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曲面造型中曲线、曲面的连续性问题(二):构建美观产品的方法

 学习新知识tzh 2023-07-09 发布于广东

曲面造型中曲线、曲面的连续性问题(一)的文章中我们介绍G0,G1,G2,G3曲面的定义。其中提到,G1,G2曲面是我们设计时常用的曲面。事实上,从外观上看G1曲面G2曲面外观上看根本没什么区别,那做G1曲面和G2曲面有什么分别呢?

如果对G1曲面G2曲面加厚为实体,我们就能看出G1曲面G2曲面的区别。下图左为G1曲面右为G2曲面加厚的情况。

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从上图上看,在曲面状态,G1曲面和G2曲面没有区别,加厚为实体后,G1曲面和G2曲面关系到产品表面的顺畅性问题。

光滑曲面造型技巧

一个美观的产品外形往往是光滑而圆顺的。光滑的曲面,从外表看流线顺畅,不会引起视觉上的凸凹感,从理论上是指具有二阶几何连续、不存在奇点与多余拐点、曲率变化较小,以及应变能力较小等特点的曲面。

要保证构造出来的曲面既光滑又能满足一定的精度要求,就必须掌握一定的曲面造型技巧, 下面我们就一些常用的技巧进行介绍。

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1. 区域划分,先局部再整体

一个产品的外形,往往用一张曲面去描述是不切实际的,这时就要根据软件曲面造型方法,结合产品的外形特点,将其划分为多个区域来构造几张曲面,然后再将它们合并在一起, 或用过渡面进行连接。当今的三维软件中的曲面几乎都是定义在四边形域上。因此,在划分区域时,应尽量将各个区域定义在四边形域内, 即每个子面片都具有四条边,构建四边面。

构建四边面是曲面造型构建光滑曲面的核心手段!

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2. 创建光滑的控制曲线是关键

控制曲线的光滑程度往往决定着曲面的品质。要创建一条高质量的控制曲线,主要应从以下几点着手:①要达到精度的要求;②曲率主方向要尽可能一致;③曲线曲率要大于 将作圆角过渡的半径值。

在创建步骤上,首先利用投影、插补、光滑等手段生成样条曲线,然后根据其曲率图 的显示来调整曲线段, 从而实现交互式的曲线修改,达到光滑的效果。有时也可通过调整空间曲线的参数一致性, 或生成足够数目的曲线上的点,再通过这些点重新拟合曲线,以达到使曲面光滑的目的。

3.光滑的连接曲面片

曲面片的光滑连接,应具备以下两个条件:①要保证各连接面片间具有公共边;②要保证各曲面片的控制线连接光滑。其中第二条是保证曲面片连接光滑的必要条件,可通过修改控制线的起点、终点的约束条件,使其曲率或切线在接点处保证一致。

4.还原曲面, 再塑轮廓

一个产品的曲面轮廓往往是已经修剪过的, 如果我们直接利用这些轮廓线来构造曲面, 常常难以保证曲面的光滑性,所以造型时要充分考察零件的几何特点,利用延伸、投影等技术方法将三维空间轮廓线还原为二维轮廓线, 并未去掉细节部分, 然后还原出“原始”的曲面, 最后再利用面的修剪方法获得理想的曲面外轮廓。

5.从模具的角度考察曲面质量

再漂亮的曲面造型,如果不注重实际的生产制造, 也毫无用处。产品三维造型的最终目的是制造模具。产品零件大多由模具生产出来, 因此,在三维造型时, 要从模具的角度去考虑,在确定产品出模方向后,应检查曲面能否出模,是否有倒扣现象(即拔模斜度为负值),如发现问题,应对曲面进行修改或重构曲面。

在进行曲面造型时, 要随时检查所建曲面的状况, 注意检查曲面是否光滑、有无扭曲、 曲率变化等情况,以便及时修改。

检查曲面光滑的方法主要有以下两种:第一,对构造的曲面进行渲染处理, 可通过透视、透明度和多重光源等处理手段产生高清晰度的逼真的彩色图像,再根据处理后的图像光亮度的分布规律来判断出曲面的光滑度。图像明暗度变化比较均匀,则说明曲面光滑性好。第二,可对曲面进行高斯曲率分析,进而显示高斯曲率的彩色光栅图像,这样可以直观地了解曲面的光滑性情况。

参考文章:曲面造型中曲线、曲面的连续性问题(一)

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