可视化设计法的关键技术探析

在机械领域应用的可视化设计是建立在交叉学科基础上的设计方法，结合了大量的应用力学、应用数学、图形学、信息技术，涉及的主要关键技术可概括为四个方面，如图10-4所示。

图10-4 可视化设计法的关键技术

（1）三维CAD建模理论 三维CAD建模理论是可视化仿真的基础，三维几何形体的创建和零件装配等均靠三维CAD技术来保证。三维模型和二维模型与框图相比具有更直观和更形象的特点，可方便非专业人士参与到专业产品的设计中来。可以说正是由于三维CAD建模理论的成熟，才使得机械领域可视化仿真研究蓬勃发展。可喜的是当前三维CAD技术已经相当成熟，可创建具有复杂形状机械零件的实体模型。另外由于CAD技术中引入了参数化和变量化技术，使产品几何要素的优化修改变为可能。还有，现有的CAD建模软件一般都可以与工程模拟类软件进行数据交换。(www.xing528.com)

（2）机械领域基础理论 机械领域的基础理论是保证将可视化技术应用到机械产品设计中。进行机械可视化仿真研究，要求设计者对机械制图、原理、零件、力学等基础知识熟练掌握。以对机械产品进行运动学和动力学可视化研究为例，可能要用到多刚体动力学、多柔体动力学、机械振动等相关基础知识。只有具备以上基础理论才能对所创建的模型进行初步验证，而模型验证正是可视化仿真研究的关键。

（3）优化理论和有限元技术 工程数学的发展也给机械产品进行可视化研究带来很大的推动，而在众多工程数学理论中优化理论及有限元技术与可视化仿真联系最为紧密。可见无论进行哪种可视化研究都要用到优化理论，都伴随着“优化”的思想。有限元技术与可视化仿真更是紧密联系，尤其是动力学可视化研究在很多方面应用了有限元技术，例如在求零件或整机的各种动态特性、动响应等时，就可以应用有限元技术，利用有限元软件求解，可获得零件或整机的应力和应变分布、位移以及固有频率和振型等。

（4）工程仿真技术 工程仿真技术是进行可视化仿真研究的重要核心技术，对所设计产品的各种性能的动态模拟以及创建相似的工作环境都要用到工程仿真技术。仿真技术是以相似原理、信息技术及其应用领域相关技术为基础，以计算机和各种专用物理效应设备为工具，利用系统模型对真实的或假想的系统进行动态模拟的一门多学科的综合性技术。在机械领域进行可视化仿真研究涉及的工程仿真技术，包括对机器的运动状况、动力学特性、工作过程、控制过程等进行模拟。现在，已有大量的工程仿真分析软件可实现上述功能。