自由造型设计

1/34第四章自由风格曲面设计CATIAV5的自由风格外形设计是一个使用灵活、功能强大的曲面建模模块。它是一种基于修改曲面的特征网格，来控制所生成曲面形状的造型方法。因此，采用这种方法所构建的曲面具有很高的曲面光顺度和质量，非常适合于诸如汽车外形A级表面的造型设计等。该功能模块不仅提供了强有力的曲面生成与修改方法，而且还为曲面之间的匹配、拟合以及外形整体变形等高级编辑修改功能提供了丰富的工具。CATIAV5的自由风格外形设计由自由风格造型器（FreeStyleShaper）、自由风格优化器（FreeStyleOptimizer）和基于曲线的自由风格造型器（FreeStyleProfile）组成。自由风格造型器为生成与修改曲面提供了丰富的手段。自由风格优化器为曲面的超级拟合和外形整体变形等高级修改功能提供了强有力的建模手段。4.1相关的图标菜单CATIAV5的自由风格曲面设计由以下几组图标菜单组组成：曲线生成图标菜单组（CurveCreation）、曲面生成图标菜单组（SurfaceCreation）、外形编辑图标菜单组（ShapeModification）、几何操作图标菜单组（Operations）、外形分析图标菜单组（ShapeAnalysis）和相关工具图标菜单组（Tools）。4.1.1曲线生成图标菜单组（CurveCreation）在曲线生成图标菜单组中为用户提供了以下生成三维曲线的工具，用这些工具生成的曲线，既可以用来编辑曲面（如切割曲面等），也可以用来直接生成曲面（如风格扫描曲面等）。3DCurve创建三维曲线CurveonSurface创建位于曲面上的曲线ProjectCurve创建投影曲线FreeStyleBlendCurve创建风格桥接曲线StylingCorner创建风格拐角MatchCurve创建匹配曲线4.1.2曲面生成图标菜单组（SurfaceCreation）自由风格外形设计模块为用户提供了丰富的生成曲面工具，用这些工具不仅可以方便、快捷地生成简单的平面片、拉伸面、回转面等基本曲面，还可以生成风格扫描面、网格面等复杂曲面。这些曲面生成工具包括：PlanarPatch由二点创建平面片3-PointPatch由三点创建平面片4-PointPatch由四点创建面片GeometryExtraction从已有几何体中提取部分几何体Revolve创建回转面ExtrudeSurface创建拉伸面Offset创建偏移面StylingExtrapolate创建风格外延面BlendSurface创建桥接面Fill创建填充面NetSurface创建网格面StylingSweep创建风格扫描面2/344.1.3外形编辑图标菜单组（ShapeModification）在自由风格外形设计模块中，曲线与曲面的编辑功能是生成复杂曲面的关键，其功能的强弱直接影响到曲面造型的能力。在CATIAV5中为用户提供了使用方便、功能强大的曲线、曲面编辑能力，它由以下编辑工具组成：Symmetry创建对称元素ControlPoints用控制点编辑曲线或曲面MatchSurface匹配曲面Multi-sideMatchSurface多边匹配曲面Fittoageometry拟合曲线或曲面到几何体上GlobalDeformation曲面整体变形Extend延长曲线或曲面4.1.4几何操作图标菜单组（Operations）自由风格外形设计模块为用户提供了丰富的工具来操作几何体，这些工具包括：Break剪切曲线或曲面Untrim恢复剪切曲线或曲面Concatenate连接曲线或曲面Fragmentation分裂曲线或曲面Disassemble分解复合曲线或曲面ConverterWizard类型转换向导4.1.5外形分析图标菜单组（ShapeAnalysis）该菜单组为用户提供了丰富的分析、检测所创建几何对象质量的工具。借助于这些工具，用户可以方便地了解，并控制所建立曲线或曲面的质量及各曲线、曲面之间的连接性。该菜单组包括以下分析工具：ConnectChecker曲面连接性检查CurveConnectChecker曲线连接性检查PorcupineAnalysis曲线曲率分析CuttingPlanes曲面断面线分析ReflectionLines曲面反射线分析InflectionLines曲面变形线分析DistanceAnalysis距离分析DraftAnalysis拔模角分析EnvironmentMapping曲面映像分析IsophotesAnalysis曲面斑马线分析CurvatureMapping曲面曲率映像分析4.1.6相关工具图标菜单组（Tools）ApplyDress-Up显示曲线或曲面上的控制点及弧段信息RemoveVisualizationOptions取消曲线或曲面上的控制点及弧段信息的显示VisualSymmetry对称显示GeometricInformation查询几何体的相关信息3/34QuickCompassOrientation快速定位罗盘AxisSystem坐标系StretchView伸展视图StandardViewManipulation标准视图操纵箭头InteractiveViewDefinition交互定义视图CreateDatum生成带或不带历史记录的几何体KeepOriginal对一几何体进行操作时保留原几何体SnaponVertex捕捉顶点SnaponEdge捕捉边界SnaponCpt捕捉控制点SnaponSegment捕捉弧段AttenuationDisplacement操纵箭头步长削弱因子，这四个图标分别对应NoAttenuation（不削弱）、LowAttenuation（低削弱）、MediumAttenuation（中削弱）和HighAttenuation（高削弱）。Continuity显示几何元素的连续性信息ContactPoints显示几何元素的接触点操纵箭头Tensions显示几何元素的张量操纵箭头U,VOrders显示元素在V向和/或V向的阶数FurtiveDisplay暂时显示几何元素的控制点InsertOpenBody插入OpenBody4.2环境参数设定为了充分发挥CATIAV5的自由风格曲面设计能力，必须根据设计对象的特点，合理地设定绘图环境参数。用Tools-Option-Shape-FreeStyle打开FreeStyle的环境参数设定界面（如图4-1所示）。在此环境设置对话框中，按设置内容的不同分为以下几个部分：几何区（Geometry）、自动捕捉区（AutoDetection）、显示区（Display）和微调区（Tuning）。4/34图4-1FreeStyle环境设置对话框在几何区可以完成以下几个参数的设置：1)误差设置（MaxTolerances），它包括以下两种误差的设置：约束误差（Constraint）：它用于定义最大连续性偏差，例如在创建桥接面时，如果桥接面与原始面之间的连续性偏差大于设定值，则不能生成桥接面。偏差（Deviation）：它用于定义在执行转换类型向导（ConverterWizard）或生成偏移曲面时，所能接受的最大偏离量。2)最大阶数设置（MaxOrder）：它用来设置曲线或曲面在U向或V向的最大允许阶数，取值范围为5－16。在自动捕捉区，可以完成以下两个设置：1)显示坐标（Coordinates）：如果选择了该选项，则当鼠标在几何体上移动时，会显示捕捉点的坐标值。2)搜索装饰（SearchDressing）：如果选择了该选项，则在打开自动捕捉控制点（SnaponCpt）工具时，会显示被自动捕捉到的控制点。在显示区，可以设定在操纵几何体时，会显示几何体的那些相关信息，它包括：1)控制点（ControlPoints）：如果选择了该选项，则在操作几何体时会显示操作对象的控制点。2)连续性（Continuity）：如果选择了该选项，则在操作几何体时，会显示操作对象与周围相邻元素的连续性信息。3)张量信息（Tension）：如果选择了该选项，则在操作几何体时，会显示操作对象与周围相邻元素的连接点上的张量信息。4)曲率（Curvature）：如果选择了该选项，在操作几何体时会显示曲率连续性信息。5)接触点（ContactPoints）：如果选择了该选项，在操作几何体时会显示与周围相邻元素的接触点。6)阶数（Order）：如果选择了该选项，在操作几何体时会显示该几何体在U向，或U向和V向的阶数。在微调区，可以设置在操作视图或几何体时的微调量，它包括：1)削弱因子（AttenuateCoefficient）2)旋转步长（RotationStep）4.3自由风格外形设计相关功能介绍本节将详细地介绍自由风格外形设计相关的功能及各功能在实际造型中的应用。4.3.1曲线生成功能（CurveCreation）在自由风格外形设计中，虽然可以不用曲线就可以创建出各种复杂的曲面，但丰富的曲线造型可以提高创建复杂网格面及风格扫描面等复杂曲面的能力。CATIAV5为用户提供了以下曲线造型的功能。4.3.1.1创建三维曲线（3DCurve）该功能用于创建空间或定位于几何元素上的三维曲线。该三维曲线是相关的，即可以编辑其控制点或通过点。如果所创建的曲线是位于某几何体上的，编辑该几何体后，曲线自动更新。使用该功能创建三维曲线的基本步骤为：图4-2三维曲线生成对话框图4-3点操纵箭头及快捷菜单1)点击三维曲线图标菜单（3DCurve），出现三维曲线的生成对话框（如图4-2所示）。2)选择三维曲线的创建类型（Creationtype）。该功能提供了三种创建类型：利用控制点创建（Controlpoints）：用户输入的点作为所创建曲线的控制点；5/34利用通过点创建（Throughpoints）：用户输入的点作为所创建曲线的通过点；利用拟合点创建（Near）：利用用户输入的点生成一条拟合曲线。3)输入创建曲线所需的点。可以在屏幕上用鼠标直接点取所需点的位置，在所选点的位置上会出现一个操纵箭头（如果4-3所示），通过它可以调节点的位置，用其快捷菜单（Edit）还可以直接定义点的坐标值。4)利用对话框中的处理点区域（Pointshandling）中的按钮，可以完成以下编辑任务：插入点（Insertapoint）：点击插入点图标（Insertapoint），用鼠标选取所想插入点的弧段，然后选取所插入点的位置。删除点（Removeapoint）：点击删除点图标（Removeapoint），然后选取要删除的点。约束或取消约束点（Freeorconstraintapoint）：点击约束或取消约束点图标（Freeorconstraintapoint），然后选取一点：如果该点是空间点，可以选取一已知点，将该点约束到已知点上；还可以按住CTRL键后，选取另一几何元素，则将该点约束到该点到所选几何元素的最短距离处的点上。如果所选点已经约束到了某几何元素上，则取消对该点的约束。5)如果想选取一点，该点紧靠在一个几何元素上，但又不想将该点约束到几何元素上，可以打开“取消几何元素的捕捉（Disablegeometrydetection）”开关。6)用快捷菜单（如图4-3所示）可以对一些点施加切矢约束（ImposeTangency）。如果创建类型为“通过点（Throughpoints）”，可以对所有点施加切矢约束；如果创建类型为“拟合点（Near）”，可以对两个端点施加切矢约束；如果创建类型为“控制点（Controlpoints）”，则不能施加切矢约束。如果用控制点方式创建的曲线的端点约束到了几何元素上，则可以对其施加切矢连续约束。7)在“通过点（Troughpoints）”或“拟合点（Near）”方式下创建三维曲线时，如果选取的第一个点约束到一条曲线上，则自动施加切矢约束，使所生成的曲线与原曲线相切。可以用Shift键来切换是否自动施加切矢约束。8)按OK键生成三维曲线。注意：在生成三维曲