[發明專利]用于創建參數曲面的計算機實施過程

有效

• 申請號: 200710137056.1
• 申請日: 2007-07-19
• 公開（公告）號: CN101110127A
• 公開（公告）日: 2008-01-23
• 發明（設計）人: S·羅澤爾
• 申請（專利權）人: 達索系統公司
• 主分類號: G06T17/40
• 分類號: G06T17/40
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 王英

技術領域

本發明涉及計算機輔助設計領域，更具體而言，涉及參數曲面，尤其是具有經修整的基本曲面(trimmed?elementary?surface)的參數曲面的計算機輔助創建。

背景技術

市面上有很多用于零件或者零件組裝件設計的系統和程序，例如由本申請人提供的商標為CATIA的產品。這些所謂的計算機輔助設計(CAD)系統允許用戶構建和操縱零件或零件組裝件的復雜三維(3D)模型。

3D計算機圖形的創建涉及各種各樣的步驟，包括建模和處理步驟(基礎網格的細分、向參數曲面的轉換、繪制等)。

可以采用很多種不同的建模技術創建組裝件的模型。這些技術包括實體建模、線框建模和曲面建模。實體建模技術是為拓撲學3D模型提供的，其中，例如，所述3D模型是互連的邊和面的集合。從幾何的角度而言，3D實體模型是界定閉合表層的已修整或劃界曲面的集合。所述修整曲面對應于由邊界定的拓撲面。所述閉合表層(closedskin)界定了由零件的材料填充的3D空間的有界域。另一方面，可以采用線框建模技術表示作為簡單的3D線的集合的模型，而曲面建模則可用來表示作為外表面的集合的模型。CAD系統可以將這些以及其他建模技術(例如參數建模技術)接合起來。因而，CAD系統提供了采用邊或線，以及在某些情況下采用面對模擬對象的表達。模擬對象包括很多線或邊；可以通過很多種方式對這些線或邊進行表達，例如，非均勻有理B樣條(NURBS)、貝塞爾曲線或描述曲線的其他算法。

就處理步驟而言，CAD程序通常在對對象的建模過程中利用基礎網格(base?mesh)。基礎網格是互連的基本多邊形(例如三角形或四邊形)構成的網絡。

用戶在設計過程中對基礎網格進行修改，以獲得所需的模型，之后，將其轉化為多個參數曲面，例如NURBS或B樣條

所涉及的模擬產品：通常以平滑的流線型為特征的現代消費品，其復雜性超出了簡單的分析曲面，例如平面、盒面和柱面的適用性。相反，通常采用樣條曲線和曲面等來模擬這樣的產品。在設計產品時，對象表面的平滑性是主要關注點。因此，3D建模者通常要運用各種工具來創建平滑曲面。

在下文中，將采用幾何術語“曲率”表示曲線或曲面偏離理想直線或平面的程度。通常將曲率作為局部密切半徑的倒數來測量。因此，當曲線只是稍微彎曲時其曲率低，半徑大，如果其彎曲得厲害，那么其曲率高，半徑小。圓弧、圓環或以其為基礎的曲面的曲率是常數，諸如樣條的更為復雜的曲線(以及以其為基礎的曲面)的曲率則沿所述曲線的長度而不斷變化。

此外，采用術語“連續性”來描述沿曲線或位于曲面上的點之間以及鄰接曲線或曲面之間的偏移(或關系)。這樣的關系可以落在不同的連續性級別內，所述連續性級別通常為C0、C1和C2。C0只表示位置連續性(如就鄰接曲線/曲面而言)。在這種情況下，曲線在C0點表現為一個扭結。類似地，曲面沿C0接縫具有銳利的皺折。鄰接曲線和曲面相互接觸，但是它們不具有曲率相似性。C1表示增加了正切連續性的連續性級別，C2增加了曲率連續性。當在曲線的某一點兩側曲率相等的情況下，該曲線為無縫(seamless)曲線。

在本文中實際上將參考G0、G1和G2“幾何”連續性，其在數學的角度略有不同，這是本領域公知的。例如，兩個交接(joining)曲線段中相應曲線的n階導數在交點處具有“相同的方向”(由某些矩陣定義的比例性(proportionality)就足夠了，不要求等同性)，那么所述的兩個交接的曲線段具有Gn連續性。結果，Cn隱含Gn，但倒推未必成立。

在曲面建模的核心技術中，有一種技術通常利用分段低階代數曲面或內隱曲面片(implicit?patch)。曲面片是通過控制點網格控制由此可以使其變形的基本曲面。采用曲面片的一個重要的問題在于，必須使曲面片充分接合，以確保沿曲面片邊界的幾何連續性。典型地，對曲面片單元進行遞歸細分，從而有可能使局部曲率滿足指定的連續性要求。