哈尔滨工业大学：《计算机图形学》第6章 三维实体造型（一）

三维实体造型 苏小红 哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院

（一） 苏 小 红 哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院

实体造型( Solid Modeling) 几何造型技术 第一代:手工绘制工程图 第二代:二维计算机绘图 第三代:三维线架系统 第四代:曲面造型 第五代:实体造型

2 实体造型（Solid Modeling） 几何造型技术 ◼ 第一代：手工绘制工程图 ◼ 第二代：二维计算机绘图 ◼ 第三代：三维线架系统 ◼ 第四代：曲面造型 ◼ 第五代：实体造型

实体造型系统的发展(1/3) 60年代初期 70年代初期 英国剑桥大学的BULD-1系统 德国柏林工业大学的 COMPAO系统 日本北海道大学的TPS1系统 美国罗切斯特大学的PADL-1、PADL-2系统等 5年后推出BULD-2系统

3 实体造型系统的发展（1/3） 60年代初期 70年代初期 ◼ 英国剑桥大学的BUILD-1系统 ◼ 德国柏林工业大学的COMPAC系统 ◼ 日本北海道大学的TIPS-1系统 ◼ 美国罗切斯特大学的PADL-1、PADL-2系统等 ◼ 5年后推出BUILD-2系统

实体造型系统的发展(2/3) 早期系统的特点: 用多面体表示形体,不支持精确的曲面表示 1978年,英国 Shape data公司, ROMULUS系统, 首次引入精确的二次曲面方法用于精确表示几何形 体 1980年, Evans& Sutherland开始将 ROMULUS投 放市场 80年代末, NURBS曲线曲面设计方法,不仅能对 已有的曲线曲面(如Beze方法、B样条方法等)进 行统一表示,还能精确表示二次曲线曲面

4 实体造型系统的发展（2/3） 早期系统的特点： ◼ 用多面体表示形体，不支持精确的曲面表示 1978年，英国Shape Data公司，ROMULUS系统， 首次引入精确的二次曲面方法用于精确表示几何形 体 1980年，Evans & Sutherland开始将ROMULUS投 放市场 80年代末，NURBS曲线曲面设计方法，不仅能对 已有的曲线曲面（如Bezier方法、B样条方法等）进 行统一表示，还能精确表示二次曲线曲面

实体造型系统的发展(3/3) 国际标准化组织 将 NURBS作为定义工业产品形状的唯一数学方 法 最有代表性的两个几何造型系统 Parasolid:1985年, Shape Data公司 ACS:1990年,美国 Spatial Technology公司 目前,许多流行的商用 CADICAM软件,如 Unigraphics、 Solidedge、 Solidwork MDT等,都在 Parasolid或AC|S基础上开发

5 实体造型系统的发展（3/3） 国际标准化组织 ◼ 将NURBS作为定义工业产品形状的唯一数学方 法 。 最有代表性的两个几何造型系统 ◼ Parasolid：1985年，Shape Data公司 ◼ ACIS： 1990年，美国Spatial Technology公司 目前，许多流行的商用CAD/CAM软件，如 Unigraphics、Solidedge、Solidwork、 MDT等，都在Parasolid或ACIS基础上开发

三维实体的表示(1/7) 模型分类 形体表示 数据模型过程模型 线框模型表面模型实体模型

6 三维实体的表示（1/7） 模型分类

三维实体的表示(2/7) ·数据模型 完全以数据描述 以数据文件的形式存在 包括-边界表示、分解表示、构造表示等

7 三维实体的表示（2/7） 数据模型 ◼ 完全以数据描述 ◼ 以数据文件的形式存在 ◼ 包括----边界表示、分解表示、构造表示等

三维实体的表示(3/7) ●线框模型-物体的骨架 表面模型-物体的皮肤 实体模型-3有血有肉”的物体模型

8 线框模型 表面模型 实体模型 三维实体的表示（3/7） ----物体的骨架 ----物体的皮肤 ----”有血有肉”的物体模型

三维实体的表示(4/7) 线框模型-物体的骨架 形体表示成一组轮廓线的集合,只需建立三维线段表 数据结构简单、处理速度快 所构成的图形含义不确切,与形体之间不存在一一对应关系 有二义性 不便进行光照或消隐处理,不适合真实感显示和数控加工 用线框模型表示的有二义性的物体

9 ◼ 形体表示成一组轮廓线的集合，只需建立三维线段表 ◼ 数据结构简单、处理速度快 ◼ 所构成的图形含义不确切，与形体之间不存在一一对应关系， 有二义性 ◼ 不便进行光照或消隐处理，不适合真实感显示和数控加工 线框模型 三维实体的表示（4/7） ----物体的骨架 用线框模型表示的有二义性的物体

三维实体的表示(5/7) 表面模型-物体的皮肤 将形体表示成一组表面的集合,形体与其表面一一对应,避 免了二义性 能够满足真实感显示和数控加工等需求 只有面的信息,形体信息不完整 无法计算和分析物体的整体性质(如体积、重心等),限制 了在工程分析方面的应用

10 表面模型 三维实体的表示（5/7） ----物体的皮肤 ◼ 将形体表示成一组表面的集合，形体与其表面一一对应，避 免了二义性 ◼ 能够满足真实感显示和数控加工等需求 ◼ 只有面的信息，形体信息不完整 ◼ 无法计算和分析物体的整体性质（如体积、重心等） ，限制 了在工程分析方面的应用