一種高自由度的參數(shù)化曲面建模方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高自由度的參數(shù)化曲面建模方法，包括以下步驟：1）建立基本模型曲線(xiàn)，設(shè)置基本模型曲線(xiàn)的控制參數(shù)，用于控制曲線(xiàn)形狀、位置，2)建立函數(shù)曲線(xiàn)控制基本模型曲線(xiàn)參數(shù)的變化規(guī)律，3）從參數(shù)控制曲線(xiàn)上截取坐標(biāo)生成不同位置的模型曲線(xiàn)，4）通過(guò)多條不同位置不同形狀的基本模型曲線(xiàn)組合成一個(gè)Nurbs曲面，通過(guò)這種方法，在建立更復(fù)雜的曲面時(shí)，所需手動(dòng)設(shè)計(jì)更少，生成的曲面可控性更好，變形自由度更高，參數(shù)設(shè)置及控制更靈活，曲面的連續(xù)性、光順性質(zhì)量更高。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種高自由度的參數(shù)化曲面建模方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及曲面建模領(lǐng)域，尤其涉及一種高自由度的參數(shù)化曲面建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前的工業(yè)領(lǐng)域中，隨著對(duì)產(chǎn)品性能要求的提高，產(chǎn)品模型的復(fù)雜程度也越來(lái)越高，普通的模型造型已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足產(chǎn)品的性能需求，越來(lái)越多的復(fù)雜曲面被應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，如飛機(jī)、汽車(chē)、船舶、風(fēng)機(jī)、水栗等。但這些復(fù)雜曲面被廣泛運(yùn)用的的同時(shí)，也帶來(lái)各種技術(shù)難題，如曲面的建模難度增大、變形控制的難度增大。目前運(yùn)用較廣的如Pro-E、SolidWorks等三維建模軟件中，通常都是采用以點(diǎn)的形式建立曲線(xiàn)，再由曲線(xiàn)組合得到曲面的方法，而這些三維建模軟件建立復(fù)雜曲面時(shí)需要大量點(diǎn)、線(xiàn)數(shù)據(jù)，控制曲面變化時(shí)，控制曲面形狀只能通過(guò)修改組成曲面的不同位置曲線(xiàn)的形狀來(lái)實(shí)現(xiàn)，不僅造成曲面可控性差，變形自由度低，無(wú)法精準(zhǔn)的控制曲面上任意位置的形狀;而且參數(shù)設(shè)置方法少，無(wú)法給定曲面上從一個(gè)位置到另一個(gè)位置的變化規(guī)律，各位置的參數(shù)只能獨(dú)立變化，無(wú)法保證參數(shù)變化時(shí)曲面的平穩(wěn)光滑過(guò)渡。因此，傳統(tǒng)的三圍建模軟件需要手動(dòng)建立多個(gè)截面的型線(xiàn)，且無(wú)法簡(jiǎn)單的控制各條型線(xiàn)之間的參數(shù)關(guān)系，生成曲面之后也無(wú)法簡(jiǎn)單方便的調(diào)整，建立一些復(fù)雜曲面時(shí)，手動(dòng)設(shè)計(jì)增加，導(dǎo)致勞動(dòng)成本的增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種高自由度的參數(shù)化曲面建模方法，能夠得到通過(guò)調(diào)整參數(shù)控制曲線(xiàn)就能任意調(diào)整曲面形狀的曲面，能保證整個(gè)曲面形狀與設(shè)置好的參數(shù)化變化規(guī)律一致，這種方法生成的曲面，曲面的連續(xù)性、光順性質(zhì)量更高。
[0004]為達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:一種高自由度的參數(shù)化曲面建模方法，其特征在于，包括以下步驟:I)建立基本模型曲線(xiàn)，設(shè)置基本模型曲線(xiàn)的控制參數(shù)，用于控制曲線(xiàn)形狀、位置;2)建立函數(shù)曲線(xiàn)控制基本模型曲線(xiàn)參數(shù)的變化規(guī)律;3)從參數(shù)控制曲線(xiàn)上截取坐標(biāo)生成不同位置的模型曲線(xiàn)，參數(shù)曲線(xiàn)控制著不同的基本曲線(xiàn)的實(shí)際形狀，而曲線(xiàn)的位置也可以作為一個(gè)參數(shù)，由函數(shù)曲線(xiàn)來(lái)控制，在函數(shù)曲線(xiàn)中截取一定數(shù)量橫坐標(biāo)下對(duì)應(yīng)的數(shù)值，就能夠創(chuàng)建出多條不同位置不同形狀的基本曲線(xiàn);4)通過(guò)多條不同位置不同形狀的基本模型曲線(xiàn)組合成一個(gè)Nurbs曲面。由于基本模型曲線(xiàn)形狀是與函數(shù)曲線(xiàn)相關(guān)聯(lián)的，只需要改變函數(shù)曲線(xiàn)的數(shù)值，就可以改變最終曲面的形狀。因此，通過(guò)本技術(shù)生成曲面時(shí)，只要某種曲線(xiàn)形式能夠滿(mǎn)足針對(duì)一個(gè)橫坐標(biāo)只存在一個(gè)縱坐標(biāo)，就能夠作為控制參數(shù)變化的曲線(xiàn)，故參數(shù)控制曲線(xiàn)的靈活度很高。同時(shí)基本曲線(xiàn)的樣式靈活度也很高，可以是多種曲線(xiàn)的組合，只要合理選擇基本曲線(xiàn)結(jié)構(gòu)，合理設(shè)置控制參數(shù)并選擇合適的參數(shù)控制曲線(xiàn)，就能夠生成任意形狀的曲面，之后通過(guò)調(diào)整參數(shù)控制曲線(xiàn)，相應(yīng)位置的曲面就會(huì)自動(dòng)發(fā)生變化，從而可以精準(zhǔn)的調(diào)整曲面任意位置的形狀;并且由于參數(shù)變化是連續(xù)的，就能夠保證曲面的連續(xù)性及光順性。
[0005]所述步驟I中的模型曲線(xiàn)為任意一種樣式的曲線(xiàn)，或者是多段不同樣式曲線(xiàn)組合起來(lái)的曲線(xiàn)。
[0006]所述步驟2中建立的函數(shù)曲線(xiàn)為二次函數(shù)、三次函數(shù)、指數(shù)函數(shù)或三角函數(shù)以及能夠滿(mǎn)足函數(shù)要求的曲線(xiàn)。
[0007]本發(fā)明技術(shù)方案中提供的一種高自由度的參數(shù)化曲面建模方法包括建立基本模型曲線(xiàn)，定義基本模型曲線(xiàn)的控制參數(shù)，建立函數(shù)曲線(xiàn)控制基本模型曲線(xiàn)參數(shù)的變化規(guī)律，從參數(shù)控制曲線(xiàn)上截取坐標(biāo)生成不同位置的模型曲線(xiàn)，通過(guò)多條不同位置不同形狀的基本模型曲線(xiàn)組合成一個(gè)Nurbs曲面，具有如下有益效果:本技術(shù)中主要改進(jìn)了曲線(xiàn)生成曲面的過(guò)程，改進(jìn)了分別建立多條不同位置的曲線(xiàn)組成曲面的方法，而是首先建立一條基本曲線(xiàn)，并將該曲線(xiàn)通過(guò)一些參數(shù)進(jìn)行控制；之后通過(guò)一些函數(shù)曲線(xiàn)控制各個(gè)參數(shù)的變化規(guī)律，從而生成一個(gè)參數(shù)化的曲面。通過(guò)這種方法，最終生成的曲面上各個(gè)位置的曲線(xiàn)形狀參數(shù)，都能夠在控制參數(shù)變化規(guī)律的函數(shù)曲線(xiàn)上獲取到相應(yīng)數(shù)值，于是我們只要設(shè)定好每一個(gè)參數(shù)的變化規(guī)律，就能夠控制任意位置的曲面形狀，由于基本曲線(xiàn)可以是任意樣式的曲線(xiàn)，也可以是多段不同樣式組合生成的曲線(xiàn)，控制參數(shù)變化規(guī)律的函數(shù)曲線(xiàn)也可以是任意給定函數(shù)，包括二次函數(shù)、三次函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、三角函數(shù)以及能夠滿(mǎn)足函數(shù)要求的任意類(lèi)型曲線(xiàn)等;我們可以改變函數(shù)的系數(shù)、次數(shù)及指數(shù)因子等等，從而使得葉片變化有著極大的自由度，且函數(shù)本身的連續(xù)性可以保證參數(shù)變化的連續(xù)性，從而保證整個(gè)曲面的連續(xù)性，甚至在建立更復(fù)雜的曲面時(shí)，通過(guò)這種方法，所需手動(dòng)設(shè)計(jì)更少，只需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)基本模型曲線(xiàn)模板，給定基本曲線(xiàn)參數(shù)變化規(guī)律即可，不僅保證整個(gè)曲面形狀與設(shè)置的參數(shù)化變化規(guī)律一致，并且通過(guò)調(diào)整參數(shù)控制曲線(xiàn)，如曲線(xiàn)系數(shù)、函數(shù)次數(shù)、控制點(diǎn)坐標(biāo)等多種靈活方式調(diào)整曲面形狀，且通過(guò)本技術(shù)生成的曲面，可控性更好，變形自由度更高，參數(shù)設(shè)置及控制更靈活，曲面的連續(xù)性、光順性質(zhì)量更高。
【具體實(shí)施方式】
[0008]以下描述用于揭露本發(fā)明以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明。以下描述中的優(yōu)選實(shí)施例只作為舉例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到其他顯而易見(jiàn)的變型。
[0009]以葉片模型為例，以高自由度的參數(shù)化曲面建模，包括以下步驟:1)建立基本模型曲線(xiàn)，設(shè)置基本模型曲線(xiàn)的控制參數(shù)，用于控制曲線(xiàn)形狀、位置，所述控制曲線(xiàn)形狀、位置由弦長(zhǎng)、最大厚度、最大拱度、最大拱度位置、扭角、半徑位置、軸向偏移量、周向偏移量共8個(gè)參數(shù)決定;2)建立函數(shù)曲線(xiàn)控制基本模型曲線(xiàn)參數(shù)的變化規(guī)律:通過(guò)步驟I中控制曲線(xiàn)形狀和位置的8個(gè)參數(shù)建立8條函數(shù)曲線(xiàn)，用于控制這8個(gè)參數(shù)的變化規(guī)律，在坐標(biāo)圖上，X坐標(biāo)可以認(rèn)為是生成葉型曲線(xiàn)的順序，依次從前向后截取，任意的一個(gè)X坐標(biāo)都可以在這8條曲線(xiàn)上找到對(duì)應(yīng)8個(gè)Y坐標(biāo)，而這8個(gè)Y坐標(biāo)就代表了相應(yīng)的8個(gè)參數(shù)的具體數(shù)值;3)從參數(shù)控制曲線(xiàn)上截取坐標(biāo)生成不同位置的模型曲線(xiàn):截取不同X坐標(biāo)下參數(shù)控制曲線(xiàn)的縱坐標(biāo)，根據(jù)這些數(shù)值生成相應(yīng)的葉型曲線(xiàn)，通過(guò)三維建模軟件的腳本等工具，此過(guò)程可以在后臺(tái)執(zhí)行，而不需要手動(dòng)創(chuàng)建這些曲線(xiàn)，曲線(xiàn)的個(gè)數(shù)也可以任意調(diào)整;4)通過(guò)多條不同位置不同形狀的基本模型曲線(xiàn)組合成一個(gè)Nurbs曲面:將這些曲線(xiàn)組合生成曲面，之后通過(guò)調(diào)整參數(shù)控制曲線(xiàn)就可以調(diào)整葉片曲面的形狀。
[0010]通過(guò)這種方法，最終生成的葉片，其弦長(zhǎng)、最大厚度、最大拱度、最大拱度位置、扭角、半徑位置、軸向偏移量、周向偏移量參數(shù)，都能夠在控制參數(shù)變化規(guī)律的函數(shù)曲線(xiàn)上獲取到相應(yīng)數(shù)值，于是我們只要設(shè)定好每一個(gè)參數(shù)的變化規(guī)律，就能夠控制任意位置的葉片形狀，由于基本曲線(xiàn)可以是任意樣式的曲線(xiàn)，也可以是多段不同樣式組合生成的曲線(xiàn)，控制參數(shù)變化規(guī)律的函數(shù)曲線(xiàn)也可以是任意給定函數(shù)，包括二次函數(shù)、三次函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、三角函數(shù)以及能夠滿(mǎn)足函數(shù)要求的任意類(lèi)型曲線(xiàn)等;我們可以改變函數(shù)的系數(shù)、次數(shù)及指數(shù)因子等等，從而使得葉片變化有著極大的自由度，且函數(shù)本身的連續(xù)性可以保證參數(shù)變化的連續(xù)性，從而保證整個(gè)葉片的連續(xù)性，甚至在建立比葉片更復(fù)雜的曲面時(shí)，通過(guò)這種方法，所需手動(dòng)設(shè)計(jì)更少，只需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)基本模型曲線(xiàn)模板，給定基本曲線(xiàn)參數(shù)變化規(guī)律即可，不僅保證整個(gè)曲面形狀與設(shè)置的參數(shù)化變化規(guī)律一致，并且通過(guò)調(diào)整參數(shù)控制曲線(xiàn)，如曲線(xiàn)系數(shù)、函數(shù)次數(shù)、控制點(diǎn)坐標(biāo)等多種靈活方式調(diào)整曲面形狀，且通過(guò)本技術(shù)生成的曲面，可控性更好，變形自由度更高，參數(shù)設(shè)置及控制更靈活，曲面的連續(xù)性、光順性質(zhì)量更尚O
[0011]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高自由度的參數(shù)化曲面建模方法，其特征在于，包括以下步驟:1)建立基本模型曲線(xiàn)，設(shè)置基本模型曲線(xiàn)的控制參數(shù)，用于控制曲線(xiàn)形狀、位置，2)建立函數(shù)曲線(xiàn)控制基本模型曲線(xiàn)參數(shù)的變化規(guī)律，3)從參數(shù)控制曲線(xiàn)上截取坐標(biāo)生成不同位置的模型曲線(xiàn)，4)通過(guò)多條不同位置不同形狀的基本模型曲線(xiàn)組合成一個(gè)Nurbs曲面。2.如權(quán)利要求1所述的一種高自由度的參數(shù)化曲面建模方法，其特征在于，所述步驟I中的模型曲線(xiàn)為任意一種樣式的曲線(xiàn)，或者是多段不同樣式曲線(xiàn)組合起來(lái)的曲線(xiàn)。3.如權(quán)利要求1所述的一種高自由度的參數(shù)化曲面建模方法，其特征在于，所述步驟2中建立的函數(shù)曲線(xiàn)為二次函數(shù)、三次函數(shù)、指數(shù)函數(shù)或三角函數(shù)以及能夠滿(mǎn)足函數(shù)要求的曲線(xiàn)。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK105956328SQ201610362889
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月30日
【發(fā)明人】張明, 厲海濤, 崔樹(shù)鑫
【申請(qǐng)人】寧波至高點(diǎn)工業(yè)設(shè)計(jì)有限公司