产品建模：快速曲面成型规律

这部分内容中将介绍一个软件中很特殊的功能，应用这个功能可以在产品建模过程中快速进行前期曲面建立，尤其是在设计阶段，对于设计师而言造型还处于探讨和摸索阶段，尺寸和细节并非是确定的，这个方法可以快速地对曲面造型产品进行塑造并可以随时调整，因此该方法对于设计师还是非常重要和实用的。

首先需要调出之前在放样阶段所做的放样曲面，在其中心处用建立实体工具中的立方体命令建立一个尺寸比放样曲面小的实体，将曲面移动到立方体的中间处，使两者处于相交状态即可，如图4-55所示，建立的立方体类似工厂加工用的毛坯，通过对“毛坯”的加工处理，实现最终的产品曲面形态。

图4-55 产品毛坯模型曲面准备

在执行命令之前需要使用“法线分析”工具对放样形成的曲面法线进行检验，选择曲面后单击法线分析工具，会在曲面上出现白色箭头，箭头所指方向为曲面的法线方向（通常法线默认设置都指向曲面外侧或上侧），如图4-56所示。

图4-56 造型曲面法线

曲面法线方向也可以进行调整，同样执行上面的“法线分析”命令，在命令参数中可以看到“反转”选项，在键盘中输入F并按“Enter”键两次进行确认，这样，当再次执行法线分析时会看到，曲面上的白色箭头指向与之前正好相反，指向了曲面的另一侧，如图4-57所示。

图4-57 曲面法线反转

法线的指向对于最终的操作会有影响，在法线方向向上的时候，先选择立方体然后选择实体工具中的“布尔运算减法”工具，右击或按“Enter”键，然后再次选择单独曲面，并再次按“Enter”键或右击进行确认，这时布尔运算的结果是在立方体下部形成一个曲面，如图4-58所示，这个曲面与之前的放样曲面关系紧密，重复整个操作只是因为曲面法线调整为向下的方向，最终的结果是在立方体的上部形成新的曲面效果图，如图4-59所示。

这里总结一下该命令，即曲面法线指向哪里，则之前的“毛坯体”就会留下哪部分，这里选择了一个简单的形态曲面来演示该命令的使用，在实际工作中无论是改变“毛坯体”的形状还是改变相交曲面的形状，都会对最终的产品产生很大改变，因此，利用这一特性可以对产品的快速建模发挥极大的作用。接下来将通过两个产品实例更深入地了解产品建模快速曲面成型规律的实际应用。

图4-58 快速成型之一

图4-59 快速成型之二

利用产品快速成型理论的规律对一些产品建模非常简洁方便，但是这类产品都有一个普遍的特征，即：产品主体符合标准规则的体块结构，局部有一定的曲面形态变化，类似于在一个标准的“毛坯体”上进行新的切割和打磨后的效果。图4-60所示为一个不锈钢酒壶，该产品的主体截面为固定不变的拉伸体，在其侧面有一个弧面造型，下面就通过这个产品来进一步认识产品快速成型命令的应用。

首先还是用直线及内插点曲线工具，在顶视图内建立当前的酒壶主体截面二维图形，分别建立直线段和曲线段，过程中需要注意打开“捕捉”工具，在建立完所有曲线后选择“组合”工具，将所有曲线整合成一条独立曲线，并且要保持曲线上的控制点数量最简化，防止后期模型过于复杂，可参考图4-61所示的曲线截面形态和控制点的位置及数量。

图4-60 酒壶外观图

在完成酒壶主体截面二维图形后，选择“建立实体”工具中的“挤出封闭的平面曲线”工具，在选择工具前一定要关闭曲线控制点，即在“点编辑”工具上右击鼠标，主体挤出的高度可以比原酒壶高度高一些，因为后期还要做曲面相交，所以要多留一些处理面积方便后续操作，这个“挤出封闭的平面曲线”工具命令创建出来的主体模型为上下封闭的实体，如图4-62所示。

接下来将进入难点部分，这里将对酒壶的弧面部分建立曲面，使用“直线”工具在酒壶模型实体底部直边段下方建立标识为1的直线段，如图4-63所示，然后按下“Ctrl+C”（复制）和“Ctrl+V”（粘贴）组合键再次复制2、3、4直线段，并将其按照酒壶上方的弧面进行移动放置，其中直线段4在酒壶主体之外。

建立完成4条直线段后将完成弧面曲面的建立，但是这个弧面由于主体形态的原因很难一次性地建立出来，因此这里分两次间接打造最终的弧面，在线段1、2和线段2、3、4间选用曲面放样命令依次选择，建立两个在线段2处相接的曲面，如图4-64和图4-65所示。

图4-61 产品截面曲线图形

图4-62 曲面成型拉伸

图4-63 建立成型曲线截面线

图4-64 分割造型曲面建立过程

图4-65 建立分割造型曲面

为了将这两段相接的曲面变成最终的平滑过渡曲面还需要进行以下操作，首先选择曲面工具中的“圆角”工具分别选择两段曲面，并在参数选项中输入大小合适的圆角值，这里选择输入20mm，在操作过程中可根据自己对形态的观察随时调整该数值的大小，执行完命令后产生一段新的圆角曲面。但是这只是临时借用，所以先按“Delete”键删除刚建立的圆角曲面，如图4-66所示，然后选择曲面工具中的“混接曲面”工具，依次选择两段曲面，保持弹出的混接曲面选项为默认值，这样就完成了最终所需要的平滑过渡的曲面形态建立。选择刚建立的曲面并选择“接合”工具，将其整合为一个独立曲面待用，如图4-67所示。

准备好了快速成型所需的主体和分割曲面后，先要选择曲面并保持其选择状态，然后选择“法线分析”工具，进行法线方向的确认。这里要确保法线的指向为酒壶主体内侧（即最终保留的主体部分），如果法线方向不正确，也可以按之前介绍的方法，在反转选项里输入F进行法线方向的反转，如图4-68所示。一切确定无误后，选择保留的酒壶主体模型，然后选择“布尔运算减法”命令，单击之前建立的独立曲面后按“Enter”键或右击鼠标，选择模型边缘执行“不等距边缘圆角”命令，将边缘处理为0.1～0.3mm的圆角边，最终的模型效果如图4-69所示。

图4-66 连接曲面倒角处理

图4-67 连接曲面混接过渡曲面(www.xing528.com)

下面将正圆形曲线正投影到酒壶模型端头处，“正投影”命令会在模型的上下曲面投影出两条曲线，如图4-70所示，只保留上端的投影曲线，将其他无用的曲线删除，在保证模型和投影曲线都处于选择状态后执行“修剪”命令，在圆形空洞区域单击鼠标左键，在酒壶的顶端修剪出一个圆形孔洞，如图4-71所示。

在前视图内将酒壶孔洞处用直线及曲线工具描绘出瓶盖的二维截面图，如图4-72所示，

图4-68 曲面法线方向检验

图4-69 主体模型曲面成型

图4-70 瓶盖空洞曲线投影

然后选择“旋转建面”命令，把捕捉和正交选项打开，围绕截面的左侧中心点进行360°旋转建面操作，这里只是演示大体效果，其他一些细节如螺纹或孔洞边缘处理留给大家继续练习完成，大体的快速模型成型效果如图4-73所示。

图4-71 曲面空洞剪切

图4-72 瓶盖截面图形效果

产品快速成型技巧除了上面案例中应用于产品的整体模型快速建立以外，对于一些复杂产品局部模型面的处理也有很好的应用价值，同样可以快速并且准确地建立产品的模型，下面通过如图4-74所示的削皮器外壳部分的建立过程来进一步了解该命令的使用。

首先选择建立实体工具中的“建立球体”命令，在视图中心处建立半径为15mm的圆球实体，并使用“单轴缩放”工具，在前视图内围绕中心进行比例压缩，将其变为一个类似药片的扁的球体结构，如图4-75所示。建立截面图形，使用“旋转建面”命令进行360°建面，也同样可以产生类似形态。总之需要根据实际情况来灵活运用建面方式和命令，软件中并不是只有唯一的一种方法能实现想要的模型曲面。

图4-73 产品最终快速成型曲面效果

图4-74 削皮器外观图

图4-75 建立整体壳体曲面扁圆球

下面将为外壳开口处准备相交的处理曲面，在前视图内扁圆球的上部使用“圆角矩形”工具，建立一个大小合适的矩形曲线，矩形曲线处理按开口位置大小与扁圆球体相交，同时其上部要超出球体边缘一些，如图4-76所示，这样便于后期进行快速剪切运算。使用建立曲面工具中的“挤出曲面”工具，将其拉伸出一定高度，注意曲面需要超出扁圆球面。

图4-76 建立开口曲面拉伸

准备以上两个要素后执行快速产品成型命令，选择曲面并保持其选择状态，选择“法线分析”工具进行法线方向的确认，要确保法线指向为扁圆球体主体内侧（即最终保留的主体部分），如果法线方向不正确也可以按之前介绍的方法，在反转选项里输入F进行法线方向的反转。选择保留的扁圆球体主体模型，然后选择“布尔运算减法”命令，再单击之前建立的矩形圆角曲面，按“Enter”键或右击鼠标结束操作，最终的模型效果如图4-77所示。

图4-77 快速产品成型效果

虽然主体形态已经成型，但是实际需要的是一个空心的壳体结构，因此接下来还需要进行一步很重要的操作，即将其处理成带有一定厚度的空心薄壳体。选择实体工具中的“封闭的多重曲面薄壳”命令，然后将产品空心部分的曲面全部选中，如图4-78所示，右击鼠标后输入薄壳的厚度值（大小根据产品实际情况而定），这里薄壳厚度控制在0.5～1mm，按“Enter”键或右击鼠标结束本次操作，这时就能看到一个精美的、带有一定厚度的空心薄壳产品的效果图了（图4-79）。

图4-78 产品空心抽壳处理过程

图4-79 空心抽壳效果

为了使产品看起来更加精美和规范，不要忘了给边缘倒角。选择实体工具中的“不等距边缘倒角”命令，输入0.1～0.3mm的倒角值，然后再次选择需要倒角的边缘，这样可以一次性地将边缘处理为圆滑的倒角效果，如图4-80所示。至此已经完成了产品中部分结构的模型实体结构，观察其模型的结构线还是非常规范和简洁的，如图4-81所示。这个产品中的内部绿色框架部分其实也可以应用快速产品成型命令去实现，留给大家自己去试验和尝试。总之，应用该方法有助于快速建立模型，省去过程中的麻烦，但是在应用时一定要抓住其“毛坯体”及分割曲面的特征，这样才能更好地应用在实际设计和工作中。

图4-80 抽壳边缘倒角处理

图4-81 产品外壳网格结构效果