實體/曲面混合建模:未來三維CAD建模的主流技術(shù)

　　維數(shù)字化建模主要有兩種技術(shù):一是參數(shù)化建模,二是直接建模。但這兩種技術(shù)在實際應(yīng)用中均存在缺陷。論文將兩種建模方法融合在一起形成混合建模技術(shù),能更好地體現(xiàn)設(shè)計者的意圖,提高設(shè)計效率。下面就跟小編來了解一下吧!

　　實體/曲面混合建模:未來三維CAD建模的主流技術(shù)

　　1、實體建模和曲面建模介紹

　　實體建模和曲面建模是兩種不同的幾何建模方法。實體建模通過使用封閉的實體特征進行堆疊裁減，可以得到直觀的實體模型。

　　圖 1 實體建模的方式

　　曲面建模(如圖2所示)則是通過創(chuàng)建無限小厚度的物體表面，進行連接閉合，從而得到最終的曲面造型。

　　圖 2 曲面建模的方式

　　對于機械特征明顯的造型，實體建模通過確認曲面邊界和拓撲定位來明確地呈現(xiàn)物體特征，建模過程更為簡單快捷。但對于外觀要求高的造型，曲面建不需要任何特征信息，

　　只要定義邊界的幾何描述就能得到復雜的效果?；谶@個差異點，要求創(chuàng)建高質(zhì)量、更復雜的曲面造型時，曲面建模卻又比實體建模更便捷、快速。

　　隨著工程師對產(chǎn)品多樣化的設(shè)計要求，期待能不再局限于實體建?；蛘咔娼?，而是能同時兼具兩者優(yōu)點的新技術(shù)，因此混合建模技術(shù)應(yīng)運而生?；旌辖；谥型?D獨有的OverdriveTM內(nèi)核，充分整合了兩種建模技術(shù)的優(yōu)勢，從而讓用戶能在實體和曲面間實現(xiàn)自由交互，設(shè)計更加靈活自如。

　　對于大多數(shù)三維CAD軟件，工程師一般會利用曲面修剪形狀(見圖3) ，但有沒有可能通過實體來修剪形狀嗎?混合建模技術(shù)就能做到(如圖4所示)。

　　圖 3 一般建模只允許通過曲面來修剪形狀

　　圖 4 混合建模允許通過實體來修剪形狀

　　2、詳解混合建模技術(shù)——實體與曲面的靈活轉(zhuǎn)化

　　因為混合建模技術(shù)可以讓大多數(shù)操作命令在實體和曲面環(huán)境中同時使用，所以用戶無需考慮操作對象是一個實體還是曲面。在過去，用戶必須接受專門的培訓來學習如何區(qū)分實體建模命令和曲面建模命令，使得三維建模入門非常難，專業(yè)度非常高。而現(xiàn)在混合建模集成了實體和曲面建模兩種技術(shù)，極大地降低了三維建模的學習難度，更加容易上手。

　　以計算質(zhì)量為例，實體建模只能在沒有間隙的完美實體上進行，而通過混合建模技術(shù)，不管實體有多少間隙，中望3D都可以靈活、便捷地計算出質(zhì)量。特別在導入不同軟件圖紙時，模型常常都是不完整的。一般情況下，工程師需要花費大量的時間來修補模型，之后才能獲得相關(guān)的質(zhì)量信息。相比之下混合建模技術(shù)能夠幫助工程師節(jié)省繁瑣的修補環(huán)節(jié)，將精力更聚焦于創(chuàng)造性的工作上。

　　圖 5 質(zhì)量屬性計算工作比較

　　當模型完整時(右邊)實體建模和混合建模都可以完成

　　但面對模型不完整時(左邊)，只有混合建模才能夠處理

　　事實上，混合建模技術(shù)是顛覆了你過去所學的實體建?；蚯娼５睦砟睿坏┠闶煜?、并真正掌握，效率的大幅提升將超出你的意料之外。

　　3、混合建模如何加速設(shè)計到制造

　　3.1 簡化模具設(shè)計環(huán)節(jié)

　　在這個信息爆炸的時代，電視機、手機、筆記本電腦等信息傳播載體已成為日常生活的必需品。為了大批量生產(chǎn)這些產(chǎn)品，實現(xiàn)標準化的模具設(shè)計是必不可少的。在設(shè)計模具過程中，型芯和型腔的分離是最有難度、最具挑戰(zhàn)的環(huán)節(jié)——除了需要熟練的操作，還要求大量的檢查和修補工作。當模型有破面的情況出現(xiàn)，分模難度就更高了。對許多模具公司而言，最痛苦就是從上游收到不同軟件的圖紙來制作模具，為此模具工程師不得不夜以繼日地工作來保證導入的零件質(zhì)量。

　　現(xiàn)在，這些問題都可以通過混合建模技術(shù)輕松解決，因為無論是面對實體或者曲面，混合建模技術(shù)讓大部分的操作都能同時起作用，從而極大簡化分模工作，快速實現(xiàn)分模(如圖6所示)。

　　圖 6 混合建模技術(shù)能夠保證分模效率

　　3.2 設(shè)計與CAM加工無縫對接

　　將設(shè)計轉(zhuǎn)化為真實產(chǎn)品的關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是制造，其中CNC數(shù)控加工是使用最廣泛的生產(chǎn)技術(shù)。一般來講，CNC加工需要經(jīng)驗豐富的工程師才能完成工作，但為了讓數(shù)控編程更加簡單，越來越多的功能創(chuàng)新降低了操作的難度，包括智能策略加工、自動化生產(chǎn)等技術(shù)。但無論自動化程度有多高，有一個環(huán)節(jié)是無法避免的，就是在選擇任何一項智能加工策略之前，你還是必須得先花時間處理好從外部導入的數(shù)據(jù)文件。

　　以圖8的零件加工為例。在數(shù)控加工過程中，我們希望刀軌能夠繞過間隙、槽、孔，但大多數(shù)的CAM軟件是無法識別這些幾何形狀，因此工程師需要先進行修補或者創(chuàng)建一個輔助曲面來一個個封閉它們。但如果這個零件的槽，孔和間隙非常多，工程師就至少得花好幾天的時間。針對這種情況，中望3D獨有的混合建模技術(shù)則可以識別出來，無論是實體或者非實體。因此，刀具在切割零件時，就能自動繞過孔或槽，從而大幅度節(jié)省工作時間。另外，在進行編程和實體仿真的過程中，實體模型無論是否完整或者有間隙，刀軌檢查和刀具路徑都能照常運作。

　　圖 7 混合建模技術(shù)能實現(xiàn)刀具自動繞過間隙

　　通過混合建模技術(shù)，工程師不用先考慮需要處理的模型是不是實體?？傮w而言，它的優(yōu)勢不僅僅只是讓產(chǎn)品設(shè)計環(huán)節(jié)更加流暢，延伸到模具設(shè)計、生產(chǎn)制造整個流程，所有工作都可以更加簡單、高效。

　　圖 8 混合建模技術(shù)有助于減少設(shè)計到制造的對接工作

　　3.3 滿足3D打印前端設(shè)計需求

　　經(jīng)過十幾年的研究和發(fā)展， 3D打印技術(shù)日漸成熟，它可以激發(fā)人們創(chuàng)造出更獨特和有意義的產(chǎn)品。與專業(yè)的制造領(lǐng)域不同，3D打印未來的發(fā)展趨勢就是更加“親民”——沒有專業(yè)CAD / CAM軟件知識背景的用戶，也會通過3D設(shè)計和3D打印來完成生活用品。目前微軟已在Windows 8.1中開發(fā)了一款基礎(chǔ)的三維打印應(yīng)用，但還是遠遠不夠。如果沒有專業(yè)背景的用戶想輕松設(shè)計出三維模型，就必須要求軟件易學易用且功能指引非常清晰，還必須兼容Windows 8系統(tǒng)和采用Ribbon界面來適應(yīng)操作習慣。上述所說的要求，中望3D靈活的混合建模技術(shù)都已經(jīng)滿足，不需要像實體建模或者曲面建模那樣必須先掌握復雜的理論概念。例如你通過導角命令可以在實體或者曲面上快速增加一個圓角，或者把實體模型的面去掉輕松轉(zhuǎn)化為一個曲面，所有的操作都非常人性化。

　　圖 9 最流行的Ribbon交互界面

　　3.4 輕松完成復雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　通過混合建模，實體和曲面都可以進行布爾運算，讓你有更多的時間用于尋找創(chuàng)意和靈感。如圖10所示的復雜設(shè)計，單憑曲面建模需要更多的步驟來創(chuàng)建細節(jié)結(jié)果，但是混合建模允許你在創(chuàng)建主體曲面的同時，通過使用實體進行布爾運算就可以完成所需的效果。

　　圖 10 通過布爾運算實現(xiàn)實體轉(zhuǎn)化為曲面

　　基于中望3D的OverdriveTM內(nèi)核，混合建模技術(shù)的優(yōu)勢能夠延伸到其他功能，讓設(shè)計更加簡單操作。例如，更強大的變形功能，無論是實體或曲面都可以附著到模型上，從而能夠隨意改變形狀和進行纏繞，快速創(chuàng)建出不同特征的零件?；旌辖碛凶寣嶓w和曲面自由交互的優(yōu)勢，給工程師提供無以比擬的專業(yè)設(shè)計工具。

　　圖 11 變形纏繞功能讓讓設(shè)計化繁為簡

　　4、未來三維建模技術(shù)的發(fā)展

　　跟實體建模和曲面建模相比，混合建模同樣可以完成相同的效果，還能做到前兩者做不到的事情，因此擁有更多潛力和可能性待挖掘。今時今日，人們越來越青睞于更具創(chuàng)意、美感的外觀設(shè)計，混合建模技術(shù)消除了軟件操作的繁瑣，留給你更多創(chuàng)想的時間。

　　未來，將會涌現(xiàn)更多新技術(shù)幫助工程師或者設(shè)計師有更多余力專注于創(chuàng)意本身，更從容地應(yīng)對市場挑戰(zhàn)。但總而言之，三維建模技術(shù)是基礎(chǔ)，而其中混合建模則是集實體建模和曲面建模兩家之長，相信未來將成為工業(yè)設(shè)計的主流三維建模技術(shù)，持續(xù)引領(lǐng)三維設(shè)計軟件的發(fā)展趨勢。