计算机三维建模技术及其应用论文.docx

计算机三维建模技术及其应用
在 20 世纪 50 年代和 60 年代, 计算机图形技术的早期, 产生图像的计算机系统和技术是基础的 、有限的, 当时 , 很少有艺术家和设计人员了解计算机能够生成图像. 在 70 年代和 80 年代, 计算机技术变得更实际 、更有用了, 70 年代形成了许多基本的今天仍在使用的透视技术, 到了 80 年代, 计算机图形技术成为被证实的艺术和商业潜力领域 .之后,计算机图形技术逐渐成熟 .如今, 设计师可以用计算机技术创造真 实或虚幻 的世界, 许多计算机程序能够使设计师模拟三维环境 ,在计算机内存中创建具体的 、十分逼真 的产品模型 , 并在计算机上对模型进行种种测试和修改.
如美国Autodesk公司推出的三维动画软件3D StudinMA(x简称3DS MAx) ,就是一套专为个人计算机 开发的多功能三维实体造型系统 .利用其丰富的材质编辑功能和灵活多变的着色 、投影设置 , 可产生逼真 、 生动的三维实体造型, 并能实现动画效果, 表现物体的模拟运动, 替代真实模型的制作, 从而降低了成本 , 缩短了设计周期 .因而计算机三维建模技术是使人们获得更经济 、更快捷地表达产品三维模型的手段和方 法, 使用这种新技术建立的模型, 不仅制作快 、成本低 、易存储 , 而且制成后易修改 .
在工业产 品造型设计中,涉及产品造型 、色彩 、美学 、人机 、标志设计等方面的内容.在设计阶段用计算机三维建模技术建立模型比传统的设计方法建模, 有着显著的优越性.
l) 计算机聋维模型是工业造型设计表现技法的新方法 . 传统的工业造型设计表现方法, 无论是素描草图 、三视图还是透视效果图, 都无法充分体现设计师的设计思想, 而手工制作实体模型也有着众多的缺陷 . 因此 , 制作快、成本低、易存储, 而且制成后易修 改的计算机三维模型成为造型设计新兴表现技法.
2) 计算机三维建模技术使工业产品色彩设计更简化 、 更逼真. 良好的色彩设计会使产品!的造型更加 完未传统的工业造型色彩设计, 需要设计师有较专业的色彩知识, 把握色与光 、 对比与调和以及配色等方两的技巧 ，往往会因绘画的优劣而使设计方案遭到错误的判断, 尤其是透视效果图中的色彩效果 , 常会受到绘画着色特点的影响 , 因而色彩的真实性 、 可靠性很差. 而使用计算机三维建模技术, 灵活多变的着色无需真实的原料就可 以赋予模型逼真 、 可靠的色彩, 并且可 以反复试验着色方案 , 直到满意为止 ·
3) 计算机三维建模技术能更好地协调造 型设计 中功能要求 、 造型设计 、 物质条件之间的关系 . 功 能要求决定造型设计, 造型设计体现功能要求, 物质条件影响艺术造型; 利用计算机三维建模技术, 针对产品劝能特点来设计造型, 在计算机上就可以方便的修改模型 , 丰富的材质编辑功能可赋予模型不同的材质, 感受不同种材质的效果 .
4）计算机三维建模技术使工业产品更能达到人 一 机协调 . 工业产品的造型设计除了给人外观感受的影响外, 在使用过程 中还会对人直接产生生理和心理的作用. 使用计算机建模技术 , 把人机作为统一体来考虑和设计, 使机电产品与人体功能密切配合, 促使生产效率进一步提高, 降低体力消耗, 改善工作条件, 消除事故 、 提高职业安全, 使机器得心应手地为失产者服务 。
5）计算机三维建模技术 , 可以激发设计师的创新灵感, 展现设计者的个性. 按传统方式设计, 用手工绘 制产品效果图和制作模型, 不仅周期长, 而且很难进行修改 , 因而其可供选择的余地很小, 限制了设计师的 设计灵感 . 而使用计算机三维建模技术, 生成模型的速度很快, 短时间内可生成多种可供选择的造型方案, 可以把设计师不同风格的设计思想都展现出来 , 并极易按用户要求进行修改‘ 在设计过程 中, 也可进行任 意的创新修改, 从不同角度观察产品造型 , 取定最佳方案. 因而, 这种新技术是诱发设计师创造性思维 、 提高创造能力的有用工具。
在传统的机械设计过程中，一般要经过设计-试制-改进等多次循环，很多关键零件均为经验设计，一直没给出系统的准确的设计，即使产品定型，也存在设计上的问题。随着计算机的软件的开发和应用，在设计中，可对零件进行三维实体建模，了解实体的真实形状，对关键零件进行有限元分析。这样，不仅缩短了设计所用时间，提高设计效率，而且优化零部件的结构、材料性能，提高了所设计可靠性。
在设计过程中，首先建立软硬件平台。其次，完成零部件三维结构设计，虚拟装配分析（干涉检查零部件的准确性和装配合理性），关键零件有限元分析，总体设计，最后形成工程图样，机械设计技术路线。本文主要介绍三维实体建模和有限元分析部分。
实体建模（曲面）特点：信息最完整，复杂的实体形较网格对象容易构造。灵活方便但占用资源多，建筑建模能采用Pline 就不用实体。实体建模分三种方法有构造基本实体形、组合基本实体成复杂实体、对实体作圆角、倒角和其他编辑处理。
三维实体建模的软件很多，现采用SolidWorks软件进行建模。SolidWorks可以从三维模型自动转换出二维工程图，SolidWorks支持的三维数据有STEP、IGES、VRML、STL格式；支持的二维数据格式有：DWG、DXF格式；支持的图象文件格式有TIF格式。因此SolidWorks与分析软件COSMOS/Works和ANSYS、三维实体的运动分析软件MotionWorks、数控加工软件CAMWorks等作了无缝连接或是中间格式转化连接。
计算机三维建模技术在工业造型设计中的优越性，传统方法无论在直观性，方便性还是速度上都是无法与其相比的。计算机三维建模技术，在激发设计师的创新灵感，展现设计师的个性，以及在使用方便性，灵活性上正成为当今设计师不可缺少的工具。
参考文献:
[l] 王介明. 工业产品艺术造型设讯[M]. 北京: 清华大学出版社, 199 5. 9- 20 .
[2] 王继成. 现代工业设计技术与艺术附 . 上海 : 中国纺织大学出版社, 199 7.8一54 .
[3] 黄积荣等编译. 工业美学及造型设计 [M]. 北京: 新时代出版社, 1986 . 35一60.
[4] 鲍明忠等译. 3D 计算机动画与图像技术[M] . 北京: 中国水利水电出版社 , 199 8.30 .