一种高自由度的参数化曲面建模方法
【专利摘要】本发明公开了一种高自由度的参数化曲面建模方法，包括以下步骤：1）建立基本模型曲线，设置基本模型曲线的控制参数，用于控制曲线形状、位置，2)建立函数曲线控制基本模型曲线参数的变化规律，3）从参数控制曲线上截取坐标生成不同位置的模型曲线，4）通过多条不同位置不同形状的基本模型曲线组合成一个Nurbs曲面，通过这种方法，在建立更复杂的曲面时，所需手动设计更少，生成的曲面可控性更好，变形自由度更高，参数设置及控制更灵活，曲面的连续性、光顺性质量更高。
【专利说明】
一种高自由度的参数化曲面建模方法
技术领域
[0001]本发明涉及曲面建模领域，尤其涉及一种高自由度的参数化曲面建模方法。
【背景技术】
[0002]目前的工业领域中，随着对产品性能要求的提高，产品模型的复杂程度也越来越高，普通的模型造型已经无法满足产品的性能需求，越来越多的复杂曲面被应用到产品设计中，如飞机、汽车、船舶、风机、水栗等。但这些复杂曲面被广泛运用的的同时，也带来各种技术难题，如曲面的建模难度增大、变形控制的难度增大。目前运用较广的如Pro-E、SolidWorks等三维建模软件中，通常都是采用以点的形式建立曲线，再由曲线组合得到曲面的方法，而这些三维建模软件建立复杂曲面时需要大量点、线数据，控制曲面变化时，控制曲面形状只能通过修改组成曲面的不同位置曲线的形状来实现，不仅造成曲面可控性差，变形自由度低，无法精准的控制曲面上任意位置的形状;而且参数设置方法少，无法给定曲面上从一个位置到另一个位置的变化规律，各位置的参数只能独立变化，无法保证参数变化时曲面的平稳光滑过渡。因此，传统的三围建模软件需要手动建立多个截面的型线，且无法简单的控制各条型线之间的参数关系，生成曲面之后也无法简单方便的调整，建立一些复杂曲面时，手动设计增加，导致劳动成本的增加。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种高自由度的参数化曲面建模方法，能够得到通过调整参数控制曲线就能任意调整曲面形状的曲面，能保证整个曲面形状与设置好的参数化变化规律一致，这种方法生成的曲面，曲面的连续性、光顺性质量更高。
[0004]为达到上述技术目的，本发明所采用的技术方案为:一种高自由度的参数化曲面建模方法，其特征在于，包括以下步骤:I)建立基本模型曲线，设置基本模型曲线的控制参数，用于控制曲线形状、位置;2)建立函数曲线控制基本模型曲线参数的变化规律;3)从参数控制曲线上截取坐标生成不同位置的模型曲线，参数曲线控制着不同的基本曲线的实际形状，而曲线的位置也可以作为一个参数，由函数曲线来控制，在函数曲线中截取一定数量横坐标下对应的数值，就能够创建出多条不同位置不同形状的基本曲线;4)通过多条不同位置不同形状的基本模型曲线组合成一个Nurbs曲面。由于基本模型曲线形状是与函数曲线相关联的，只需要改变函数曲线的数值，就可以改变最终曲面的形状。因此，通过本技术生成曲面时，只要某种曲线形式能够满足针对一个横坐标只存在一个纵坐标，就能够作为控制参数变化的曲线，故参数控制曲线的灵活度很高。同时基本曲线的样式灵活度也很高，可以是多种曲线的组合，只要合理选择基本曲线结构，合理设置控制参数并选择合适的参数控制曲线，就能够生成任意形状的曲面，之后通过调整参数控制曲线，相应位置的曲面就会自动发生变化，从而可以精准的调整曲面任意位置的形状;并且由于参数变化是连续的，就能够保证曲面的连续性及光顺性。
[0005]所述步骤I中的模型曲线为任意一种样式的曲线，或者是多段不同样式曲线组合起来的曲线。
[0006]所述步骤2中建立的函数曲线为二次函数、三次函数、指数函数或三角函数以及能够满足函数要求的曲线。
[0007]本发明技术方案中提供的一种高自由度的参数化曲面建模方法包括建立基本模型曲线，定义基本模型曲线的控制参数，建立函数曲线控制基本模型曲线参数的变化规律，从参数控制曲线上截取坐标生成不同位置的模型曲线，通过多条不同位置不同形状的基本模型曲线组合成一个Nurbs曲面，具有如下有益效果:本技术中主要改进了曲线生成曲面的过程，改进了分别建立多条不同位置的曲线组成曲面的方法，而是首先建立一条基本曲线，并将该曲线通过一些参数进行控制；之后通过一些函数曲线控制各个参数的变化规律，从而生成一个参数化的曲面。通过这种方法，最终生成的曲面上各个位置的曲线形状参数，都能够在控制参数变化规律的函数曲线上获取到相应数值，于是我们只要设定好每一个参数的变化规律，就能够控制任意位置的曲面形状，由于基本曲线可以是任意样式的曲线，也可以是多段不同样式组合生成的曲线，控制参数变化规律的函数曲线也可以是任意给定函数，包括二次函数、三次函数、指数函数、三角函数以及能够满足函数要求的任意类型曲线等;我们可以改变函数的系数、次数及指数因子等等，从而使得叶片变化有着极大的自由度，且函数本身的连续性可以保证参数变化的连续性，从而保证整个曲面的连续性，甚至在建立更复杂的曲面时，通过这种方法，所需手动设计更少，只需要创建一个基本模型曲线模板，给定基本曲线参数变化规律即可，不仅保证整个曲面形状与设置的参数化变化规律一致，并且通过调整参数控制曲线，如曲线系数、函数次数、控制点坐标等多种灵活方式调整曲面形状，且通过本技术生成的曲面，可控性更好，变形自由度更高，参数设置及控制更灵活，曲面的连续性、光顺性质量更高。
【具体实施方式】
[0008]以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
[0009]以叶片模型为例，以高自由度的参数化曲面建模，包括以下步骤:1)建立基本模型曲线，设置基本模型曲线的控制参数，用于控制曲线形状、位置，所述控制曲线形状、位置由弦长、最大厚度、最大拱度、最大拱度位置、扭角、半径位置、轴向偏移量、周向偏移量共8个参数决定;2)建立函数曲线控制基本模型曲线参数的变化规律:通过步骤I中控制曲线形状和位置的8个参数建立8条函数曲线，用于控制这8个参数的变化规律，在坐标图上，X坐标可以认为是生成叶型曲线的顺序，依次从前向后截取，任意的一个X坐标都可以在这8条曲线上找到对应8个Y坐标，而这8个Y坐标就代表了相应的8个参数的具体数值;3)从参数控制曲线上截取坐标生成不同位置的模型曲线:截取不同X坐标下参数控制曲线的纵坐标，根据这些数值生成相应的叶型曲线，通过三维建模软件的脚本等工具，此过程可以在后台执行，而不需要手动创建这些曲线，曲线的个数也可以任意调整;4)通过多条不同位置不同形状的基本模型曲线组合成一个Nurbs曲面:将这些曲线组合生成曲面，之后通过调整参数控制曲线就可以调整叶片曲面的形状。
[0010]通过这种方法，最终生成的叶片，其弦长、最大厚度、最大拱度、最大拱度位置、扭角、半径位置、轴向偏移量、周向偏移量参数，都能够在控制参数变化规律的函数曲线上获取到相应数值，于是我们只要设定好每一个参数的变化规律，就能够控制任意位置的叶片形状，由于基本曲线可以是任意样式的曲线，也可以是多段不同样式组合生成的曲线，控制参数变化规律的函数曲线也可以是任意给定函数，包括二次函数、三次函数、指数函数、三角函数以及能够满足函数要求的任意类型曲线等;我们可以改变函数的系数、次数及指数因子等等，从而使得叶片变化有着极大的自由度，且函数本身的连续性可以保证参数变化的连续性，从而保证整个叶片的连续性，甚至在建立比叶片更复杂的曲面时，通过这种方法，所需手动设计更少，只需要创建一个基本模型曲线模板，给定基本曲线参数变化规律即可，不仅保证整个曲面形状与设置的参数化变化规律一致，并且通过调整参数控制曲线，如曲线系数、函数次数、控制点坐标等多种灵活方式调整曲面形状，且通过本技术生成的曲面，可控性更好，变形自由度更高，参数设置及控制更灵活，曲面的连续性、光顺性质量更尚O
[0011]以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1.一种高自由度的参数化曲面建模方法，其特征在于，包括以下步骤:1)建立基本模型曲线，设置基本模型曲线的控制参数，用于控制曲线形状、位置，2)建立函数曲线控制基本模型曲线参数的变化规律，3)从参数控制曲线上截取坐标生成不同位置的模型曲线，4)通过多条不同位置不同形状的基本模型曲线组合成一个Nurbs曲面。2.如权利要求1所述的一种高自由度的参数化曲面建模方法，其特征在于，所述步骤I中的模型曲线为任意一种样式的曲线，或者是多段不同样式曲线组合起来的曲线。3.如权利要求1所述的一种高自由度的参数化曲面建模方法，其特征在于，所述步骤2中建立的函数曲线为二次函数、三次函数、指数函数或三角函数以及能够满足函数要求的曲线。
【文档编号】G06F17/50GK105956328SQ201610362889
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】张明, 厉海涛, 崔树鑫
【申请人】宁波至高点工业设计有限公司