是一组同方向的截面线串，而交叉曲线是另一组大致垂直于主曲线的截面线。通常把第一组曲线线串称为主曲线，把第二组曲线线串称为交叉曲线。由于没有对齐选项，在生成曲面，主曲线上的尖角不会生成锐边。“通过曲线网格”曲面建模有以下几个特点。 生成曲面或体与主曲线和交叉曲线相关联。 生成曲面为双多次三项式，即曲面在行与列两个方向均为3次。 主曲线环状封闭，可重复(chngf)选择第一条交叉线作为最后一条交叉线，可形成封闭实体。 选择主曲线时，点可以作为第一条截面线和最后一条截面线的可选对象。“通过(tnggu)曲线网格”对话框生成曲面第19页/共40页第十九页，共40页。截面(jimin) 创建截面可以理解(lji)为在截面曲线上创建曲面。主要是利用与截面曲线相关的条件来控制一组连续截面曲线的形状，从而生成一个连续的曲面。其特点是垂直于脊线的每个横截面内均为精确的二次（三次或五次）曲线。在飞机机身和汽车覆盖件建模中应用广泛。 执行“插入”|“网格曲面”|“截面”命令（或者单击“曲面”工具栏中的“剖切曲面”按钮），打开“剖切曲面”对话框。 在UG NX6中系统提供了20种截面曲面类型，其中“Rho”是投射判别式，是控制截面线“丰满度”的一个比例值。“顶点线串”完全定义截型体所需数据。其它线串控制曲面的起始和终止边缘以及曲面形状。 下面介绍其中常用的几种截面曲面类型，其余类型可参考其学习。“剖切曲面(qmin)”对话框生成曲面生成曲面生成曲面第20页/共40页第二十页，共40页。边曲面(qmin) N边曲面用于创建(chungjin)一组由端点相连曲线封闭的曲面，并指定其与外部面的连续性。 创建(chungjin)N边曲面，执行“插入”|“网格曲面”|“N边曲面”命令（或者单击“曲面”工具栏中的“N边曲面”按钮），打开“N边曲面”对话框。“N边曲面(qmin)”对话框第21页/共40页第二十一页，共40页。5.4 上机实践(shjin)创建皮带轮 1打开本书光盘的实例文件5-4-pdl-sc.prt，然后(rnhu)单击“曲面”工具条中的“扫掠”按钮，打开“扫掠”对话框 2连续单击选择“皮带轮”的“横截面”曲线，然后(rnhu)单击“引导线”标签栏中的“选择曲线”按钮，在操作区中单击已经绘制好的“圆” 第22页/共40页第二十二页，共40页。3在“扫掠(so l)”对话框的“截面选项”标签栏的“对齐方法”选项卡中将“调整”下拉列表改为“参数” 4在“设置”标签栏中勾选“保留形状(xngzhun)”复选框，最后在“扫掠”对话框中单击“确定”按钮即可完成“皮带轮”的创建 第23页/共40页第二十三页，共40页。5.5 自由(zyu)曲面形状 艺术(ysh)曲面 打开本书光盘提供(tgng)的素材文件5-5-1-ysqm-sc.prt，然后单击“自由形状曲面”工具条中的“艺术曲面”按钮，打开“艺术曲面”对话框 1单击选择绘图区中较小的圆弧曲线，然后在“Section（Primary）Curves”标签栏中单击“添加新设置”按钮，单击选择另一较小的圆弧曲线2单击打开的“艺术曲面”对话框“Guide（Cross）Curves”标签栏中的“选择曲线”按钮，选择另一条曲线，单击“确定”按钮完成艺术曲面的创建 3第24页/共40页第二十四页，共40页。四点曲面(qmin) 单击“自由曲面形状(xngzhun)”工具条中的“四点曲面”按钮，打开“四点曲面”对话框，直接在绘图区中单击4次（实际上就是创建了4个点），再单击“四点曲面”工具条中的“应用”按钮，即可完成曲面的创建 使用上边方法创建的四点曲面，处在默认(mrn)的平面（即在X-Y平面）内。而利用外在的点（或曲线）绘制四点曲面则不局限于该平面内 第25页/共40页第二十五页，共40页。整体(zhngt)突变 单击“自由(zyu)形状曲面”工具条中的“整体突变”按钮，弹出“点”对话框，在绘图区单击确定两点，即可生成曲面 1在 “整体突变形状控制”对话框中，选中“选择控制”选项组中的“水平”单选钮，并拖动下边的滑块改变(gibin)曲面的形状（“选择控制”选项组中选择的按钮不同，调整的效果也不同），最后单击“确定”按钮，完成“曲面”的创建 2第26页/共40页第二十六页，共40页。片体变形(bin xng) 打开(d ki)本书光盘提供的素材文件5-5-4-ptbxqm-sc.prt，单击“自由形状曲面”工具条中的“片体变形”按钮，打开(d ki)“使曲面变形”对话框 1单击选择要变形的曲面，弹出“使曲面变形”调节对话框，同“整体突变”类似，通过在该对话框中对不同的选项进行调节来改变(gibin)曲面的形状 2第27页/共40页第二十七页，共40页。成形(chn xn) 打开上节生成的文件，单击“自由形状曲面(qmin)”工具条中的“X成形”按钮，打开“X成形”对话框 1“X成形”对话框包括：平移、旋转、比例、垂直于面/曲线平移、沿控制多边形平移、极点行平面化6种曲面变换方式(fngsh)，同时可以通过“高级”选项卡中的按钮对曲面进行编辑 第28页/共40页第二十八页，共40页。单击要进行X成形的曲面，首先对该曲面上的点进行ZC方向平移，选择曲面较窄处一列点，然后单击“X成形”对话框的“平移方向”选项组中的Z向按钮，单击“步进”选项组中的“减少”按钮或“增加(zngji)”按钮对所选点的位置进行调节 2单击“X成形”对话框的“移动(ydng)类型”选项组中的旋转按钮，然后单击“X成形”对话框的“平移方向”选项组中的Y向按钮，选择曲面中另一端整列上的点绕Y轴作旋转 3第29页/共40页第二十九页，共40页。下面调整曲面的平滑度，单击“高级”选项组中的更改(gnggi)阶次按钮，然后在“X成形”对话框下方的“U阶数”、“V阶数”、“U向补片数”、“V向补片数”可调编辑框中按图中所示进行更改(gnggi)，然后单击“确定”按钮完成曲面的X成形 4第30页/共40页第三十页，共40页。剪断(jin dun)曲面 打开(d ki)本书光盘提供的素材文件5-5-6-jdqm-sc.prt 1单击“自由形状曲面”工具条中的“剪断曲面”按钮，打开(d ki)“剪断曲面”对话框，勾选“分隔”复选框 2第31页/共40页第三十一页，共40页。单击选中进行剪断(jin dun)的曲面，再单击曲面中的分割线3在“剪断曲面”对话框中单击“选择(xunz)步骤”选项组中的预览按钮，然后单击“确定”按钮，并在弹出的“替换面”对话框中单击“是”按钮 4第32页/共40页第三十二页，共40页。单击“自由形状曲面”工具条中的“剪断曲面”按钮，打开“剪断曲面”对话框，取消对话框中“分隔”复选框的勾选，单击要剪断的曲面部分，单击曲面的分割线，然后(rnhu)单击“选择步骤”选项组中的预览按钮，然后(rnhu)单击“确定”按钮完成曲面的剪断 5如果单击“选择(xunz)步骤”选项组中的预览按钮后，绘图区显示的剪断曲面不是自己希望的那样，那么可以单击“剪断曲面”对话框中的“切换区域”按钮，将剪断面切换到另一端 第33页/共40页第三十三页，共40页。在曲面(qmin)上绘制曲线 打开本书光盘提供(tgng)的素材文件5-5-7-hzqm-sc.prt 1单击“自由(zyu)形状曲面”工具条中的“曲面上的曲线”按钮，打开“曲面上的曲线”对话框 ，勾选“封闭的”复选框，再单击“Specify Points”按钮 2在曲面上连续单击来确定曲线的多个控制点，同时可以将鼠标移至控制点上对该点进行拖动，曲线设置完成后单击“确定”按钮完成曲线的绘制 3第34页/共40页第三十四页，共40页。5.6 上机实践(shjin)车座曲面设计 打开本书光盘提供的素材(sci)文件5-6-czqm-sc.prt 1第35页/共40页第三十五页，共40页。在“自由(zyu)曲面形状”对话框中单击“艺术曲面”按钮，打开“艺术曲面”对话框2单击选择车座底面轮廓后端部分，然后单击“Section（Primary）Curves”标签栏中的“添加(tin ji)新设置”按钮，再单击选择车座表面的后边中间曲线3单击“Guide（Cross）Curves”标签栏中的“选择曲线”标签，单击选择车座表面中间部分曲线，最后在“艺术(ysh)曲面”对话框中单击“确定”按钮完成车座后部曲面的生成 4第36页/共40页第三十六页，共40页。打开“艺术曲面”对话框，单击选择车座底面轮廓(lnku)的前端部分，然后单击“Section（Primary）Curves”标签栏中的“添加新设置”按钮，再单击选择车座表面的前边中间曲线5单击“Guide（Cross）Curves”标签栏中的“选择曲线”标签，单击选择车座表面(biomin)中间横着的曲线，最后在“艺术曲面”对话框中单击“确定”按钮完成车座前部曲面的生成 6第37页/共40页第三十七页，共40页。在“曲面”工具条中单击“通过(tnggu)曲线网格”按钮，打开 “通过(tnggu)曲线网格”对话框7在“交叉曲线(qxin)”标签栏中单击“选择曲线(qxin)”标签，再单击车座表面两边中一边的曲线(qxin)，在“交叉曲线(qxin)”标签栏中单击“添加新设置”按钮，单击车座表面另一边的曲线(qxin)，单击“确定”按钮完成车座曲面的制作 8单击车座底面轮廓曲线的中间横着的曲线，再在“主曲线”标签栏中单击“添加新设置”按钮，再单击选择车座表面的中间曲线，然后(rnhu)再次单击“添加新设置”按钮，单击选择车座底面的另一横着的曲线9第38页/共40页第三十八页，共40页。本章(bn zhn)小结 本章首先介绍了曲面建模的相关术语，曲面构造的技巧和一般过程。然后主要介绍了常用的几种曲面建模方法，包括通过点构造曲面、通过曲线构造曲面和自由曲面形状。读者可以参照本书提供的实例和相关知识点讲解，通过上机练习，逐步掌握(zhngw)各种曲面的创建方法。第39页/共40页第三十九页，共40页。感谢您的观看(gunkn)。第40页/共40页第四十页，共40页。