第4章_三维几何造型技术
《设计三大构成》第四章
竹、木、藤材是天然的绿色造型材料，它们具有易加工、可涂饰、材质轻、 柔韧性好、拉伸强度大、外表美观、耐冲击等优点，且对热、电和声音有较好的 绝缘性。尤其是它们所独有的自然纹理，充满自然气息，被广泛地应用于建筑和 家居生活中。竹、木、藤材的常用加工方法有雕刻、刨削、弯曲、组合等。
竹木藤 加工
非连续性面材的 构成
插接 构成
插接构成是指在单元面材上切出插缝，然 后互相插接，形成立体形态。插接构造易于成 型，易于拆卸和加工，便于运输，能节约材料 和成本，所以在现实生活应用较为广泛。
非连续性面材的 构成
层面 排列
层面排列是用面材按比例有序排列组合成 的形态。在层面排列中，面与面是等距离重叠 排列的，以便组成块的感觉。此外，面材还可 以进行大小、形状、方向等方面的渐变，以突 出表现逐层渐变的排列效果。层面排列造型含 蓄而巧妙，具有节奏感和韵律美感。
四、比例与尺度
比例是指构成元素的部分与部分，或部分与整体之间的和谐数量关系。人们一致公 认最美的比例是黄金分割，即1∶0.618。其次，等比例如1∶1、2∶2等，调和数列比例 如1、1/2、1/3、1/4、1/5……1/n等都是较美观的比例。
尺度没有准确的数值，是一定范围内的尺寸，重在把握形态之间的度，以人的视觉 感受的合理性和审美性为原则。在设计中可以打破常规尺寸做出大胆的尝试，会产生特殊 的、夺人眼球的视觉效果。
点
立体构成中的线具有长短、粗细、疏密、方向和形 状的变化。线与线之间还可以通过不同的组合形式，如 垂直、交叉、回旋、框架、转体、扭结、缠绕和绳套等， 产生丰富的形态。利用这些组合形式，可以创造出具有 节奏感和韵律感的立体构成作品。
线
立体构成中的面具有长度、宽度、色彩、肌理、形 状和质感的变化。在立体构成作品中，面的组合形式主 要有弧面弯曲、平面与曲面交错、多种形态的面混合等。
工程机械CAD_CAM课后习题答案
⼯程机械CAD_CAM课后习题答案第⼀章概述1．简述产品设计制造的⼀般过程。
答：CAD/CAM系统是设计、制造过程中的信息处理系统，它主要研究对象描述、系统分析、⽅案优化、计算分析、⼯艺设计、仿真模拟、NC编程以及图形处理等理论和⼯程⽅法，输⼊的是产品设计要求，输出的是零件的制造加⼯信息。
2．简述CAD/CAM技术的概念、狭义和⼴义CAD/CAM技术的区别与联系。
答：CAD/CAM技术是以计算机、外围设备及其系统软件为基础，综合计算机科学与⼯程、计算机⼏何、机械设计、机械加⼯⼯艺、⼈机⼯程、控制理论、电⼦技术等学科知识，以⼯程应⽤为对象，实现包括⼆维绘图设计、三维⼏何造型设计、⼯程计算分析与优化设计、数控加⼯编程、仿真模拟、信息存贮与管理等相关功能。
区别：⼴义的CAD/CAM技术，是指利⽤计算机辅助技术进⾏产品设计与制造的整个过程，及与之直接和间接相关的活动；狭义的CAD/CAM技术，是指利⽤CAD/CAM系统进⾏产品的造型、计算分析和数控程序的编制联系：⼴义的CAD/CAM技术包容狭义的CAD/CAM技术3．传统的设计制造过程与应⽤CAD/CAM技术进⾏设计制造的过程有何区别与联系？答：区别：传统的设计与制造⽅式是以技术⼈员为中⼼展开的，，产品及其零件在加⼯过程中所处的状态，设计、⼯艺、制造、设备等环节的延续与保持等，都是由⼈⼯进⾏检测并反馈，所有的信息均交汇到技术和管理⼈员处，由技术⼈员进⾏对象的相关处理。
以CAD/CAM技术为核⼼的先进制造技术，将以⼈员为中⼼的运作模式改变为以计算机为中⼼的运作模式，利⽤计算机存贮量⼤、运⾏速度快、可⽆限期利⽤已有信息等优势，将各个设计制造阶段及过程的信息汇集在⼀起，使整个设计制造过程在时间上缩短、在空间上拓展，与各个环节的联系与控制均由计算机直接处理，技术⼈员通过计算机这⼀媒介实现整个过程的有序化和并⾏化。
联系：制造过程的各个环节基本相同。
4．简述我国CAD/CAM技术发展的过程与特点。
第四章 立体构成的造型形式与方法
thanks
（二）累积构造
把硬线材一层层堆积起来，且可以任意改变的构造称累积构造。与框架构造不同的是， 其节点是松动的滑节，材料之间只靠接触面间的摩擦力维持形体。累积构造能承受上面的 压力，若横向受力则很容易倒塌。
（三）线层结构
线层结构是指将硬线材按一定方向、层次有序排列而形成的具有不同节奏和韵律的 空间立体形态。在线层结构中，线材可以在大小、方向、位置上进行渐变，其造型变 化多端。
（二）软线材
软线材构成的立体看似轻巧却有较强的紧张感，如自然界中典型的软线材形态— 蜘蛛网。
二、线材的构成形式
（一）连续构成
（二）累积构造
（三）线层结构
（四）框架结构
（五）拉伸结构
（六）线织面结构
（七）编结结构
（一）连续构成
线材的连续构成分为限定构成和自由构成两种形式。限定构成是由控制点运动的 范围来确定其形态；自由构成是不限定范围，以连续的线做自由构成，使其产生连续 的空间效果。表现对象可以是具象的，也可以是抽象的。
（五）拉伸结构
拉伸结构是指利用线材产生强反抗力的原理来制作立体造型的。使用拉伸结构时， 支架和底座要牢固，能承受拉伸的力量，不会变形和晃动。拉伸结构具有较强的视觉 力度感和形态美感。
（六）线织面结构
线织面是指由直线构成的曲面，如圆锥体面、圆柱体面、螺旋体面等。其中，构成 曲面的直线称为母线。以基本线织面为基础，加上连接位置差异、运动方向变化等可 得到变化无穷的线织面。
2．几何多面体的变异加工 在几何多面体的基础上，采用多种加工方法对多面体的表面进行处理，如对多面体 进行顶角加工、凹凸加工、表面切割和边缘处理，可以创造出丰富的立体形态。
第四节 块材立体构成
一、单体构造 二、块体的积聚构成
SolidWorks三维设计及应用教案
CAD软件大致可分为高端UNIX工作站CAD系统,中端Windows微机CAD系统和低端二维微机CAD系统等三类。 （1）高端UINX工作站CAD系统 这类系统的特点是，UNIX操作系统为支撑平台，从50年代发展至今，产生了许多著名的软件。目前，这类系统中比较流行的有：PTC公司的Pro/Engineer软件、SDRC公司的I-DEAS软件和EDS公司的UG软件。 （2）中端微机的CAD系统 随着计算机技术的发展，尤其是微机的性能和Windows技术的发展，已使微机具备了中低档UNIX工作站的竞争的实力，也使基于Windows技术的微机CAD系统迅速发展。目前，国际上最流行的有SolidWorks公司的SolidWorks软件，UG公司的SolidEdge软件和Autodesk公司的MDT软件等，国内也推出清华CAD工程中心的GEMS，浙大大天公司的GSMASD，北京巨龙腾公司的龙腾CAD，北京爱宜特公司的Micro Solid、江苏杰必克超人CAD/CAM以及华正公司的CAXA-ME。 （3）低端CAD系统——二维CAD系统 纯二维CAD系统在国外已经不多，真正有名的是Autodesk公司的AutoCAD软件。AutoCAD 提供一套丰富的设计工具，嵌入的Internet技术和具有创新性的Objict ARX、Autolisp及VBA编程语言能够帮助开发人员和用户按他们的特定需求控制软件，可对多个图形文件同时进行操作，支持多任务设计环境（MDE）。
课程介绍
本课程的性质和任务 本课程的内容和学习方法
教学内容
学时分配
概述
2学时
第1章 零件参数化设计
10学时
第2章 虚拟装配设计
8学时
第3章 工程图
10学时
第4章 虚拟样机技术
三维造型方法概述
三维造型方法概述
三维造型方法是一种在计算机图形学中广泛使用的技术，用于创建和表示三维对象。
以下是一些常用的三维造型方法：
1.几何造型法：这是早期的一种方法，主要通过一些基本几何元素（如点、线、面、体等）来构造三维模型。
这种方法虽然简单，但表达能力有限，对于复杂的模型构建效率较低。
2.边界表示法：这种方法将三维模型表示为一系列的边界曲线和曲面，每个边界都由一组参数化的曲线和曲面定义。
这种方法表达能力较强，但计算复杂度较高。
3.构造实体几何法：这是一种基于集合运算的方法，通过一组基本几何元素的布尔运算来构造三维模型。
这种方法表达能力较强，计算效率较高。
4.参数化造型法：这种方法通过一组参数来定义三维模型的形状，参数之间存在一定的约束关系。
这种方法表达能力较强，但计算复杂度较高。
5.自由造型法：这是一种基于用户交互的方法，用户可以通过鼠标或触摸屏等设备直接在计算机图形界面上进行
操作，构建三维模型。
这种方法表达能力较强，但需要一定的计算机图形学知识。
以上这些方法各有优缺点，适用于不同的应用场景。
在实际应用中，通常会根据具体需求选择合适的方法。
三维几何建模技术
局限性
无法观察参数的变化，不可 能产生有实际意义的形体
不能表示实体、图形会有 二义性 不能表示实体 只能产生正则形体 抽象形体的层次较低
实体模型
4.3 实体模型的构造方法
常常是采用一些基本的简单的实体（体素），然后 通过布尔运算生成复杂的形体。 实体建模主要包含两个方面的内容：体素的定义与 描述，体素之间的布尔运算。 体素的定义方式有两类： １）基本体素 可以通过输入少量的参数即可定义的体素。 ２）扫描体素 又可分为平面轮廓扫描体素和三维实体扫描体 素。平面轮廓扫描法是一种将二维封闭图形轮廓，沿指 定的路线平移或绕一个轴线旋转得到的扫描体，一般使 用于回转体或棱柱体上。
E:{E1, E2, E3, E4}
E2
V1 F1 E
E1
F2
E E3 V2
E
E4
4.2 几何建模技术
• 几何建模系统分类 （1）二维几何建模系统 （2）三维几何建模系统 • 根据描述方法及存储的几何信息、拓扑信 息的不同，三维几何建模系统可分为三种 不同层次的建模类型： 线框建模、表面建模、实体建模。
产品建模的步骤：
现实物体
抽象化
想象模型
格式化
信息模型 具体化 计算机内部模型
4.1 几何造型技术概述
产品建模技术的发展 20世纪60年代 几何建模技术产生 初始阶段主要采用线框结构，仅包含 物体顶点和棱边的信息。线框建模 表面建模，增加面的信息。
20世纪70年代
20世纪70年代末 实体建模，包含完整的形体几何信 息和拓扑信息。
4.2 几何建模技术
1）顶点坐标值存放在顶点表中； 2）含有指向顶点表指针的边表，用来为多边形的每 条边标识顶点； 3）面表有指向边表的指针，用来为每个表面标识其 组成边。
CAMCAD考试题
CAMCAD考试题机械CAD/CAM习题第一章 CAD/CAM技术概述选择题1．下述CAD/CAM过程的操作中，属于CAD范畴的为（ A ）。
CAD范畴几何造型工程分析仿真模拟图形处理A.模拟仿真B.CAPPC.数控加工D.GT2.下述CAD/CAM过程的操作中，属于CAD的范畴的是（ D ）。
A.CAPP B．CIMSC．FMS D．几何造型3．以下不属于CAD/CAM系统的基本功能的是（D ）。
人机交互图形显示存储输入输出A.图形显示功能B. 输入输出功能C. 交互功能D. 网络功能4. 以下不属于输出设备的是（ A ）A. 操纵杆B. 打印机输入设备：操纵杆光笔数字化仪鼠标键盘C. 绘图机D. 显示器输出设备：绘图仪图形终端打印机硬盘机磁带机5. 以下软件中，（ C ）是操作系统。
A. Word2000B. Autocad 几何建模工具SOLIDworks/dge pro/e ug-iiC. Windows95D. Pro-E 操纵系统Windows98 Windows2000 WindowsNT PCDOS6. 计算机辅助制造进行的内容有（ C ）（工程绘图几何建模计算分析优化设计有限元分析计算机辅助工艺设计数控编程动态仿真计算机辅助测试技术工程数据管理）A. 进行过程控制及数控加工B. CADC. 工程分析D. 机床调整7.应用软件是在操作系统、( C )基础上针对某一专门的应用领域而研制的软件.A. CAD 软件B. CAM软件编译系统 D. 支撑软件 C.8．（ D ）是CAD/CAM系统的核心。
A. 系统软件B. 支撑软件C. 应用软件D. 数据库9.机械CAD/CAM系统中，CAE是指（ C ）。
A.计算机辅助设计B.计算机辅助制造C.计算机辅助工程分析D.计算机辅助工艺过程设计10.把CAD和CAM的信息连接起来，实现CAD/CAM一体化的关键性中间环节是（ C ）A. CADB. CAMC. CAPPD. CAE填空题：1.CAD/CAM系统是由: 人、硬件和软件组成。
第4章产品形态的造型设计方法
按照仿生的手法分：具象仿生设计、抽象仿生设计、综合仿生设计等。
按照仿生的结果分：生活用品的仿生和生产用品的仿生等。
按照仿生的原理分：感性仿生、理性仿生、科学仿生等。
四、产品形态的造型设计方法
4.2.1 造型仿生设计
美国纽约肯尼迪机场候机楼的设计
四、产品形态的造型设计方法
柳宗理设计的蝴蝶椅，这款椅子的 设计灵感来自大自然中蝴蝶生动美 妙的形象，抓住蝴蝶两只翅膀的体 态特征，将弧线和直线完美结合， 通过简洁的设计语言对蝴蝶进行仿 生，使真正的蝴蝶和仿生的蝴蝶形 成鲜明对比，整体造型表现出一种 生动的律动。
孔雀椅是由德罗尔·本舍齐特设 计。德罗尔从“孔雀开屏”得到 创作灵感。这款独特的椅子不使 用任何拼接，简单的三片毛毯， 一个小小的金属支架，尽显造型 的优雅与大气，这款椅子共有翡 翠绿、黄绿、紫罗兰和宝石蓝等 色彩选择。
四、产品形态的造型设计方法
• 隐形色彩仿生被广泛的运用到迷彩服以及各种伪装中，通过不同色彩的运用体现一种 色彩仿生同环境的融合过程。
• 另一种情况下，色彩仿生设计在家具中的应用是用户对于更高的趣味性、视觉感受的 追求。在快节奏的现代生活中，人们越来越追求回归自然、亲近自然的田园生活，在家具 设计中也大胆运用色彩仿生，利用有限的空间进行对大自然的体验。
四、产品形态的造型设计方法
4.1.2 圆形的联想训练
圆形本身具有完整、回归、统一的结构视觉感，能够给人以饱满、紧密、充实、团 结的心理感应。在中国元素里，圆形更是被赋予吉祥之意，寓意着圆满、和谐、团圆、 幸福。圆形的联想训练。
四、产品形态的造型设计方法
4.1.3 三角形的联想训练
造型技术PPT课件
就是由图素和门电路规则来定义的。
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5
下图中的触发器是更高层次的逻辑电路图段。
例：门电路 基本图素
≥1
基本图段
≥1
S
R
图4-1 或非门电路构成的R-S触发器
图素+门电路规则 =〉基本图段
图素 + 基本图段 + 门逻辑连接规则 =〉逻辑电路图段
…
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6
图素或体素用数据来描述，段用规则来描述。，由 规则最终可以找出形成它的所有的基本元素。 段一般具有三个特性：
直角坐标系 仿射坐标系 圆柱坐标系 球坐标系 极坐标系
建模坐标系 (Modeling Coordinate System):
规格化的设备坐标 设备坐标系
图4-4 坐标系的分类
定义基本图素和图 段，有各自的坐标 原点和长度单位。 可调用到用户坐标 系指定位置。
16
4.1.3 坐标系
坐标系
2021/4/8
2021/4/8
(b) 有悬边
(c)一条边有两个以上 的邻面（不连通）
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4.1.6 正则集合运算
集合运算（并、交、差）是构造形体的基本方法。 有效实体的封闭性: 一个有效的实体经过一系列的
集合运算之后，仍然为一个有效实体。
集合运算应用于有效实体的运算：？？？
正则形体经过集合运算后，可能会产生悬边、悬面 等低于三维的形体
图形信息=几何信息+拓扑信息。 基本拓扑实体（Entity）：点，线，环，面，体 点（Vertex）：顶点的位置用（几何）点（Point）来表示。
一维空间的点用一元组{t}表示； 二维空间中的的点用二元组{x,y}或{x(t),y(t)}表示； 三维空间中的点用三元组{x,y,z}或{x(t),y(t),z(t)}表 示。 n维空间中的点在齐次坐标下用n+1维表示。
机械CAD习题03
机械CAD/CAM习题第一章CAD/CAM技术概述选择题1．下述CAD/CAM过程的操作中，属于CAD范畴的为（）。
A.模拟仿真B.CAPPC.数控加工D.GT2.下述CAD/CAM过程的操作中，属于CAD的范畴的是（）。
A.CAPP B．CIMSC．FMS D．几何造型3．以下不属于CAD/CAM系统的基本功能的是（）。
A.图形显示功能B. 输入输出功能C. 交互功能D. 网络功能4. 以下不属于输出设备的是（）A. 操纵杆B. 打印机C. 绘图机D. 显示器5. 以下软件中，（）是操作系统。
A. Word2000B. AutocadC. Windows95D. Pro-E6. 计算机辅助制造进行的内容有（）A. 进行过程控制及数控加工B. CADC. 工程分析D. 机床调整7.应用软件是在操作系统、( )基础上针对某一专门的应用领域而研制的软件.A. CAD 软件B. CAM软件C. 支撑软件D. 编译系统8．（）是CAD/CAM系统的核心。
A. 系统软件B. 支撑软件C. 应用软件D. 数据库9.机械CAD/CAM系统中，CAE是指（）。
A.计算机辅助设计B.计算机辅助制造C.计算机辅助工程分析D.计算机辅助工艺过程设计10.把CAD和CAM的信息连接起来，实现CAD/CAM一体化的关键性中间环节是（）A. CADB. CAMC. CAPPD. CAE填空题：1.CAD/CAM系统是由: 、和组成。
2. CAD是英文的缩写。
3.CAD/CAM计算机系统的硬件包括、、、和等。
4. 中央处理器主要包括、和各种寄存器。
5. 根据CAD/CAM系统中执行的任务及服务对象的不同，可将软件系统分为、和三个层次。
6.计算机辅助设计与计算机辅助制造简称__________.7.CAD/CAM软件系统可以分为系统软件、支撑软件、__________.8.CAD/CAM 系统的主要任务是_________. ________. __________.__________. _________. _________. ________. _______. ________ 。
第4章 几何造型方法
表示12条边。为了表示立方体的空间位置，用表的形式表示顶点坐标和棱线， 图素的可见性用属性表示，0代表可见，1代表不可见。
（a）立方体 （b）顶点表 （c）棱线表 图4.4 立方体线框模型设计结构
综上所述线框模型具有11
(d)
表面模型的优点：能实现消隐、着色、表面积计算、两个曲面
的求交、数控刀具轨迹生成、有限元网格划分等功能。此外， 擅长构造复杂的曲面物体，如模具、汽车、飞机等表面。 缺点：只能表示物体的表面及其边界，不能进行剖切，不能计 算物性，不能检查物体间碰撞和干涉。
曲面模型是CAD软件技术发展的产物，具有很好的使用价值。 很多的复杂零件采用曲面模型进行描述，如汽车车身、飞机 零部件、模具等。曲面模型是把由高级曲线（包括样条曲线、 贝塞尔曲线等）构成的封闭区域作为一个整体，从而创建曲 面模型。常见的曲面模型有贝塞尔曲面、样条曲面、NURBS 曲面等，如下图所示。
1
X1 x2 x2 x2 x2 x2 x2 x2
y1 y2 y2 y2 y2 y2 y2 y2
Z1 Z2 Z3 Z3 Z3 Z3 Z3 Z3
2
2 6 7 3
3
6 5 8 7
4
1 4
8
4
5
图4.3
双链三表数据结构
4.2 线框模型
线框模型通过顶点和棱线（直线、曲线）描述物
体的外形，在计算机内生成二维或三维图像。这种模
7）线框模型不能用来计算物体的几何特性。 由于线框模型仅仅提供顶点和棱线信息，无法计算物体的面积、 体积、重量、惯性距等特性。线框模型所有的棱线都是可见的， 所以不能实现消隐处理、剖切处理、两个面的求交处理，也无 法实现CAM、CAE的操作。 8）缺乏有效性。 线框模型的数据结构表达的是顶点和棱线的约束条件，缺少边 与面、面与面、面与体之间的关系信息，即拓扑信息，因此无 法构建有效的实体。 9）线框模型不能表达复杂物体。 线框模型只能表达简单的平面立体和曲面立体。对于简单曲面 立体，其棱线无法用几个顶点坐标表示，对于棱线表达带来一 定的困难，必须借助辅助线完成。对于复杂立体无法用线框模 型描述。
chap三维造型技术分形造型学时实用
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3 分形的分类
• 不变分形集 • 由非线性变换形成
• 自平方分形(Self-squaring) • 自逆分形(Self-inverse)
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分形造型
• 基本概念 • 分形的生成过程 • 分形的分类 • 分形造型
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4 分形造型
• 重构方法的分类 • 从物体3D表面数据重构 • 从2D投影图重构
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其他造型方法
• (1)从物体3D表面数据重构 • 主要用于考古文物复制、假肢制作、仿生外形设计等 • 重构的分类
• 基于规则数据 • 基于完全散乱的数据
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其他造型方法
• 重构的一般步骤 • 拓扑重建多边形网格 • 网格优化构造质量更优或规模更小的网格，同时保持拓扑不变，满足几何精度要求 • 几何重建重建光滑的曲面
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模拟火焰的效果
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模拟水的效果
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谢谢
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感谢您的欣赏！
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其他造型方法
• 三维重构 • 自由形状变形 • 粒子系统
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其他造型方法
• 三维重构（也称曲面重建）
• 是获取物体表面的3D数据，或根据物体的2D投影数据自动构造物体3D几何信息与拓扑信息，并建立物体 的数字模型的过程
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设计构成第四章 立体构成
6．线织面构成 线织面构成是指由直线构成的曲面，如圆锥体面、圆柱体面、螺旋体面等。以基 本线织面为基础，加上连接位置差异、运动方向变化等可得到变化无穷的线织面，如 下图所示。
三、面材的立体构成
（一）连续性面材构成
连续性面材构成是使用一个单独的面做起伏、卷曲、折叠、翻转等变化。不管面 形是几何形还是自由形，也不管造型是富有规律还是随意，连续性面材构成都能够体 现出面本身的连续意义，如下图所示。
（2）破坏 破坏有可能是破旧立新，也可能是对美好事物的损坏。破坏的力量来自于外力， 如撞击、火烧、冲击、腐蚀等。破坏所产生的新形态往往能产生令人震惊的视觉美感， 如下图所示。
（3）切割移位 形体的切割移位是指将基本形打散后再进行移位重新组合，以探索部分与整体间 的关系；或者将形体进行切割，来探索实体与空间的关系。切割移位后形成的新形态 具有更强的视觉吸引力，如下图所示。
特异韵律是在规律的变化中寻求突破，以造成视觉上的跳跃感，产生奇特的效果， 有强调的作用，如下图所示。
四、稳定与轻巧
立体形态中的稳定体现在物理稳定和心理稳定两个方面。物理稳定是指立体重心 落在合适的位置上，符合了稳定的条件，物体才不会倾倒，如下图（左）所示。心理 稳定是指立体外观的量感重心满足了人们视觉上的稳定感觉，它是人们心理需求的一 种反映，是一种主观的视觉重心的确定，如下图（中）所示。一般来说，当物体重心 位于物体总高的三分之一以上时，会给人以轻巧感，显得优雅、从容，如下图（右） 所示。
第三节 立体构成的造型形式与方法
一、半立体构成 二、线材立体构成 三、面材立体构成
四、体块立体构成 五、综合立体构成
一、半立体构成
（一）半立体构成的抽象表现
1．切折 切折是指将一个平面通过切、折两种手段形成半立体造型的构成手法。其制作简 单却富于变化。以纸材为例，常见的切折形式有不切多折、一切多折与多切多折，如 图下图所示。
数字化设计与制造苏春版课后答案
《数字化设计与制造》第一章数字化设计与制造技术引论1、数字化开发技术包含哪些核心技术。
以CAD、CAE、CAPP、CAM 为基础、为核心2.产品数字化开发的主要环节。
3.数字化设计、数字化制造、数字化仿真的内涵。
数字化设计与制造涵盖：数字化设计（DD）CAD ：概念化设计、几何造形、工程图生成及相关文档CAE ：有限元分析（FEM ）、优化设计DS :虚拟装配、运动学仿真、外观效果渲染等等数字化制造（DM）CAPP ：毛坏设计、加工方法选择、工艺路线制定、工序设计、刀夹具设计CAM : NC图形辅助编程（GNC）、加工仿真检验数字化制造资源管理（MPR、ERP）数字化设计与制造数字信息集成管理「0乂、CIMS、PLM）4.产品的数字化开发技术与传统的产品开发技术相比，有哪些区别，有哪些优点？产品的市场竞争：产品的的复杂性不断增加（功能综合）产品的生命周期不断缩短,开发周期短产品的设计风险增加社会环境对产品的影响现代好产品的标志：TQCSE（T时间更短Q质量更好C成本更低S服务质量更好E更环保） 5、与传统的产品设计与制造方法相比，数字化设计与制造方法有哪些优点？提高设计效率，改进设计质量，降低产品的开发成本、缩短开发周期，改善信息管理，提高企业的竞争力第三章数字化设计与制造系统的组成1.数字化设计与数字化制造技术大致经历了哪些发展阶段？有哪些发展趋势准备及酝酿阶段（20世纪50年代）：出现数控机床；为数控机床开发自动编程工具语言APT2D时代（20世纪60年代）：计算机辅助绘图，提高绘图质量和效率；方便图纸管理；平面分析计算CAD/CAM 一体化（20世纪70-80年代）：3D建模统一数字模型；CAE广泛应用；CAD、CAM通过；无图纸生产；数字信息交换接口数字信息集成管理（90年代开始）：产品信息、数据集成管理PDM，智能化，分布式网络化工叫$，PLM数字化设计与制造技术的发展趋势：利用基于网络的CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM 集成技术,以实现全数字化设计与制造CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM 技术与ERP、SCM、CRM结合，形成企业信息化的总体构架通过InternetIntraneS £乂仃@联将企业的各种业务流程集成管理虚拟工厂、虚拟制造、动态企业联盟、敏捷制造、网络制造以及制造全球化 2、数字化设计与制造系统的支撑软件组成。
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CSG法具有记录产生实体的过程的优点，便于交、并、差运算等优点，缺点在 于对物体的记录不详细。
从中可以看出CSG法的缺点是B-Rep法的优点，而B-Rep法的缺点是CSG法的优点， 如果将它们混合在一起发挥各自的优点克服缺点，这就是混合模型的思想。混合 模型可由多种不同的数据结构组成，以便于相互补充和应用于不同的目的。目前 应用最多的还是B-Rep与CSG混合，基本方法是在原有的CSG树的非终端结点上扩 充一级B-Rep的边界数据结构，该结构就可以存储一些中间结果。通常情况下终 端结点就是B-Rep结构就不用再扩充了，但若在非终端结点有体素布尔运算的结 果，在CSG树则没有B-Rep表示的方式，故在CSG树中扩充B-Rep，以便提供构成新 实体的边界信息。
精品课件
4、几何信息和拓扑信息
几何元素： 点、线(直线/曲线)、 面(平面/曲面)
计算机模型
几何信息 拓扑信息
几何信息： 描述形体的大小、位 置、形状等
拓扑信息： 描述形体的表面、棱
边、顶点等相互间的
连接关系
精品课件
二、几何造型系统的三种模式 1、线框模型(Wireframe Model) 用顶点和边的有限集合来表示和建立物体的计算机模型。
• 几何造型中形体表示的各种方法，即如何在计算机 内描述一个形体的几何形状信息； • 研究一些关键算法； • 几何造型的工程应用:
（1）设计（剖切、物理性能计算、检查干涉等）
（2）图形（2D、装配和动画）
（3）制造（NC、工艺规程）
（4）装配（机器人识别、运动学） 精品课件
建模过程
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3、几何造型发展历史
CSG树是无二义性的，但不是唯一的，它的定义域取决于其所 用体素以及所允许的几何变换和正则集合运算算子。若体素是正 则集，则只要体素叶子是合法的，正则集的性质就保证了任何 CSG树都是合法的正则集。不便表达具有自由曲面边界的实体。
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(2) 形体的CSG表达
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(3) 边界表示法(Boundary Representation) 通过描述形体的边界来表示一个形体。
70年代初 70年代末 80年代 90年代至今
线框造型
Wireframe modeling
曲面造型
Surface modeling
实体造型 特征造型
Solid modeling
Feature mode2、曲面造型技术 3、实体造型技术 4、特征造型技术 5、参数化特征造型技术 …...
实体模型和曲面模型的区别
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三、三维实体表示方法 在实体模型的表示中，出现了许多方法，基本上可以分为： 空间分解表示（单元枚举、八叉树分解、单元分解等） 构造实体几何法（CSG） 边界表示法（B-rep）
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实体模型的表示方法有：
(1) 空间位置枚举法
将空间分割为许多细小 均匀的立方体网格，以物体 所占空间包含的小立方体单 元的三维体阵列形式来描述 物体的模型。方法简单、物 性计算方便，但所占存储空 间大。
机械CAD/CAM
主讲 沈精虎
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第四章
三维几何造型（建模）技术
1、三维几何造型基本概念 2、几何造型系统的三种模式
•Wireframe Model •Surface Model •Solid Model
3、三维实体表示方法 4、实体造型方法 5、参数化特征造型
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一、几何造型概述
1、什么是几何造型？ 能将物体的形状及其属性（颜色、纹理等）存储在 计算机内，形成该物体的三维几何模型的技术。 2、几何造型研究的主要内容：
每个物体都由有限个面构成，每个面(平面或曲面)由有 限条边围成的有限个封闭区域定义。
边界表示法有利于生成和绘制线框图、投影图、有
限元网格的划分和几何特性计算，容易与二维绘图
软件衔接。
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体
体由面围成
面
面由一个外环和n(n>=0) 个内环面围成
环
环由棱边围成
棱
棱边由点定义
点
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U 边界表示
(4) 混合模型
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2、曲面（表面）模型(Surface Model)
由有向棱边围成的部分来定义形体的表面，是在线框模型的基础上添加了面 信息和表面特征等内容。
可以满足面面求交、线面消隐、明暗处理和数控加工的要求。
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曲面造型研究的内容：
曲面的表示、分析和控制，以及由多个曲面块组合成 曲面等问题
曲面造型的特点：
（a）
2
6 3
77
2 33 5
011
（b）
（c）
具有子孙的节点 空节点 实节点
用八叉树表示形体
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(2) 形体的CSG表达
构造实体几何（CSG-Constructive Solid Geometry）表示: 用二叉树结构表达复杂的组合立体。二叉树的叶节点是预先定义 的一些基本几何体，如长方体、圆柱、圆锥、球等，其余节点是 并、交、差布尔运算方法的结果，此树的根节点就是要表示的实 体。 优点：形体结构清楚，表达形式具体直观，便于用户接受，容易 修改，且数据记录简练，可方便地转换成边界（B-rep）表示。 缺点：数据记录过于简练，CSG方法表示形体的覆盖域有较大的 局限性，对形体的局部操作不易实现，在对立体进行显示和分析 操作时，需要实时进行大量的重复求交计算，从而大大降低了系 统的工作效率。CSG方法的另一个缺点是不便表达具有自由曲面 边界的实体。
• 曲面所围成的容积的计算可自动进行，因而可以计算 模具的容积、制造一个产品所需原材料的体积和重量；
• 通过编程，可自动地把曲线网格分割成有限元网格；
• 能自动产生数控机床的加工指令(自动确定刀具的切割 路径)。 • 可以消隐，做明暗处理。 • 可以求两个面的交线。 精品课件
3、实体模型(Solid Model) 由若干个相互间具有一定拓扑关系的表面组成的闭包。 实体模型支持剖切、物性分析和有限元分析。 可把物体的无二义性的几何和拓扑信息贮存到计算机中， 从而可以自动进行真实感图像的生成和干涉检查。
线框模型在计算机内部是以点表和边表表达和存储的。
几何信息 精品课件 拓扑信息
几何信息
拓扑信息
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线框表示
歧义性 线框模型的优、缺点如下： 优点 ① 结构简单，计算机内部易于表达和处理；
② 模型所需要的几何信息就是线段端点坐标， 用键盘或文件输入。
缺点 ① 有歧义性，无深度信息； ② 不能进行物体几何特性(体积、面积、重量等)计算； ③ 不能表达表面上点的局部属性。 ④ 不便于消除隐藏线等；