CAD/CAM领域随着全球工业的发展也逐渐走向成熟,CAD/CAM所基于的几何模型也不断推陈出新,从最早的线框几何模型,发展到曲面几何模型,又到了现在的实体几何模型,下面简要说说一下CAD/CAM的几何模型系统。
1、 线框几何模型(Wireframe Mode)
线框结构的几何模型是在CAD刚刚起步时惯用的几何模型,因为对线框结构的几何模型研究比较多,所以它也是一种比较广泛被采用的模型,现在很多2维方面的软件都是基于这种几何模型。这种模型描述手段是以线段、圆、弧和一些简单的曲线为描述对象,通常人们也把线段、圆、弧和一些曲线称为图形元素。因此对软件来说,特别是2维软件,其实现手段比较简单。随着设计手段的提高,在线框模型中引进了图元的概念,图元是由线段、圆、弧、文字和一些曲线等图形元素和属性元素组成的一个整体。也有一些软件甚至根据人们的习惯,加入了辅助线、辅助圆、切圆等功能(如DRAWBASE),更加方便和接近了使用人员。但线框结构的几何模型在3维方面的进一步处理上有很多麻烦和困难,如消隐、着色、特征处理等。所以新的模型必需诞生,这就是曲面几何模型。
2、 曲面几何模型结构(Surface Mode)
曲面几何模型结构的产生,更多的影响应该归功于航空和汽车制造业的需求,因为再用线段、圆弧等这样简单的图形元素来描绘飞机、汽车的外形已经很不现实,必须用更先进的描述手段──光滑的曲面来描绘。
这就要求人们首先必须去研究曲线,于是HERMIT CUBIC SPLINES、BEZIER CURVES、B-SPLINE CURVER、NON-UNIFORM RATIONAL B-SPLINE等曲线就产生了,这些曲线都是通过一个基底函数来合成的,所以能随意构成任何造型的曲线,也能描述圆弧、椭圆、抛物线这样我们熟悉的曲线。现在发展的比较优秀的曲线应该为NON-UNIFORM RATIONAL B-SPLINE 曲线,这种曲线专家们也简称为NURBS曲线。
在NURBS曲线的基础上可以建立NURBS曲面,现在很多曲面几何模型的基石是NURBS曲面,如SurfCAM、ALIAS STUDIO等。曲面几何模型主要应用在航空、船舶和汽车制造业领域或对模型的外形要求比较高级的软件中,且曲面几何模型在3维消隐、着色等技术中比线框结构的模型处理的方便和容易。但曲面几何模型也有一些缺点,就是在有限元分析、物性计算等方面很难施展。
3、 实体几何模型结构(Solid Mode)
实体几何模型理论的发展可以追溯到1970年,当时是利用CSG(CONSTRUCTIVE SOLID GEOMETRY)方法,将所建立的实体先大致描绘出来,然后再将这个实体转换为以B-REP(BOUNDARY北REPRESENTATION)方法将建立的造型表示出来。CSG建模方法其实是将最基本的实体(立方体、圆柱体、圆锥体等)进行布尔运算,这就需要事先按一定的顺序建立好大小、位置合适的基本实体,并且不能改变。谁也不能保证设计结果不被修改,所以CSG方法不能被设计人员接受。