第5章 曲面建模——自由曲面的创建

5.1 曲面基础
5.1.1 基本术语
首先我们来熟悉一下在曲面构造过程中经常遇到的 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”。
5.2.2 “从极点”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 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，这里不再讲述，设置好后单击“确定”按钮， 将弹出点对话框。
第5章 曲面建模 ——自由曲面的创建
教学目的与要求：
了解UG曲面构造技巧及曲面建模的一般过程，学习曲面的创建。 了解点构造曲面及自由曲面形状的创建方法。 掌握直纹、扫掠、通过曲线组、通过曲线网格等常用曲面的创建。
教学重点与难点：
通过曲线构造曲面 点构造曲面 自由曲面形状
本章知识点
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实体。 U方向和V方向：U方向指曲面的行所在的方向； V方向指曲面列所在的方向。
阶次：指描述曲面参数方程的次方数。
5.1.2 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。
曲面基础
基本术语 曲面构造技巧 曲面命令 曲面建模的一般过程
点构造曲面
“通过点”构造曲面 “从极点”构造曲面 “从点云”构造曲面
通过曲线构造曲面
“直纹”构造曲面 “通过曲线组”构造曲面 “扫掠”构造曲面 通过曲线网格 截面 N边曲面

自由曲面形状
艺术曲面 四点曲面 整体突变 X成形 片体变形 剪断曲面 在曲面上绘制曲线
由极点构成的曲面
5.2.3 “从点云”构造曲面
“从点云”构建曲面的方式主要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”方式创建曲面类似， “从点云”方式同样需先创建点，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）。
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 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
5.3.2 “通过曲线组”构造曲面
打开本书光盘提供的素材 文件5-3-2-qxz-sc.prt
5.1.3 曲面命令
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， “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。
5.1 4 曲面建模的一般过程
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。
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单击“曲面”工具条中的 “通过点”按钮，打开 “通过点”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
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在打开的“过点”对 话框中单击“全部成 链”按钮
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在弹出“指定点”对话框后 分别单击步骤1中设定的每个 链的第一个和最后一个点
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选取曲面的控制点后弹出第 二个“过点”对话框，单击 “所有指定的点”按钮，完 成曲面的生成
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打开本书光盘的实例文件54-pdl-sc.prt，然后单击“曲 面”工具条中的“扫掠”按 钮，打开“扫掠”对话框
连续单击选择 “皮带轮”的 “横截面”曲线， 然后单击“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”
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在“扫掠”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”
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5.5.2 四点曲面
单击“自由曲面形状”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
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”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
5.3.4 通过曲线网格
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。
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5.3.3 “扫掠”构造曲面
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打开本书光盘提供的素材文 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
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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”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
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，以便后续的工 作。 3.构造曲面的曲线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。
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单击“曲面” 工具条中的 “通过曲面组” 按钮，打开 “通过曲线组” 对话框
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选择底面的直线，然后单击“通 过曲线组”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，其曲线方 向要和底面直线的曲线方向一致
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”按钮生成 曲面
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
5.3 通过曲线构造曲面
5.3.1 “直纹”构造曲面
打开本书光盘提供 的素材文件5-3-1zwqx-sc.prt 单击“曲面”工具条中 的“直纹”按钮，打开 “直纹面”对话框
5.5.3 整体突变
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单击“自由形状曲面” 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
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
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选择一条曲线（在此曲线的左 边单击），曲线被选取后会显 示曲线方向标志
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单击“直纹面”对话框中的“截面线串2”按钮，再选择 另一条曲线（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
5.2 点构造曲面
5.2.1 “通过点”构造曲面 1 单击“曲线”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）
“通过曲线网格”对话框
生成曲面
5.3.5 截面
创建截面可以理解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。
生成曲面 “剖切曲面”对话框
生成曲面
生成曲面
5.3.6 N边曲面
N边曲面用于创建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”对话框
5.4 上机实践——创建皮带轮
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在“设置”标签栏中勾选“保留形状” 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
5.5 自由曲面形状
5.5.1 艺术曲面 2
打开本书光盘提供的素材文件5-5-1-ysqmsc.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
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 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
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5.5.4 片体变形
打开本书光盘提供的素材 文件5-5-4-ptbxqmsc.prt，单击“自由形状 曲面”工具条中的“片体 变形”按钮，打开“使曲 面变形”对话框
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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 改变曲面的形状