proe曲面造型教程

分类构面技巧 By 无维网 IceFai（黄光辉） 基本的造型指令是造型的基础和建材，但是光有建材不足以构成漂 亮可靠的建筑，还需要一个好的架构方式，在本章的学习中我们将会学 习如何利用造型指令来构建最终形状。 本章中将通过大量具有代表性的造型实例，采用分类总结的方法向 读者呈现了针对各种曲面形状的构建方法，重点讲解多边面的转化、如 何提高曲面质量来避免后续处理可能出现的问题，更重要的是期望能教 会读者一个对曲面分析和转化的思路。 ??? Ice Fai ??P roE ?? 5.1 构面方法和技巧 每种技术都有两个层次：第一个层次是能做，第二个层次是做好。要想达到第二个层次首 先就要经过第一个层次的磨炼，所以任何不切合实际的一步到位的方法都是不现实的。只有在 掌握了正确方法的基础上不断实践，才能真正提高和融汇。随着软件功能的提升，构面的技巧 也应该不断提升和修正，创新的精神和尝试才是让自己不断进步的关键。因此，笔者的经验和 总结只能起到参考的作用，通过大胆的怀疑和求证或许就能找到更好的方法。 对造型而言，模型的不同地方具有不同地位。对于模型的主干面，即具有较多的后续处理 的面(比如主身面)，应该尽可能的提高它的质量，一方面为了外观，另一方面为了后续处理的 方便。不能为了贪图一时的方便给后续处理(比如外壳)带来无尽的烦恼。相反对一些无关大雅、 没有后续处理的面(比如小的细节花纹)，则可以相对放松要求，非特殊用途，追求全部曲面都 具有高质量是很浪费时间的。 曲面质量包括两个方面：自身的曲面质量和与相邻的曲面的过渡连接质量。 1. 曲面的内部质量 关于曲面的各种高深的理论和计算方法，对使用者而言能了解最好，不能了解也无所谓。 可以把曲面想象成由很多网格组成，网格的经线和纬线便可以认为是曲面的 U、V方向 ISO线 了。一个好质量的曲面，对每一个网格来说它的 U、V方向应该都是正交或近似正交的。图 5-1 为具有显示相同的曲面外观，不同的 ISO线分布图。 图 5-1 而影响一个曲面 U、V方向 ISO线的分布取决于构面时候的构造线，对于 nurbs曲面来说， 剪切是不会对曲面的 U、V方向产生影响的，也就是说不会对网格产生影响的。如图 5-2所示， 剪切前后网格(U、V方向)并不会发生改变，这也是通过剪切四边面来构成三边面、五边面等多 边面的理论基础和 nurbs 曲面经过格式转换后还能保持原来形状的奥妙所在，因为它是存储了 曲面的原始曲面和修剪过程，然后在读进的过程中实现修剪过程的(有利便有弊，输入过程的破 面和间隙也是这样产生的)。 正本先清源，要想得到好结果，首先要做到“从一开始就是对的”。曲面从根本来说是由 160 ??? Ice Fai ??P roE ?? 第 5 章 分类构面技巧 构造线决定的，曲线是骨架，曲面是表皮，好的体态先要有个好的骨架，曲面也是一样。 图 5-2 对构造线来说，在可能的情况下都应该尽可能是正交或近似正交的，如果相邻的两条不同 方向的曲线夹角很小的话，就该考虑用剪切的方法来生成，如图 5-3所示。 图 5-3 对于曲面的构造线，我们不妨把它分成三类，外轮廓线，骨干特征线和辅助特征线，其中 骨干特征线和辅助特征线可以统称为内部特征线。外轮廓线就是构成曲面的最外边界，特征线 是在曲面内部对曲面的形状有决定性影响的构造线，一般都是在曲面的形状发生转折的地方和 开始过渡的地方，辅助特征线是用来辅助控制曲面形状走势的截面曲线。 所有的曲面都应该从轮廓线和骨干特征线开始，根据需要再不断添加辅助特征线。切忌先 做很多截面线然后混合。一般情况下曲面的质量是和控制线的数量成反比的，如何达成精度和 曲面质量之间的平衡，靠的就是辅助特征线的调节。 外部轮廓线比较简单，一般稍有点经验的都会注意它的正交性。可对于内部特征线很多人 就不注意了，最常见的做法就是无视曲面的形状和走势等间距而作一堆截面(带状的曲面尤甚)， 然后就是混合，这样，曲面的质量就无法保证(一般看起来光滑度没什么问题，但就是波浪起伏)。 正确的做法是先作出骨干特征线，然后根据需要作辅助特征线，辅助特征线应该通过捕捉骨干 特征线来生成；而且辅助特征线和骨干特征线都应该根据曲面的走势尽量与轮廓线之间、内部 特征线之间达成近似正交。要达成这个目的，每个辅助特征线的截面角度都应根据需要调整角 度而非全都是偏移某个基准的方法来生成，对比如图 5-4所示。 161 ??? Ice Fai ??P roE ?? 图 5-4 分析完曲线的宏观构造后，再来看每一条曲线的微观构造。曲线影响曲面有两点，第一是 它所在的位置，第二便是它的形状。位置影响曲面的整体形状和走势，而曲线的形状定义则影 响曲面的内部面片也就是微观结构。一个面片在 Pro/ENGINEER中的表示如图 5-5所示。 图 5-5 一般来说都希望产生的曲面的面片越少越好，这样主要是为了后续处理的方便和显示的效 率起见。在 Pro/ENGINEER中影响生成曲面的面片主要是每一条构造曲线的段数，段数越多则 面片越多。在没有使用控制点对的选项下，混合的面在某一个方向的面片数是另一个方向的构 造曲线的总段数之和。为了减少面片数，减少构造线本身的段数和控制点对应是必要的手段， 方法不外乎如下几点，效果如图 5-6 所示，完成文件请参考 training_files\surface_kill\part\ com_curve.prt。 z 使用控制点对。使用的场合是同一方向上的构造线的段数一致并且位置比都相差 不大。 z 使用样条线(spline)来作每一条构造线。这样可以只有一个面片，但样条线本身有自己 的不足。 z 使用规则图元(直线，圆弧等)来构造然后合成为样条线作为曲面的构造线，适应范 围广。 规则线段图元合成单一样条线在 Pro/ENGINEER中有两种方法：一种是在零件状态下 用多段的曲线采用逼近的方法来合成；另一种是在草绘状态下转化成样条线。两种方法各 有不同的适应场合，不过后者可能比较常用。 技 巧 162 ??? Ice Fai ??P roE ?? 第 5 章 分类构面技巧 图 5-6 影响造型的质量除了单个曲面本身的质量外，不同曲面间的连接质量也是重要的一方面。 一个曲面的造型除了要考虑本身的质量外，还要考虑它对和它相邻的曲面的影响。而创建曲面 的构造线的时候，也要考虑相邻曲面的走势，添加和曲面相切或连续的构造线时除了定义相切 或连续外，在可能的情况下最好是能顺着前一曲面的 ISO线趋势。如图 5-7所示，左图就是连 接比较理想的情况，两个曲面在连接处除了相切外，内部的 ISO线方向也基本一致。而右图虽 然也是相切但是两曲面的 ISO线方向差别就比较大，不是理想的连接方法。 图 5-7 这种情况最多见于在造型下构线的时候，定义构线和曲面相切或连续的自由形式样条线。 因为和曲面相切的样条线方向是可以随意变化的，而选择什么样的位置才是最好呢？这时当 然是顺着曲面的 ISO 线方向是最好的，要达到这个目的，可以在创建这样的曲线时，把前一 个曲面的 ISO 线打开(在 Pro/ENGINEER 中就是 mesh surface，2001 中的方法)。而如果是在 Wildfire 3.0 中则可以直接创建一条曲面的 ISO 线，这样新的构造线就可以直接定义和创建的 ISO线相切或连续而不用定义和曲面的连续关系了，如图 5-8所示。 还有一种情况是两个面有公共边，但是创建有先后顺序，而这条公共边也非特殊位置，这 样创建第一个曲面的时候，这条边将没有边界条件的约束。所创建的曲面就有机会在边界附近 发生一点小变形(视后构造面的截面线的变化而定)，这点小变形或许对当前曲面质量影响不大， 或者说不明显，但是却会对后续创建的曲面产生很大的影响，往往会造成在边界附近的突变。 解决办法有两个：添加必要的内部构造线或利用带特征(ribbon)。前者虽然能达到控制形状的目 的，但是人为的添加一条构造线，虽然有时候可以改善曲面质量，但大多数情况下都是形状不 好控制外还会降低曲面的质量；后者则是在创建曲面之前先在边界上根据相邻的曲线走势创建 一条过边界线的临时带曲面，这样后面创建的曲面就可以用这个带曲面来定义边界条件从而达 163 ??? Ice Fai ??P roE ?? 到控制曲面走势的目的，效果如图 5-9所示。 图 5-8 图 5-9 2. 构面基础 现实产品中，造型千变万化，要想找到一条通用的方法是不可能的。但是不管造型如何变 化，基本的造型要素并不多，只不过要素的组合所产生的结果就可以多种多样了，构面过程其 实就是如何从这些组合出来的结果中分离出这些简单的要素。 1) 先主体，后过渡 所谓的过渡，就是曲面的形状发生比较明显的变化地带，它并没有一个显式的定义，所以 只能靠构面者自己的知识和经验来判断。比如图 5-10中的勺子，主体部分就是带状的把柄和半 球形的勺部，而把柄到勺部的过渡就是过渡地带。造型的时候也应该先分别构建两个主体部分 然后再来创建过渡部分。 图 5-10 164 ??? Ice Fai ??P roE ?? 第 5 章 分类构面技巧 过渡部分因为往往是形状变化比较大的缓冲地段，所以这部分面的构造过程中的位置对应 关系对曲面的走势和形状影响很大。如何找到合适的对应点让过渡面更自然更顺滑，这就是创 建过渡面的关键，图 5-11为勺子的对应点分析。 图 5-11 一个基本原则就是根据“特征”形状的变化来确定，特征弱化则把过渡段比例加大，反之 则减小。就如图 5-11中的勺子，分析其过渡部分，勺部顶端的全圆角逐渐弱化到柄部并消失； 而相反，勺部主体到柄部主体是一个强化过程，如图 5-12所示。 图 5-12 根据上面的分析，可以在图 5-13中构造对应的特征，全圆角部分在勺子部分的长度可以说 占勺子截面轮廓很少部分，比如只占 10%，但过渡到手柄，可以看到它所占的比例已经上升到 很大了，比如占到 40%，文件请参考 training_files\surface_kill\part\spoon.prt。 图 5-13 165 ??? Ice Fai ??P roE ?? 再来看一个例子，比如图 5-14所示的鼠标，前端橙色部分是圆角面，后端就是一个大面， 圆角特征已经完全消失了，这就是一个弱化过程，所以过渡部分就可以逐渐放大这部分所占的 比例以达到消失的目的，这个原理很简单，比如一端高为 3mm 的圆弧，当弦长变大的时候弧 的半径就会变大，也就是圆弧弱化了。 图 5-14 尽管不能给过渡下一个明确的定义，但是过渡确实有一定的表现形式，一般的形式就是过 渡的两个主体形状不同，某些特征逐渐消失(消失面)。 2) 避免使用相贯线和剪切作为构造线 相贯线就是两个基本的图元相交得到的交线，这些交线通常都是不规则和突变的，如 图 5-15所示。剪切线就是一个完整的基本图元剪切一定的形状后得到边界线，直接使用这线虽 然可以保证边界的不失真，但是先天的缺陷会导致所构造的面无法得到满意的质量和形状。 图 5-15 要构造这类型的形状，要把相贯的基本图元分离出来，并用推测的办法来判断各自相交合 并前的形状。分别创建独立的图元并合并相交得到相贯线，这样或许和实际的相贯线有差异， 但可以通过调整基本图元去逼近实际的相贯线(包括手工调整和用行为建模的方法去调整)。这 样或许得不到完全通过相贯线的造型，但是却可以在精度允许的范围内到一个质量更好的造 型，这点牺牲还是值得的(没有人会为你的相贯线偏离 0.1 有多大的意见的)。尤其是数据源本 身就不是严格的 CAD图档的时候，比如效果平面图或抄数数据等。 道理虽然简单，但是实际操作的时候却还是会遇到麻烦：相贯线后面的部分形状不可知， 怎样才能根据现有的数据推出一个最合理的补形呢？关于这点，我们只能从后面实际情况的分 166 ??? Ice Fai ??P roE ?? 第 5 章 分类构面技巧 析中得到一些基本的规律。这样的问题同样也存在于减切面的情况中，如图 5-16所示。 图 5-16 3) 从简单入手 理解上面两点后，我们可以认为所有的造型都是由一些很基本的造型图元累加组合而成。 剩下的问题就是如何分离出这些基本的造型图元并创建它们出来，基本原则就是从简单入手。 首先考虑用最简单的方法是否能得到需要的造型，不行再考虑添加更多的约束条件或使用更高 级的方法。比如能用拉伸得到的形状就不要用扫出，能用扫出得到的形状就不用混合，能用混 合得到的形状就不要用边界混合，能够用倒圆角的方法得到的就不做面等等，我们的目的就是 尽量简化约束，增强模型的强壮度。事实上绝大部分的造型图元都可以用比较简单的方法来得 到，只是因为减切边界和相贯线的干扰影响了我们的判断，慧眼的练就需要的是经验和一点点 想像力。 就像图 5-17所示的水龙头造型，初看造型似乎比较复杂，但是仔细分析形状就可以把它分 离成三个相对简单的造型，合并后剩下的就是过渡面的创建了，完成文件请参考 training_files\surface_kill\part\hydrant03.prt。 图 5-17 特征的分离在造型艺术上是战略级的，过渡面的创建是战术级的，正确战略下战术的难度 就会大大减低。 4) 借助带特征建立公共参考 实际工作中，一个造型只有一个曲面的情况是很少的，大多数情况下都是由多个曲面所组 成的，这样就有一个建立的先后顺序问题。在有些情况下，后建立的面会因为受先建立的曲面 (一般地是指先建立的曲面和后建立的曲面连接的边界处无边界约束的情况)的影响而在连接附 近发生比较严重的变形，甚至有时这种变形是不可接受的。这个时候可以考虑使用带特征来建 167 ??? Ice Fai ??P roE ?? 立两个曲面的公共参考，如图 5-18所示。 图 5-18 5) 四边面逼近多边面 实际造型中多边面的场合并不少，但在 Pro/ENGINEER 中对于多边面缺乏一个通用的命 令，所以在很多时候不得不使用拆面或剪切的方法来达成这个目的，如图 5-19所示，文件参考 training_files\surface_kill\part\opt_surf.prt。 图 5-19 这个方法的关键就是如何保证剪切出来的边是和原始轮廓线是吻合的(一致或小偏差)？通 常有几个方法来实现。 z 根据偏差不断调整假设的延伸曲线得到最佳结果。 z 使用边界混合中的影响曲线来进行自动逼近。 z 使用行为建模的方法来优化逼近。 在所有的这些方法中可能都需要使用到一个分析方法，那就是偏差分析(Deviation)。 命令位置：分析→几何→偏差分析。 偏差分析能分析曲面和曲线、曲线和曲线之间的最大和最小偏差，如图 5-20所示。这样就 可以量化地知道剪切边和原始曲线之间的偏差有多大，使得调整更有方向性。 图 5-20 168 ??? Ice Fai ??P roE ?? 第 5 章 分类构面技巧 显然第一个方法比较麻烦还不一定能得到满意的结果。对于相对简单的情况下推荐使用第 二个方法，就是使用边界混合中的影响曲线界。 在使用边界混合的时候，在“选项”操控板中有一个使用影响曲线的选项，通过指定影响 曲线，软件可以自动调整曲面形状来逼近指定的影响曲线，如图 5-21所示。 图 5-21 影响曲线发生作用主要由两个参数来决定：影响因子和曲面内部面片。 影响因子越大，曲面就越光滑，但和影响曲线的偏差可能就会越大；反之则和影响曲线的 偏差就会越小，而曲面光滑度会降低。这个值的取值范围是 0～1。 曲面面片越大，曲面的调整能力越大，也就是说可以更逼近影响曲线，但同时曲面的光滑 度也会相应降低；反之，曲面的调整能力越小而曲面的光滑度越好。 所以这两个值的调整要根据实际需要在精确度和光滑度方面取得一个均衡。完成文件请参 考 training_files\surface_kill\part\helmet_org.prt。 6) 确定造型的先后顺序 复杂的造型上通常都有比较多的过渡面，而这些过渡面的地位并不全是相等的，有的是有 依存关系的，可以称之为过渡的过渡。确定正确的造型顺序才能作好这些过渡，比如图 5-22 所示的形状。 图 5-22 169 ??? Ice Fai ??P roE ?? 可以分出类似下面的三个基本造型图元，如图 5-23所示。 图 5-23 但是构建过渡面的时候就会发现如果同等处理三个过渡地方的话就会遇到麻烦，如图 5-24 所示，两边的过渡是依赖于中间的过渡的，也就是说两侧的过渡是中间过渡的过渡，完成文件 training_files\surface_kill\part\sample-05.prt。 图 5-24 5.2 常见曲面形状的构建方法 1. 平面椭圆隆起 如图 5-25所示，底部是平面的椭圆线，隆起曲线为圆弧。 图 5-25 对于这样的曲面一般人的做法可能是边界混合的方法，实际上由于其特殊性，可以用一般 扫出的方法完成的。方法是用中间的隆起圆弧作为轨迹，一段圆弧作为截面进行一般的扫描， 通过控制圆弧的半径大小，扫出面用平面剪切后便可达到要求的曲面，过程如图 5-26所示。 170 ??? Ice Fai ??P roE ?? 第 5 章 分类构面技巧 图 5-26 至于圆弧的半径的大小，可以通过添加关系或者约束的关系来完成，也可以通过不断调整 半径的大小以达到合适的值。因为形状的特殊性，手工调整也不难达到目的。 2. 非平面异形隆起面 第一个方法只适合于椭圆底的特殊曲面形状，但对于更为一般化的隆起面，这个方法就很 难奏效，这个时候可以通过异形隆起的面来创建。 这种面通用的做法都是可用辅助圆可变扫出法，下面先以轮廓为平面的情况说明具体制作 方法。 (1) 以大致的最高点作为中心，做一个基准点。 (2) 并以该基准点为中心作一个辅助圆(大小不限)。 (3) 然后以圆作原始轨迹(重要)，真正的轮廓作为轨迹，进行可变扫出。 (4) 进入草绘环境后，选取第一步所作的基准点作为参考。 (5) 截面用圆弧或圆锥曲线，截面的约束和标注以中心基准点为基准，标注圆弧或圆锥曲 线的端点到基准点的距离(重要，扫出成败的关键)，这个距离也是隆起的高度。 (6) 扫出完成，流程如图 5-27所示。 图 5-27 而对于非平面的轮廓，方法其实是一样的，不同的是需要创建一个确定隆起方向的基准平 面，如图 5-28所示。 图 5-28 171 ??? Ice Fai ??P roE ?? 这个方法可以对付大部分的封闭隆起面，比如图 5-29所示的各种曲面。 图 5-29 如果只是采取简单的标注和约束方法，那么这种方法对于近圆或椭圆的凸轮廓线会得到不 错的效果；但是如果轮廓是凹陷的或者是非近圆的，那么得到的结果就不是很好了，如图 5-30 所示。 图 5-30 而要改善这种情况，就需要对截面进行一些处理，如图 5-31所示。 图 5-31 上面的截面中，在扫出的中间部分添加了一段固定大小的圆弧，目的就为在扫出的中间最 高部分用一个球面来代替，从而可以有效地避免凹陷一直延伸到中心位置而影响曲面的光滑 度。同时为了曲面的过渡更自然，中间的球面剪切轮廓和外轮廓成比例关系，效果如图 5-32 所示。 172 ??? Ice Fai ??P roE ?? 第 5 章 分类构面技巧 图 5-32 应用同样的方法可以处理长条形的隆起面，这样就可以大大地拓宽这个方法的适用范围。 3. 多边中心对称曲面造型 多边中心对称曲面是指这种面都是具有多边并且在一个中心点汇聚的情况，如图 5-33所示 的左边红圈内的部分，外轮廓可以认为是六边然后汇聚在一个中心点。这种面的构建通常需要 借助带特征的辅助来进行四边面的拆分。在图 5-33的中间，把这个面分成了六个一样的四边面， 但是对于每一个四边面，因为构造曲线的问题，显然有两条边如果没有特殊处理是无法定义边 界条件，这样构造出来的曲面显然无法得到好的连续效果。 这个时候，可以使用带特征在中间的两条边处建立两条公共约束带，这个带的构造自然可 以使用相邻的曲线作为参考线，这样构造的四边面就可以用这个带曲面来进行边界条件的约 束，完成文件请参考 training_files\surface_kill\part\dice2.prt。 图 5-33 同样的方法也适用于三通管，四通管等多通管曲面的构建。 4. 不同形状之间的消失面 这种曲面的主要特征就是曲面的形状从一个截面形状(比如方形)逐渐过渡到另一个截面形 状(圆形)。 图 5-34 173 ??? Ice Fai ??P roE ?? 比如图 5-34所示的鼠标面，前部分可以看成为一个类方截面的曲面(小圆角)，而后半部分 则是一个相当圆滑的类球面，完成的文件可参考 training_files\surface_kill\part\mouse.prt。 对于这种面，可以先分别创建两头的基本形状，然后创建两个基本形状的过渡部分，重点 处理明显特征的变化过程。在上例中，显然圆角的变化是重点，根据前面的分析，圆角的消失 过程是弱化过程，在构面的时候应当增加它们的长度比例，如图 5-35所示。 图 5-35 显然，不能再用软件来自动计算圆弧段对应消失段的长度比例，而应当手工来指定它们之 间的对应点。为了减少人为的对曲面形状和质量造成影响，在控制这种对应关系的时候应该优 先考虑使用控制点对的方法，然后再考虑添加内部构造线的方法。而且使用控制点对的方法也 有利于后续的修改和维持模型的强壮性，如图 5-36所示。 图 5-36 5. 相似截面类曲面 这一类曲面尽管截面的尺寸在曲面的不同地方有所不同，但是它们的形状却都维持相似 性，比如图 5-37所示中的花洒柄部的曲面，文件参考 training_files\surface_kill\part\sha.prt。 图 5-37 174 ??? Ice Fai ??P roE ?? 第 5 章 分类构面技巧 因为截面的相似性，可以考虑使用可变扫描的方法，如图 5-38所示。 图 5-38 在这种扫描中，圆锥曲线有自由性和可预见性两方面的优点，通过定义端点的角度便可实 现边界条件和出模角度等处理。如图 5-39所示，相比使用截面边界混合而言具有明显的优势。 这种曲面在一些日用品的手柄部分和电子产品中尤其常见，在有些特殊场合可能还需要结 合轨迹参数 trajpar的应用。 图 5-39 5.3 多重相似截面曲面造型 在平常的工作中，尤其在逆向造型中，经常会遇到这样的造型：截面很多但基本类似，如 图 5-40 所示左图；而图 5-40 右图则是其中的一个典型的截面。这样的造型中各个截面的基本 构成都是一样，只是尺寸大小不一致而已。 最简单和最直接的方法自然是直接使用边界混合，如图 5-41所示。在没有使用任何额外的 控制选项下，可以看出生成的曲面的面片很多，尤其是小面片，这样对后续的处理其实是相当 不利的。 我们可以进行一点改良，添加一个控制点对控制的选项，就可以大幅度减少面片数目，最 为重要的是去除小面片，如图 5-42所示。 175 ??? Ice Fai ??P roE ?? 图 5-40 图 5-41 图 5-42 使用控制点对可以减少面片，但如果想进一步减少面片又该如何呢？ 要解决这个问题，需要使用复合截面。也就是在草绘截面的时候，可以把所有的截面图元 复合成一条样条线，这样既可以维持原来基本几何图元的参数又可以得到样条线单一性的 优点，不失为一个好的处理方法。命令：“编辑”→“转换到”→“样条线”(Edit→Convert To→Spline)。通过这样的处理我们就可以把截面的多段图元转化成了一条单一的样条线， 如图 5-43所示。 图 5-43 176 ??? Ice Fai ??P roE ?? 第 5 章 分类构面技巧 利用这些单一的样条线构成的截面重新进行边界混合，就可以得到一个只有一个面片的曲 面，如图 5-44所示。 图 5-44 还可以使用去圆角法。考虑到截面的特殊性，注意到截面的两个角都是由圆角所构成，可 以考虑把这个抽出来作为圆角特征来添加，如图 5-45所示，从而可以实现简化混合的目的，尤 其在某些需要抽壳而圆角又比较小的情况下更为有用。 如图 5-46所示，首先生成没有圆角部分的混合面。 图 5-45 图 5-46 然后再来考虑圆角的添加方法。 方法一：可变圆角法，如图 5-47所示。 图 5-47 177 ??? Ice Fai ??P roE ?? 根据各个截面不同的圆角大小在截面处添加不同的圆角值，如果在做截面的时候已经做了 圆角，那么截面处的圆角大小可以用参考点的方法来确定。方法简单直接，但是在截面比较多 的时候，可变圆角的参考点选择会变得很慢，特征的生成也会比较长。 方法二：过线圆角法，如图 5-48所示。 图 5-48 通过所有的圆角底端点创建一个在侧壁的样条线，然后在倒圆角的时候使用“通过线”选 项并选择创建的曲线作为参考即可。 在某些特殊的场合，甚至需要更多的圆角控制，这个时候就可以使用可变扫出圆角的方法。 首先根据截面位置和圆角大小创建一条控制圆角大小的图形，如图 5-49所示。 图 5-49 使用一直垂直于截面的曲线作为原始轨迹，角边作为轨迹，两个侧面和顶面的 X截面作为 参考。做可变扫出，圆角的大小通过图形来控制，这样便可以实现复合需求的圆角面，如图 5-50 所示。 图 5-50 178 ??? Ice Fai ??P roE ?? 第 5 章 分类构面技巧 图 5-50 (续) 上面的各种方法可以说是各有千秋，采用什么方法要根据实际的情况来判断。 5.4 曲面构建技巧——从简单入手 在我们生活中，总是会遇到各种各样的曲面造型，这些造型各异的模型大多数都是由一些 简单的造型基元通过组合相贯构成的，比如球面、圆弧扫描面、拉伸面和旋转面等，如何把这 些基元从复杂的模型中分离出来，尽管从想法来说很简单，但要真正做到得心应手却是一件非 常不容易的事。这些需要我们不断的从生活和自己的构图经验中总结出各种各样的相贯情况， 根据这些相贯情况进行逆向推测才可能达到我们分离的目的。而对于根据工业设计师提供给我 们的平面效果图的情况，如何把握设计师的意图便是我们分离基元的关键。下面我们以一个实 际的例子来说明一下实际的分析方法和途径。 这里着重讲解一些具体的分析和思考过程，看教程应该更关心具体分析方法而不是这个具 体曲面的构建。 1 创建MP3 模型 5.4. MP3的设计平面效果图如图 5-51所示。 根据图 5-52所示的对效果图的分析，可以看到原来的形状主要由两部分组成：一个是中间 的主体部分；另一个是下面圈选的部分。对于主体部分，我们猜测可能是一个圆弧扫描面，而 对于红色部分则可能是一个简单的倒圆角，至于为什么作出这个猜测，自然是根据平时的经验 通过相贯线和光影效果来进行推测的。或许有些人对这个比较难以理解，可以看看下面一个简 单的例子。 图 5-53为一个拉伸实体，然后用一个扫描面切顶和四周倒圆角。 图 5-54 所示的形状则是将图 5-53 切掉了下面直身部分而成的，是不是和开始的效果很相 似？这些推测是依靠平时的经验和总结。MP3曲面造型具体操作步骤如下。 (1) 选择“造型”→“跟踪草绘”命令，把三个视角的效果图先放好，如图 5-55所示。 (2) 草绘主体轮廓。如图 5-56所示，注意到草绘的轮廓特意比原来的效果图大了一点，这 是考虑到以后切除了部分圆角后发生的轮廓缩小而特意放大的，现在不用也不能确定到底要放 到多大，可以根据切除后的效果调整轮廓，也正因为这个目的，轮廓也尽可能的简单，在这里 用了一个圆弧来完成，这也符合从简单出发的原则。 179 ??? Ice Fai ??P roE ?? 图 5-51 图 5-52 图 5-53 图 5-54 图 5-55 图 5-56 (3) 拉伸然后扫描切除，到这里前面操作都比较简单。然后开始侧边的类圆弧部分的创建， 先尝试倒圆角，如图 5-57所示。很显然，如果直接倒恒定的圆角的话，是不可能倒出效果图中 的过渡效果来的。 可以看到在效果图中，圆角的边在正面基本上是竖直的，而倒恒定圆角的话这条边必定是 类似轮廓的，所以排除了恒定圆角这种处理方法。 是否可采用可变圆角的方法？但是可变圆角也不能达到要求，如图 5-58所示，通过可变圆 角的方法使得圆角的内边基本和效果图一致，但到侧边一看，显然在顶部，圆角的值太小了， 这样在分形面上切了之后势必会在上部留下一部分的直拉伸面，这显然和效果图不一致，换句 180 ??? Ice Fai ??P roE ?? 第 5 章 分类构面技巧 话说，就是和设计师的意图是不一致的，因此也不能接受这样的方法。 图 5-57 图 5-58 通过上面的分析可知，用滚球圆角的方法是也不可行，但可以使用椭圆角，因为椭圆角的 两个半轴可以不同，所以或许可以通过椭圆角的方法来实现。但是，如果考虑使用椭圆角的话， 它同样也必须是可变的，这样可以调节的变化太多，修改变得不再简单了，应该找一个更简单 的工具来实现。 通过分析比较，此处可以使用可变扫描进行创建。 (1) 在顶部根据效果图投影一条线作为过渡的分界线，先大概绘制侧面的线，如图 5-59所示。 图 5-59 181 ??? Ice Fai ??P roE ?? (2) 扫描，截面自然是使用了最为方便修改的圆锥曲线了，如图 5-60所示。剩下的事就简 单了，剪切然后看轮廓是否和效果图的一致，如果有偏差，根据偏差情况调整圆锥曲线的 rho 值或侧面导引线的位置，最后调整的正面的轮廓已基本吻合。 图 5-60 最终的形状如图 5-61所示，就把一个看起来复杂的外观通过一些简单的方法就实现了，完 成文件请参考 training_files\surface_kill\part\1101-fp45_skel.prt。这样做出来的外形命令简单，可 调性比较好，对于以后的修改或是结构操作都是非常方便的。虽然看起来这样操作似乎比较烦 琐，但是考虑到日后工作的方便性，这种烦琐还是很值得的。通过长期的锻炼和积累，相信读 者会对各种模型的构成方法有更深的了解，这才是构面的根本基础。 图 5-61 2 八字扣曲面的创建 5.4. 在构图之前先要把外形弄清楚，如图 5-62所示，这道题在网上流传了有两年多了，很多人 就是因为看图不仔细走错了方向。始终要记住，对于外观构建来说：“形状优先，质量后行！” 如果一个外观连形状都不对的话，恐怕曲面再光滑也是没有用处的。 首先要注意的是两个小椭圆外的线，这两条线是做出形状判断的主要依据，很显然这两条 边应该是类似圆角特征的边，这样就可以确定中间的两个椭圆切出来的是直壁，直壁上的边倒 了圆角应该就可以形成这两条线，这就是我们初步的推想。至于正确与否，可以在后面的步骤 中进行验证。而对于外圆环，根据从简单出发的原则，猜测是否可以用过线圆角或是可变圆角 来实现，分析如图 5-63所示。 182 ??? Ice Fai ??P roE ?? 第 5 章 分类构面技巧 (1) 拉伸外形，如图 5-64所示。 图 5-62 图 5-63 图 5-64 (2) 用一简单的圆弧切掉顶部，得到弧顶形状，如图 5-65所示。 图 5-65 (3) 倒外圆角，很显然如果能够过底轮廓倒圆角的话那是比较完美的效果，如图 5-66所示。 183 ??? Ice Fai ??P roE ?? 图 5-66 因为中间三个小圆的直径一样，此处推测它的顶部是个直拉伸切割，如图 5-67所示。 图 5-67 (4) 很显然这样切出来的边是利边，需要给它一个圆角过渡，并且该圆角还有它自己的特 殊性，也就是在各个截面上的大小都和外圆角大小是一致的，要实现这个目的显然又需要以通 过曲线形式圆角的辅助，如图 5-68所示。 图 5-68 (5) 到目前为止，可以说一切都进行的很顺利，造型也很优美。下面切两个椭圆孔，如 图 5-69所示。 (6) 然后是倒圆角 R0.6，如图 5-70所示。如果是实际操作的话，直接倒实体圆角的时候会 发现系统计算时间特别长，而且两个一起操作甚至会失败，这是因为一个大小的圆角倒完后刚 好和原来的圆角边接上，便形成了一个小间隙(边和边之间)，这样的情况在 Pro/ENGINEER中 184 ??? Ice Fai ??P roE ?? 第 5 章 分类构面技巧 通常会造成临界失败，为了避免这种失败，可以变通一下，倒圆角不直接倒实体的圆角，而是 先倒成一个面组面片，用圆角的面组做面片来达到最后的目的，如图 5-71所示。 图 5-69 图 5-70 图 5-71 (7) 这两个圆角倒完后，效果如图 5-72所示。可以说整个工作基本已经完成了，剩下的只 是机械劳动。 图 5-72 最后以一张截面图来结束 (图 5-73)，完成文件请参考 training_files\surface_kill\part\ 8clutch-god.prt。 185 ??? Ice Fai ??P roE ?? 图 5-73 5.5 曲面造型实例分析 本节以一个实际的造型例子进行说明，这个零件是汽车遥控器的基本造型，如图 5-74所示。 图 5-74 表面看来这个造型平平无奇，但是要造得符合设计图并且准确把握形状诉求也是一件不简 单的事。在实际工作中，大量的造型并不一定要求连接曲面的过渡质量有多高，相反绝大部分 的造型要求的是造型准确。造型讲究的是用最简单和最强壮的方法来达到最接近的目的。 在准备造型之前，应当详细分析一下曲面/曲线形状的构成。对于本例来说，看到形状应该 想到这是关于某轴的中心对称图形，换句话来说，这个形状其实是由一半绕某轴旋转 180°和 合并而成的，如图 5-75所示。 186 ??? Ice Fai ??P roE ?? 第 5 章 分类构面技巧 图 5-75 理解了形状构成后，造型时只造一半形状，然后生成另一半形状，这样才能最贴切形状意 图。如果造型两边分开做，同样也可以通过约束来达到两边一致的目的，但从逻辑上来说已经 不能保证两边是完全一样的。下面工作就是确定一条旋转的中心轴和形状的一半切分平面(基 准)，这样的轴和面有三个，但从构面的方便性来说，最合适的只有一个，下面我们就来找出切 分平面。根据原始的 IGS，很容易想到首先要去除圆角，如图 5-76所示。根据形状的特殊性， 分中平面应该过棱线中点且垂直于相交棱线(这点请读者仔细思考)。 图 5-76 找到了分中平面后，自然需要切掉另一半。然后补上大圆角，这个圆角值可以使用参考点 确定圆角值的方法以便圆角边刚好通过参考点，如图 5-77所示。 图 5-77 很显然剩下的过渡是一个多边面情况。关于多边面的拆法，相信每个人都可提出很多方法 来，但是在这里要考虑到特殊性并且也不必局限于已有条件。 187 ??? Ice Fai ??P roE ?? 188 图 5-78 在这个过渡中关键是图 5-78所示的过渡线，过渡线创建后这个过渡面对绝大部分人不再是 问题，使用可变扫出和边界混合都是不错的选择。或许有人会认为这样会导致顶部的平位无法 绝对吻合(会多一点)，如图 5-79所示。 但是看问题要分为两个部分，多出来的那个小平位同样也可以认为是过渡面的一部分，这 也未尝不可，实际上这么一个小平面也是无法辨别出来的。 这样，一半就创建好了，剩下的事情就简单了，找出中心轴(此处不说明这条轴的创建方法， 留给大家思考，最终的零件可以参考光盘中的相关文件)，然后旋转 180°构成另一半，如图 5-80 所示。 图 5-79 图 5-80 尽管对于这个造型来说，对于大部分人都不是什么难题，但是多从根本上思考形状的由来， 然后有的放矢才能让自己的造型能力获得更大的进步。如果大家看零件的话，会发现我很多线 和 参 考 都 是 直 接 用 了 IGS 的 ， 这 是 个 人 省 时 间 的 做 法 ， 完 成 文 件 请 参 考 training_files\surface_kill\part\rot-2.prt。 ??? Ice Fai ??P roE ?? 分类构面技巧 5.1 构面方法和技巧 图5-1 图5-2 图5-3 图5-4 图5-5 图5-6 图5-7 图5-8 图5-9 图5-10 图5-11 图5-12 图5-13 图5-14 图5-15 图5-16 图5-17 图5-18 图5-19 图5-20 图5-21 图5-22 图5-23 图5-24 5.2 常见曲面形状的构建方法 图5-25 图5-26 图5-27 图5-28 图5-29 图5-30 图5-31 图5-32 图5-33 图5-34 图5-35 图5-36 图5-37 图5-38 图5-39 5.3 多重相似截面曲面造型 图5-40 图5-41 图5-42 图5-43 图5-44 图5-45 图5-46 图5-47 图5-48 图5-49 图5-50 图5-50 (续) 5.4 曲面构建技巧——从简单入手 5.4.1 创建MP3模型 图5-51 图5-52 图5-53 图5-54 图5-55 图5-56 图5-57 图5-58 图5-59 图5-60 图5-61 5.4.2 八字扣曲面的创建 图5-62 图5-63 图5-64 图5-65 图5-66 图5-67 图5-68 图5-69 图5-70 图5-71 图5-72 图5-73 5.5 曲面造型实例分析 图5-74 图5-75 图5-76 图5-77 图5-78 图5-79 图5-80