基本介紹
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基本概念
- 掃掠(Sweeping)
- 把一個元素沿著一條路徑"掃出"的一個立體特徵叫做面特徵。這些體積要么加到物體上("拉伸(extrusion)")要么切除材料("切割路徑(cutter path)").
- 也叫做'基於草圖的造型(sketcher based modelling)'.
邊界表示(Boundary representation)
- 一個立體可以用其邊界表面表達，然後填充成為實體.
- 也成為'曲面造型surfacing'。
- 和各種製造技術類似；射出成型(Injection moulding)、鑄造(casting)、鍛造(forging)、熱塑加工(thermoforming)等等。
- 參數化體素(也稱基元)實例化Parameterized primitive instancing.
- 從一個參數化的體素庫中挑出並指定參數得到一個物體
- 例如，螺栓在庫中有一個模型，通過修改它的參數集合這個模型可以用於所有螺栓的尺寸
- 空間占領(Spatial occupancy,或空間枚舉)
- 整個空間子分成規則塊(cell，或細胞，胞腔)，物體通過指定它占據了那些塊來表示。
- 這樣表示的物體可用於有限差分析。
- 這通常是在模型完成之後作的，作為分析軟體的預處理的一部分。
分解Decomposition
- 和"空間占據"類似，但是塊可以不規則，也不用"預編織"。
- 這樣表示的模型可以用於有限元分析。
- 這通常是在模型完成之後作的，作為分析軟體的預處理的一部分。
構造實體幾何(Constructive solid geometry).
- 用象並，差，交這樣的布爾操作把簡單的物體組合起來，通常有樹形的等級結構(組合體可以再組合)。
基於特徵的造型(Feature based modelling)
- 物體和操作的複雜組合可以作為一個單元一起修改和複製。
- 操作的順序存儲在一個樹狀結構(boolean tree or feature tree)中，參數的改變可以在樹中傳播(propagate)。
參數化造型(Parameteric modelling)
- 特徵的屬性被參數化，並給予標籤(變數名)而不僅是固定的數字尺寸，整個模型的參數間的關係也記錄下來，使得參數值的改變變得更簡單。
- 幾乎總是和特徵聯合使用，稱為基於特徵的參數化造型系統。
實體造型 CAD
因為PC的高速發展和有競爭力的軟體價格，實體造型系統在過去十年中成了工程專業的常識課。它們是機器設計者的重要工具。
實體造型軟體為機器設計和分析創造了一個虛擬現實。和操作者的界面得到了高度最佳化，包括可編的宏命令，鍵盤快捷鍵和動態模型操作。動態轉動模型，實時三維明暗圖的功能得到了強調，以幫助設計者維持思考中的三維視頻。
設計者通常可以在其他人也在同時工作的時候對模型進行處理。例如，幾個人同時設計一台有很多零件的機器。新零件創建後加入到裝配模型。每個設計者都可以處理裝配模型，並一邊工作和加工他們自己的零件。整個設計的演變對所有參與者都是可見的。
一個實體模型通常由一組特徵組成，一個一個加上去，直到模型完成。工程實體模型通常主要由基於草圖的特徵組成；二維草圖沿著路徑掃掠形成三維特徵。這些可以是切割，也可以是拉伸等等。
另一類建模技術是'曲面造型'。其中，先定義曲面，然後裁剪，合併，最後填充成為實體。曲面通常由空間中的數據曲線和很多不同的複雜指令定義。曲面造型更困難，但是對於注模之類的製造技術套用起來更好。注模零件的實體模型通常既有曲面造型也有基於草圖的特徵。
另一個曲面造型很有優勢的例子是車身面板。如果兩塊面板有不同的曲率半徑，並融合在一起，保持切向連續性(意思是融合的表面方向不會突然改變只會光滑的改變)是不夠的。在兩塊區域之間必須有連續的曲率變化率，否則他們的反射看起來會斷開。
工程圖紙是通過索引實體模型半自動的創建的。
這些軟體包的學習曲線很陡，但是能夠掌握這些軟體的熟練機械設計者會有很高的效率。
實體造型軟體(至少)必須做到以下這些:
- 對實體零件建模
- 對零件的裝配建模
- 維護零件和裝配件的庫
- 計算零件和裝配件的質量屬性
- 反映建造零件所需的'材料表'
- 從實體模型創建工程圖紙
- 通過明暗圖，轉動，隱藏線消除等技術幫助更好的顯示模型
多數現代的軟體包還包括附加的功能:
- 雙向參數關聯(任何特徵的改變會反映在所有和該特徵有關的信息中:圖紙，質量屬性，裝配，等等，反過來也是一樣)
- 裝配件的運動，碰撞，和間隙檢測。
- 專門的附加模組(有限元分析，鈑金，曲面造型，管/纜布線，電子部件封裝...)
- 控制文檔和改版級別的管理
- 模型中包含可程式代碼以控制和關聯模型的相關屬性
- 數控工具機的自動編程
- 真實感繪製
- 和其他軟體包交換數據用的引入/導出程式
- 可程式的設計學習和最佳化
- 自動殼特徵創建
- 自動軸特徵創建
- 高級的視覺分析程式，用於軸，曲率，曲率連續性...
參數化實體造型
三維CAD的一場革命始於1989年，當時第一個參數化造型系統T-FLEX在PC上發布了。Pro/ENGINEER也於同年發行。現在大部分實體造型系統都是參數化的。
參數化造型用參數來定義模型(例如尺寸)。參數可以以後修改，模型會更新以反映所作的改動。
例子：一個軸通過拉伸一個圓100mm產生。一個轂裝配在其尾端。後來，軸改成200mm長(點擊軸，選擇長度尺寸，改為200mm)。當模型更新的時候軸變成200mm長，轂會重新定位到它所裝配到的那個尾端，工程圖紙和質量屬性會自動反映所有的變化。
參數的例子有：用於創建模型特徵的尺寸，材料密度，描述掃掠特徵的公式，引入的數據(例如，描述參照曲面的數據)。
參數化造型和明顯也很直觀。但是CAD的頭三十年卻不是這樣的。修改就意味著重化，或者在舊模型的上面增加新的切割或伸展。工程圖紙上的尺寸不是根據模型顯示,而是直接造出來的。
參數化造型功能強大，但是模型建造過程需要相當的技巧。為一個注模零件製作的複雜模型可能包含上千個特徵，修改早先創建的特徵可能導致後續特徵創建失敗。有技巧的創建的參數化模型更易於維護和修改。
參數化模型易於數據重用。譬如一整族的帶頭螺釘可以從一個模型得到。
計算機產生的人物的動畫是參數化造型的一個例子。恰恰·賓克斯(Jar Jar Binks，星戰人物)用一組定位關鍵肢體位置的參數描述。模型從這些位置開始建造。對每一幀進行參數修改和模型重建就得到了動畫。
醫用實體造型
現代計算機斷層攝影(俗稱CT)和核磁共振掃瞄器可以為體內特徵構造實體模型
醫學實體造型的用途:
- 可視化
- 特殊組織的可視化(譬如血管和腫瘤)
- 為快速原型提供實體模型數據(例如，用以輔助外科醫生準備困難的手術).
- 把醫學實體模型和計算機輔助設計實體模型結合起來(例如，用於設計髖關節替代部件)
另見
- 歐拉邊界表示
- 工程圖紙
