《3D打印入門》教學(xué)課件-42-認(rèn)識(shí)常用的三維建模軟件

3D打印3D打印入門工坊3DPRINTINGINTRODUCTION3D打印3D打印入門工坊3DPRINTINGINTR04認(rèn)識(shí)3D打印建模技術(shù)04認(rèn)識(shí)3D打印建模技術(shù)2目錄2認(rèn)識(shí)常用的三維建模軟件目錄2認(rèn)識(shí)常用的三維建模軟件34.2.1三維模型的形體標(biāo)識(shí)方法4.2認(rèn)識(shí)常用的三維建模軟件三維軟件技術(shù)以其直觀化、可視化等優(yōu)點(diǎn)在許多行業(yè)的概念設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品裝配等方面都應(yīng)用廣泛，應(yīng)用三維軟件可以使產(chǎn)品的質(zhì)量、成本、性能、可靠性、安全性等得到改善。目前市場(chǎng)上三維軟件可謂是種類繁多，如UG、Pro/E、CATIA、Solidworks等，每個(gè)三維軟件在建模方面都有自己的特色，本書挑選應(yīng)用較為普遍的UG和Pro/E軟件進(jìn)行介紹。隨著計(jì)算機(jī)軟件和硬件技術(shù)的發(fā)展，CAD技術(shù)的發(fā)展也突飛猛進(jìn)，CAD軟件中三維模型的構(gòu)建和表達(dá)方法有很多種，其中最為常見的有以下四種：①構(gòu)造實(shí)體幾何法②③④構(gòu)造實(shí)體幾何法（CSG）是三維計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與CAD中經(jīng)常使用的一種程序化建模技術(shù)。在構(gòu)造實(shí)體幾何時(shí)，可以用邏輯運(yùn)算符將不同物體組合成復(fù)雜的曲面。通常CSG用來表示較為復(fù)雜的模型或曲面，但是這些復(fù)雜的模型或曲面通常都是由很簡單的模型組合而成的。有時(shí)，構(gòu)造實(shí)體幾何法只在多邊形網(wǎng)格上進(jìn)行處理，這時(shí)模型并不是程序化或參數(shù)化的。最簡單的實(shí)體表示叫作體元，通常是形狀簡單的模型，如立方體、圓柱體、棱柱、棱錐、球體、圓錐等。根據(jù)每個(gè)三維軟件自身程序特點(diǎn)的不同，這些體元也有所不同。有的三維軟件可以使用彎曲的模型進(jìn)行CSG處理，但也有一些三維軟件不支持這些功能。構(gòu)造實(shí)體模型就是將體元根據(jù)集合理論中的布爾運(yùn)算組合在一起，這些運(yùn)算包括：并集、交集以及減除。構(gòu)造實(shí)體幾何法在三維造型中應(yīng)用普遍，在需要簡單幾何物體的場(chǎng)合或者數(shù)學(xué)精度很關(guān)鍵的場(chǎng)合都有應(yīng)用，這種建模方法操作也很簡單。4.2.1三維模型的形體標(biāo)識(shí)方法4.2認(rèn)識(shí)常用的三維建模軟件4.2認(rèn)識(shí)常用的三維建模軟件三維軟件技術(shù)以其直觀化、可視化等優(yōu)點(diǎn)在許多行業(yè)的概念設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品裝配等方面都應(yīng)用廣泛，應(yīng)用三維軟件可以使產(chǎn)品的質(zhì)量、成本、性能、可靠性、安全性等得到改善。目前市場(chǎng)上三維軟件可謂是種類繁多，如UG、Pro/E、CATIA、Solidworks等，每個(gè)三維軟件在建模方面都有自己的特色，本書挑選應(yīng)用較為普遍的UG和Pro/E軟件進(jìn)行介紹。②邊界表達(dá)法①③④邊界表示法（B-REP）是通過描述其邊界用來表示三維模型的方法。物體的邊界是指物體內(nèi)部點(diǎn)與外部點(diǎn)的分界面，因此定義了物體的邊界，物體就被唯一確定。在邊界表示法中，描述物體的信息包含幾何信息和拓?fù)湫畔ⅰ缀涡畔⒅饕敲枋瞿Ｐ偷拇笮?、位置、形狀等。拓?fù)湫畔⑹悄Ｐ蜕纤许旤c(diǎn)、棱邊、表面之間的連接關(guān)系。在邊界表示法中，翼邊結(jié)構(gòu)是一種典型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在點(diǎn)、邊、面中以邊為中心來組織數(shù)據(jù)。由于翼邊結(jié)構(gòu)在邊的構(gòu)造與使用方面較為復(fù)雜，因此人們對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，提出了半邊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。半邊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與翼邊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別是半邊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將一條邊分成兩條邊表示，每條邊只與一個(gè)鄰界面相關(guān)。在邊界表示法中構(gòu)造、歐拉運(yùn)算、局部運(yùn)算和集合運(yùn)算等。

邊界表示法（B-REP）是通過描述其邊界用來表示三維模型的方法。物體的邊界是指物體內(nèi)部點(diǎn)與外部點(diǎn)的分界面，因此定義了物體的邊界，物體就被唯一確定。在邊界表示法中，描述物體的信息包含幾何信息和拓?fù)湫畔ⅰ缀涡畔⒅饕敲枋瞿Ｐ偷拇笮?、位置、形狀等。拓?fù)湫畔⑹悄Ｐ蜕纤许旤c(diǎn)、棱邊、表面之間的連接關(guān)系。在邊界表示法中，翼邊結(jié)構(gòu)是一種典型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在點(diǎn)、邊、面中以邊為中心來組織數(shù)據(jù)。由于翼邊結(jié)構(gòu)在邊的構(gòu)造與使用方面較為復(fù)雜，因此人們對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，提出了半邊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。半邊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與翼邊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別是半邊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將一條邊分成兩條邊表示，每條邊只與一個(gè)鄰界面相關(guān)。

在邊界表示法中構(gòu)造三維模型的操作常用到的運(yùn)算方法有：掃除運(yùn)算（Sweep運(yùn)算）、歐拉運(yùn)算、局部運(yùn)算和集合運(yùn)算等。4.2.1三維模型的形體標(biāo)識(shí)方法隨著計(jì)算機(jī)軟件和硬件技術(shù)的發(fā)展，CAD技術(shù)的發(fā)展也突飛猛進(jìn)，CAD軟件中三維模型的構(gòu)建和表達(dá)方法有很多種，其中最為常見的有以下四種：4.2認(rèn)識(shí)常用的三維建模軟件三維軟件技術(shù)以其直觀化、可視化4.2認(rèn)識(shí)常用的三維建模軟件三維軟件技術(shù)以其直觀化、可視化等優(yōu)點(diǎn)在許多行業(yè)的概念設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品裝配等方面都應(yīng)用廣泛，應(yīng)用三維軟件可以使產(chǎn)品的質(zhì)量、成本、性能、可靠性、安全性等得到改善。目前市場(chǎng)上三維軟件可謂是種類繁多，如UG、Pro/E、CATIA、Solidworks等，每個(gè)三維軟件在建模方面都有自己的特色，本書挑選應(yīng)用較為普遍的UG和Pro/E軟件進(jìn)行介紹。③參數(shù)表達(dá)法②①④在三維造型中，對(duì)于傳統(tǒng)的幾何基元很難描述的自由曲面，可用參數(shù)表達(dá)法（簡稱PR）描述。參數(shù)表達(dá)法借助參數(shù)化樣條、貝塞爾b曲線和b樣條來描述自由曲面，它的每一個(gè)X、Y、Z坐標(biāo)都呈參數(shù)化形式。各種參數(shù)表達(dá)形式的差別僅在于對(duì)曲線的控制水平，即局部修改曲線而不影響鄰近部分的能力，以及建立幾何體模型的能力。其中較好的一種是非一致有理b樣條法，它能表達(dá)復(fù)雜的自由曲面，同時(shí)可修改局部曲率和正確地描述幾何基元。4.2.1三維模型的形體標(biāo)識(shí)方法隨著計(jì)算機(jī)軟件和硬件技術(shù)的發(fā)展，CAD技術(shù)的發(fā)展也突飛猛進(jìn)，CAD軟件中三維模型的構(gòu)建和表達(dá)方法有很多種，其中最為常見的有以下四種：4.2認(rèn)識(shí)常用的三維建模軟件三維軟件技術(shù)以其直觀化、可視化4.2認(rèn)識(shí)常用的三維建模軟件三維軟件技術(shù)以其直觀化、可視化等優(yōu)點(diǎn)在許多行業(yè)的概念設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品裝配等方面都應(yīng)用廣泛，應(yīng)用三維軟件可以使產(chǎn)品的質(zhì)量、成本、性能、可靠性、安全性等得到改善。目前市場(chǎng)上三維軟件可謂是種類繁多，如UG、Pro/E、CATIA、Solidworks等，每個(gè)三維軟件在建模方面都有自己的特色，本書挑選應(yīng)用較為普遍的UG和Pro/E軟件進(jìn)行介紹。④單元表達(dá)法②①③單元表達(dá)法（簡稱CR）起源于分析（如有限元分析）軟件，在這些軟件中，要求將表面離散成有限個(gè)單元。典型的單元有三角形、正方形、多邊形等，在3D打印技術(shù)中采用的近似三角形（將三維模型轉(zhuǎn)換成STL格式文件）就是一種單元表達(dá)法。4.2.1三維模型的形體標(biāo)識(shí)方法隨著計(jì)算機(jī)軟件和硬件技術(shù)的發(fā)展，CAD技術(shù)的發(fā)展也突飛猛進(jìn)，CAD軟件中三維模型的構(gòu)建和表達(dá)方法有很多種，其中最為常見的有以下四種：4.2認(rèn)識(shí)常用的三維建模軟件三維軟件技術(shù)以其直觀化、可視化4.2.2UG簡介含義：

UG是美國Siemens公司推出的一套集CAD/CAM/CAE于一體的軟件系統(tǒng)，是當(dāng)今最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、分析和制造軟件之一，功能覆蓋了從概念設(shè)計(jì)到產(chǎn)品生產(chǎn)的整個(gè)過程，廣泛地運(yùn)用于汽車、航天、模具設(shè)計(jì)及加工和醫(yī)療器械等行業(yè)。功能：

提供了強(qiáng)大的實(shí)體建模技術(shù)和高效的曲面建構(gòu)能力，能夠完成最復(fù)雜的造型設(shè)計(jì)，與裝配功能、2D出圖功能、模具加工功能及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（簡稱PDM）之間的緊密結(jié)合，使UG在工業(yè)界成為一套無可匹敵的高級(jí)CAD/CAM/CAE系統(tǒng)。

CAD功能實(shí)現(xiàn)了制造行業(yè)中常規(guī)的工程分析、設(shè)計(jì)和繪圖功能的自動(dòng)化。非參數(shù)化功能強(qiáng)大，建模過程方便自由，不受參數(shù)的約束與限制。能夠方便地繪制復(fù)雜的實(shí)體以及造型特征。1.UG軟件特點(diǎn)4.2.2UG簡介含義：UG是美國Sieme4.2.2UG簡介2.UG各功能模塊（1）CAD模塊4.2.2UG簡介2.UG各功能模塊（1）CAD模塊4.2.2UG簡介2.UG各功能模塊（2）CAM模塊14.2.2UG簡介2.UG各功能模塊（2）CAM模塊14.2.2UG簡介2.UG各功能模塊（2）CAM模塊24.2.2UG簡介2.UG各功能模塊（2）CAM模塊24.2.2UG簡介2.UG各功能模塊（3）CAE模塊4.2.2UG簡介2.UG各功能模塊（3）CAE模塊3.UG中STL文件的輸出（1）選擇STL菜單3.UG中STL文件的輸出（1）選擇STL菜單3.UG中STL文件的輸出（2）參數(shù)設(shè)置在彈出的“快速成形”對(duì)話框中，STL文件默認(rèn)輸出類型是二進(jìn)制文件，將【三角公差】、【相鄰公差】的偏差控制數(shù)值修改成“0”，單擊【確定】按鈕。這時(shí)系統(tǒng)會(huì)提示輸入STL文件名，在文件對(duì)話框中輸入文件名之后，點(diǎn)擊【確定】按鈕（或【OK】按鈕），然后再點(diǎn)擊【輸入文件頭信息】對(duì)話框的【確定】按鈕，此時(shí)會(huì)彈出【類選擇】對(duì)話框，用鼠標(biāo)選取要輸出的模型，點(diǎn)擊【確定】按鈕；在彈出的對(duì)話框中再點(diǎn)擊【確定】按鈕，最后再一次點(diǎn)擊【確定】按鈕，完成文件導(dǎo)出。3.UG中STL文件的輸出（2）參數(shù)設(shè)置在彈出的“快速成3.UG中STL文件的輸出（3）輸出結(jié)果某CAD模型用UG進(jìn)行STL輸出最終形成的三角形化的結(jié)果，如下圖所示：3.UG中STL文件的輸出（3）輸出結(jié)果某CAD模型用UG4.2.3Pro/E簡介含義：Pro/ENGINEER（簡稱Pro/E）是美國PTC公司的CAD/CAM/CAE一體化軟件。Pro/E軟件應(yīng)用以其參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，在三維造型軟件市場(chǎng)中占有重要地位，Pro/E作為機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)得到廣泛認(rèn)可和推廣，是主流CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域占據(jù)重要位置。Pro/E軟件是第一個(gè)提出和采用參數(shù)化設(shè)計(jì)概念的三維軟件，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫來解決特征的相關(guān)性問題。另外，Pro/E采用了模塊方式，可以分別進(jìn)行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用。Pro/E的基于特征方式，能夠?qū)脑O(shè)計(jì)到生產(chǎn)全過程集于一體，實(shí)現(xiàn)并行工程設(shè)計(jì)。Pro/E主要適合于中小企業(yè)或中小產(chǎn)品快速建立較為簡單的數(shù)模。1.Pro/ENGINEER特點(diǎn)地位：4.2.3Pro/E簡介含義：Pro/ENG4.2.3Pro/E簡介2.Pro/ENGINEER各功能模塊①工業(yè)設(shè)計(jì)（CAID）模塊二維平面圖以前實(shí)體模型現(xiàn)在工業(yè)設(shè)計(jì)模塊的子模塊有：Pro/3DPAINT（3D建模）Pro/ANIMATE（動(dòng)畫模擬）Pro/DESIGNER（概念設(shè)計(jì)）Pro/NETWORKANIMATOR（網(wǎng)絡(luò)動(dòng)畫合成）Pro/PERSPECTA-SKETCH（圖片轉(zhuǎn)三維模型）Pro/PHOTORENDER（圖片渲染）4.2.3Pro/E簡介2.Pro/ENGINEER各功能4.2.3Pro/E簡介2.Pro/ENGINEER各功能模塊②機(jī)械設(shè)計(jì)（CAID）模塊機(jī)械設(shè)計(jì)模塊是一個(gè)高效的三維機(jī)械設(shè)計(jì)工具，它可繪制任意復(fù)雜形狀的零件。在實(shí)際工程問題中存在大量形狀不規(guī)則的物體表面，如汽車、玩具的外形，這些稱為自由曲面。Pro/E生成曲面僅需2～3步操作。Pro/E生成曲面的方法有：拉伸旋轉(zhuǎn)放樣少掠網(wǎng)格點(diǎn)陣CAD模塊的子模塊有：Pro/ASSEMBLY（實(shí)體裝配）Pro/CABLING（電路設(shè)計(jì)）Pro/PIPING（彎管鋪設(shè)）Pro/REPORT（應(yīng)用數(shù)據(jù)圖形顯示）Pro/SCAN-TOOLS（物理模型數(shù)字化）Pro/SURFACE（曲面設(shè)計(jì)）Pro/WELDING（焊接設(shè)計(jì)）4.2.3Pro/E簡介2.Pro/ENGINEER各功能4.2.3Pro/E簡介2.Pro/ENGINEER各功能模塊③功能仿真（CAID）模塊功能仿真（CAE）模塊主要進(jìn)行有限元分析。機(jī)械零件內(nèi)部的受力和變形情況是難以直接觀察的，有限元仿真可以對(duì)零件內(nèi)部的受力狀態(tài)和變形情況進(jìn)行分析計(jì)算。利用該功能，在滿足零件受力要求的基礎(chǔ)上，可對(duì)零件進(jìn)行充分優(yōu)設(shè)計(jì)。CAE的子模塊有：Pro/FEM-POST（有限元分析）Pro/MECHANICACUSTOMLOADS（自定義載荷輸入）Pro/MECHANICAEQUATIONS（第三方仿真程序連接）Pro/MECHANICAMOTION（指定環(huán)境下裝配體運(yùn)動(dòng)分析）Pro/MECHANICATHERMAL（熱分析）Pro/MECHANICATIREMODEL（車輪動(dòng)力仿真）Pro/MECHANICAVIBRATION（震動(dòng)分析）Pro/MESH（有限元網(wǎng)格劃分）4.2.3Pro/E簡介2.Pro/ENGINEER各功能4.2.3Pro/E簡介2.Pro/ENGINEER各功能模塊④制造（CAM）模塊CAM模塊在機(jī)械行業(yè)中用到的功能是NCMachining（數(shù)控加工）。Pro/E的NC子模塊有：Pro/CASTING（鑄造模具設(shè)計(jì)）Pro/MOLDESIGN（塑料模具設(shè)計(jì)）Pro/MFG（電加工）Pro/NC-CHECK（NC仿真）Pro/NCPOST（CNC程序生成）Pro/SHEETMETAL（鈑金設(shè)計(jì)）4.2.3Pro/E簡介2.Pro/ENGINEER各功能4.2.3Pro/E簡介2.Pro/ENGINEER各功能模塊⑤數(shù)據(jù)管理（PDM）模塊

Pro/E的數(shù)據(jù)管理模塊就像一位保健醫(yī)生，它在計(jì)算機(jī)上對(duì)產(chǎn)品性能進(jìn)行測(cè)試仿真，找出造成產(chǎn)品各種故障的原因，幫助設(shè)計(jì)師發(fā)現(xiàn)問題，對(duì)癥下藥，排除產(chǎn)品故障，改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

數(shù)據(jù)管理模塊就像Pro/E家庭的一個(gè)大管家，將觸角伸到每一個(gè)任務(wù)模塊。并自動(dòng)跟蹤創(chuàng)建的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括存貯在模型文件或庫中零件的數(shù)據(jù)。這個(gè)管家通過一定的機(jī)制，保證了所有數(shù)據(jù)的安全及存取方便。Pro/E數(shù)據(jù)管理模塊包括：Pro/PDM（數(shù)據(jù)管理）Pro/REVIEW（模型圖紙?jiān)u估）4.2.3Pro/E簡介2.Pro/ENGINEER各功能4.2.3Pro/E簡介2.Pro/ENGINEER各功能模塊⑥數(shù)據(jù)交換模塊在實(shí)際工作中還使用其他CAD系統(tǒng)，如UG等，由于它們門戶有別，各個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)都難以被對(duì)方所識(shí)別。為了接受其他CAD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，就要用到數(shù)據(jù)交換。Pro/E中幾何數(shù)據(jù)交換模塊有：Pro/CAT（Pro/E和CATIA的數(shù)據(jù)交換）Pro/CDT（二維工程圖接口）Pro/DATAFORPDGS（Pro/E和福特汽車設(shè)計(jì)軟件的接口）Pro/DEVELOP（Pro/E軟件開發(fā)）Pro/DRAW（二維數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)輸入）4.2.3Pro/E簡介2.Pro/ENGINEER各功能4.2.3Pro/E簡介3.Pro/ENGINEER中STL文件的輸出（1）選擇菜單欄Pro/e軟件中的文件菜單4.2.3Pro/E簡介3.Pro/ENGINEER中ST4.2.3Pro/E簡介3.Pro/ENGINEER中STL文件的輸出（1）選擇菜單欄STL保存類型菜單4.2.3Pro/E簡介3.Pro/ENGINEER中ST（2）精度控制在彈出的“導(dǎo)出STL”對(duì)話框中系統(tǒng)默認(rèn)的是二進(jìn)制STL文件，有兩種偏差控制方式，即“弦高”和“角度控制”，如圖所示。導(dǎo)出STL對(duì)話框（2）精度控制在彈出的“導(dǎo)出STL”對(duì)話框中系統(tǒng)默認(rèn)的是二進(jìn)

某CAD模型采用Pro/E進(jìn)行STL輸出的最終形成的三角形化的結(jié)果如下圖所示。CAD模型STL輸出時(shí)三角形某CAD模型采用Pro/E進(jìn)行STL輸出的最終形成的三角形END感謝聆聽END273D打印3D打印入門工坊3DPRINTINGINTRODUCTION3D打印3D打印入門工坊3DPRINTINGINTR04認(rèn)識(shí)3D打印建模技術(shù)04認(rèn)識(shí)3D打印建模技術(shù)29目錄2認(rèn)識(shí)常用的三維建模軟件目錄2認(rèn)識(shí)常用的三維建模軟件304.2.1三維模型的形體標(biāo)識(shí)方法4.2認(rèn)識(shí)常用的三維建模軟件三維軟件技術(shù)以其直觀化、可視化等優(yōu)點(diǎn)在許多行業(yè)的概念設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品裝配等方面都應(yīng)用廣泛，應(yīng)用三維軟件可以使產(chǎn)品的質(zhì)量、成本、性能、可靠性、安全性等得到改善。目前市場(chǎng)上三維軟件可謂是種類繁多，如UG、Pro/E、CATIA、Solidworks等，每個(gè)三維軟件在建模方面都有自己的特色，本書挑選應(yīng)用較為普遍的UG和Pro/E軟件進(jìn)行介紹。隨著計(jì)算機(jī)軟件和硬件技術(shù)的發(fā)展，CAD技術(shù)的發(fā)展也突飛猛進(jìn)，CAD軟件中三維模型的構(gòu)建和表達(dá)方法有很多種，其中最為常見的有以下四種：①構(gòu)造實(shí)體幾何法②③④構(gòu)造實(shí)體幾何法（CSG）是三維計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與CAD中經(jīng)常使用的一種程序化建模技術(shù)。在構(gòu)造實(shí)體幾何時(shí)，可以用邏輯運(yùn)算符將不同物體組合成復(fù)雜的曲面。通常CSG用來表示較為復(fù)雜的模型或曲面，但是這些復(fù)雜的模型或曲面通常都是由很簡單的模型組合而成的。有時(shí)，構(gòu)造實(shí)體幾何法只在多邊形網(wǎng)格上進(jìn)行處理，這時(shí)模型并不是程序化或參數(shù)化的。最簡單的實(shí)體表示叫作體元，通常是形狀簡單的模型，如立方體、圓柱體、棱柱、棱錐、球體、圓錐等。根據(jù)每個(gè)三維軟件自身程序特點(diǎn)的不同，這些體元也有所不同。有的三維軟件可以使用彎曲的模型進(jìn)行CSG處理，但也有一些三維軟件不支持這些功能。構(gòu)造實(shí)體模型就是將體元根據(jù)集合理論中的布爾運(yùn)算組合在一起，這些運(yùn)算包括：并集、交集以及減除。構(gòu)造實(shí)體幾何法在三維造型中應(yīng)用普遍，在需要簡單幾何物體的場(chǎng)合或者數(shù)學(xué)精度很關(guān)鍵的場(chǎng)合都有應(yīng)用，這種建模方法操作也很簡單。4.2.1三維模型的形體標(biāo)識(shí)方法4.2認(rèn)識(shí)常用的三維建模軟件4.2認(rèn)識(shí)常用的三維建模軟件三維軟件技術(shù)以其直觀化、可視化等優(yōu)點(diǎn)在許多行業(yè)的概念設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品裝配等方面都應(yīng)用廣泛，應(yīng)用三維軟件可以使產(chǎn)品的質(zhì)量、成本、性能、可靠性、安全性等得到改善。目前市場(chǎng)上三維軟件可謂是種類繁多，如UG、Pro/E、CATIA、Solidworks等，每個(gè)三維軟件在建模方面都有自己的特色，本書挑選應(yīng)用較為普遍的UG和Pro/E軟件進(jìn)行介紹。②邊界表達(dá)法①③④邊界表示法（B-REP）是通過描述其邊界用來表示三維模型的方法。物體的邊界是指物體內(nèi)部點(diǎn)與外部點(diǎn)的分界面，因此定義了物體的邊界，物體就被唯一確定。在邊界表示法中，描述物體的信息包含幾何信息和拓?fù)湫畔ⅰ缀涡畔⒅饕敲枋瞿Ｐ偷拇笮　⑽恢?、形狀等。拓?fù)湫畔⑹悄Ｐ蜕纤许旤c(diǎn)、棱邊、表面之間的連接關(guān)系。在邊界表示法中，翼邊結(jié)構(gòu)是一種典型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在點(diǎn)、邊、面中以邊為中心來組織數(shù)據(jù)。由于翼邊結(jié)構(gòu)在邊的構(gòu)造與使用方面較為復(fù)雜，因此人們對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，提出了半邊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。半邊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與翼邊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別是半邊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將一條邊分成兩條邊表示，每條邊只與一個(gè)鄰界面相關(guān)。在邊界表示法中構(gòu)造、歐拉運(yùn)算、局部運(yùn)算和集合運(yùn)算等。

邊界表示法（B-REP）是通過描述其邊界用來表示三維模型的方法。物體的邊界是指物體內(nèi)部點(diǎn)與外部點(diǎn)的分界面，因此定義了物體的邊界，物體就被唯一確定。在邊界表示法中，描述物體的信息包含幾何信息和拓?fù)湫畔?。幾何信息主要是描述模型的大小、位置、形狀等。拓?fù)湫畔⑹悄Ｐ蜕纤许旤c(diǎn)、棱邊、表面之間的連接關(guān)系。在邊界表示法中，翼邊結(jié)構(gòu)是一種典型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在點(diǎn)、邊、面中以邊為中心來組織數(shù)據(jù)。由于翼邊結(jié)構(gòu)在邊的構(gòu)造與使用方面較為復(fù)雜，因此人們對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，提出了半邊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。半邊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與翼邊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別是半邊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將一條邊分成兩條邊表示，每條邊只與一個(gè)鄰界面相關(guān)。

在邊界表示法中構(gòu)造三維模型的操作常用到的運(yùn)算方法有：掃除運(yùn)算（Sweep運(yùn)算）、歐拉運(yùn)算、局部運(yùn)算和集合運(yùn)算等。4.2.1三維模型的形體標(biāo)識(shí)方法隨著計(jì)算機(jī)軟件和硬件技術(shù)的發(fā)展，CAD技術(shù)的發(fā)展也突飛猛進(jìn)，CAD軟件中三維模型的構(gòu)建和表達(dá)方法有很多種，其中最為常見的有以下四種：4.2認(rèn)識(shí)常用的三維建模軟件三維軟件技術(shù)以其直觀化、可視化4.2認(rèn)識(shí)常用的三維建模軟件三維軟件技術(shù)以其直觀化、可視化等優(yōu)點(diǎn)在許多行業(yè)的概念設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品裝配等方面都應(yīng)用廣泛，應(yīng)用三維軟件可以使產(chǎn)品的質(zhì)量、成本、性能、可靠性、安全性等得到改善。目前市場(chǎng)上三維軟件可謂是種類繁多，如UG、Pro/E、CATIA、Solidworks等，每個(gè)三維軟件在建模方面都有自己的特色，本書挑選應(yīng)用較為普遍的UG和Pro/E軟件進(jìn)行介紹。③參數(shù)表達(dá)法②①④在三維造型中，對(duì)于傳統(tǒng)的幾何基元很難描述的自由曲面，可用參數(shù)表達(dá)法（簡稱PR）描述。參數(shù)表達(dá)法借助參數(shù)化樣條、貝塞爾b曲線和b樣條來描述自由曲面，它的每一個(gè)X、Y、Z坐標(biāo)都呈參數(shù)化形式。各種參數(shù)表達(dá)形式的差別僅在于對(duì)曲線的控制水平，即局部修改曲線而不影響鄰近部分的能力，以及建立幾何體模型的能力。其中較好的一種是非一致有理b樣條法，它能表達(dá)復(fù)雜的自由曲面，同時(shí)可修改局部曲率和正確地描述幾何基元。4.2.1三維模型的形體標(biāo)識(shí)方法隨著計(jì)算機(jī)軟件和硬件技術(shù)的發(fā)展，CAD技術(shù)的發(fā)展也突飛猛進(jìn)，CAD軟件中三維模型的構(gòu)建和表達(dá)方法有很多種，其中最為常見的有以下四種：4.2認(rèn)識(shí)常用的三維建模軟件三維軟件技術(shù)以其直觀化、可視化4.2認(rèn)識(shí)常用的三維建模軟件三維軟件技術(shù)以其直觀化、可視化等優(yōu)點(diǎn)在許多行業(yè)的概念設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品裝配等方面都應(yīng)用廣泛，應(yīng)用三維軟件可以使產(chǎn)品的質(zhì)量、成本、性能、可靠性、安全性等得到改善。目前市場(chǎng)上三維軟件可謂是種類繁多，如UG、Pro/E、CATIA、Solidworks等，每個(gè)三維軟件在建模方面都有自己的特色，本書挑選應(yīng)用較為普遍的UG和Pro/E軟件進(jìn)行介紹。④單元表達(dá)法②①③單元表達(dá)法（簡稱CR）起源于分析（如有限元分析）軟件，在這些軟件中，要求將表面離散成有限個(gè)單元。典型的單元有三角形、正方形、多邊形等，在3D打印技術(shù)中采用的近似三角形（將三維模型轉(zhuǎn)換成STL格式文件）就是一種單元表達(dá)法。4.2.1三維模型的形體標(biāo)識(shí)方法隨著計(jì)算機(jī)軟件和硬件技術(shù)的發(fā)展，CAD技術(shù)的發(fā)展也突飛猛進(jìn)，CAD軟件中三維模型的構(gòu)建和表達(dá)方法有很多種，其中最為常見的有以下四種：4.2認(rèn)識(shí)常用的三維建模軟件三維軟件技術(shù)以其直觀化、可視化4.2.2UG簡介含義：

UG是美國Siemens公司推出的一套集CAD/CAM/CAE于一體的軟件系統(tǒng)，是當(dāng)今最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、分析和制造軟件之一，功能覆蓋了從概念設(shè)計(jì)到產(chǎn)品生產(chǎn)的整個(gè)過程，廣泛地運(yùn)用于汽車、航天、模具設(shè)計(jì)及加工和醫(yī)療器械等行業(yè)。功能：

提供了強(qiáng)大的實(shí)體建模技術(shù)和高效的曲面建構(gòu)能力，能夠完成最復(fù)雜的造型設(shè)計(jì)，與裝配功能、2D出圖功能、模具加工功能及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（簡稱PDM）之間的緊密結(jié)合，使UG在工業(yè)界成為一套無可匹敵的高級(jí)CAD/CAM/CAE系統(tǒng)。

CAD功能實(shí)現(xiàn)了制造行業(yè)中常規(guī)的工程分析、設(shè)計(jì)和繪圖功能的自動(dòng)化。非參數(shù)化功能強(qiáng)大，建模過程方便自由，不受參數(shù)的約束與限制。能夠方便地繪制復(fù)雜的實(shí)體以及造型特征。1.UG軟件特點(diǎn)4.2.2UG簡介含義：UG是美國Sieme4.2.2UG簡介2.UG各功能模塊（1）CAD模塊4.2.2UG簡介2.UG各功能模塊（1）CAD模塊4.2.2UG簡介2.UG各功能模塊（2）CAM模塊14.2.2UG簡介2.UG各功能模塊（2）CAM模塊14.2.2UG簡介2.UG各功能模塊（2）CAM模塊24.2.2UG簡介2.UG各功能模塊（2）CAM模塊24.2.2UG簡介2.UG各功能模塊（3）CAE模塊4.2.2UG簡介2.UG各功能模塊（3）CAE模塊3.UG中STL文件的輸出（1）選擇STL菜單3.UG中STL文件的輸出（1）選擇STL菜單3.UG中STL文件的輸出（2）參數(shù)設(shè)置在彈出的“快速成形”對(duì)話框中，STL文件默認(rèn)輸出類型是二進(jìn)制文件，將【三角公差】、【相鄰公差】的偏差控制數(shù)值修改成“0”，單擊【確定】按鈕。這時(shí)系統(tǒng)會(huì)提示輸入STL文件名，在文件對(duì)話框中輸入文件名之后，點(diǎn)擊【確定】按鈕（或【OK】按鈕），然后再點(diǎn)擊【輸入文件頭信息】對(duì)話框的【確定】按鈕，此時(shí)會(huì)彈出【類選擇】對(duì)話框，用鼠標(biāo)選取要輸出的模型，點(diǎn)擊【確定】按鈕；在彈出的對(duì)話框中再點(diǎn)擊【確定】按鈕，最后再一次點(diǎn)擊【確定】按鈕，完成文件導(dǎo)出。3.UG中STL文件的輸出（2）參數(shù)設(shè)置在彈出的“快速成3.UG中STL文件的輸出（3）輸出結(jié)果某CAD模型用UG進(jìn)行STL輸出最終形成的三角形化的結(jié)果，如下圖所示：3.UG中STL文件的輸出（3）輸出結(jié)果某CAD模型用UG4.2.3Pro/E簡介含義：Pro/ENGINEER（簡稱Pro/E）是美國PTC公司的CAD/CAM/CAE一體化軟件。Pro/E軟件應(yīng)用以其參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，在三維造型軟件市場(chǎng)中占有重要地位，Pro/E作為機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)得到廣泛認(rèn)可和推廣，是主流CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域占據(jù)重要位置。Pro/E軟件是第一個(gè)提出和采用參數(shù)化設(shè)計(jì)概念的三維軟件，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫來解決特征的相關(guān)性問題。另外，Pro/E采用了模塊方式，可以分別進(jìn)行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用。Pro/E的基于特征方式，能夠?qū)脑O(shè)計(jì)到生產(chǎn)全過程集于一體，實(shí)現(xiàn)并行工程設(shè)計(jì)。Pro/E主要適合于中小企業(yè)或中小產(chǎn)品快速建立較為簡單的數(shù)模。1.Pro/ENGINEER特點(diǎn)地位：4.2.3Pro/E簡介含義：Pro/ENG4.2.3Pro/E簡介2.Pro/ENGINEER各功能模塊①工業(yè)設(shè)計(jì)（CAID）模塊二維平面圖以前實(shí)體模型現(xiàn)在工業(yè)設(shè)計(jì)模塊的子模塊有：Pro/3DPAINT（3D建模）Pro/ANIMATE（動(dòng)畫模擬）Pro/DESIGNER（概念設(shè)計(jì)）Pro/NETWORKANIMATOR（網(wǎng)絡(luò)動(dòng)畫合成）Pro/PERSPECTA-SKETCH（圖片轉(zhuǎn)三維模型）Pro/PHOTORENDER（圖片渲染）4.2.3Pro/E簡介2.Pro/ENGINEER各功能4.2.3Pro/E簡介2.Pro/ENGINEER各功能模塊②機(jī)械設(shè)計(jì)（CAID）模塊機(jī)械設(shè)計(jì)模塊是一個(gè)高效的三維機(jī)械設(shè)計(jì)工具，它可繪制任意復(fù)雜形狀的零件。在實(shí)際工程問題中存在大量形狀不規(guī)則的物體表面，如汽車、玩具的外形，這些稱為自由曲面。Pro/E生成曲面僅需2～3步操作。Pro/E生成曲面的方法有：拉伸旋轉(zhuǎn)放樣少掠網(wǎng)格點(diǎn)陣CAD模塊的子模塊有：Pro/ASSEMBLY（實(shí)體裝配）Pro/CABLING（電路設(shè)計(jì)）Pro/PIPING（彎管鋪設(shè)）Pro/REPORT（應(yīng)用數(shù)據(jù)圖形顯示）Pro/SCAN-TOOLS（物理模型數(shù)字化）Pro/SURFACE（曲面設(shè)計(jì)）Pro/WELDING（焊接設(shè)計(jì)）4.2.3Pro/E簡介2.Pro/ENGINEER各功能4.2.3Pro/E簡介2.Pro/ENGINEER各功能模塊③功能仿真（CAID）模塊功能仿真（CAE）模塊主要進(jìn)行有限元分析。機(jī)械零件內(nèi)部的受力和變形情況是難以直接觀察的，有限元仿真可以對(duì)零件內(nèi)部的受力狀態(tài)和變形情況進(jìn)行分析計(jì)算。利用該功能，在滿足零件受力要求的基礎(chǔ)上，可對(duì)零件進(jìn)行充分優(yōu)設(shè)計(jì)。CAE的子模塊有：Pro/FEM-POST（有限元分析）Pro/MECHANICACUSTOMLOADS（自定義載荷輸入）Pro/MECHANICAEQUATIONS（第三方仿真程序連接）Pro/MECHANICAMOTION（指定環(huán)境下裝配體運(yùn)動(dòng)分析）Pro/MECHANICATHERMAL（熱分析）Pro/MECHANICATIREMODEL（車輪動(dòng)力仿真）Pro/MECHANICA