提高曲面光滑度及曲率的方法

在产品建模的过程中，除了要将曲面建立起来，还有一个重要的问题就是保证曲面的光滑和曲率与周围曲面保持一致，即在曲面的精度要求上再提升一个新台阶，不再单独考虑某个曲面的形态而是综合考虑周围的曲面，使新建立的曲面与之融合为一个光滑的整体曲面，这样才能使将来建立的每个模型都能在整体上光滑度良好、曲面曲率连续（不能光从视觉上看，还需要用曲面工具进行检验）。下面先从一个简单的案例里了解一下曲面的相关处理方法，如图4-118所示，使用“曲线及曲面拉伸”工具在视图中建立四个曲面，四个曲面的方向和形态多少要有一定变化。

图4-118 建立周围曲面

接下来建立中心目标曲面，该曲面被四个曲面所包围，每个曲面都有一个边缘与新曲面相接，使用“建立曲面”工具中的“从网线建立曲面”工具依次选择每个曲面的边缘，注意这里需要选择的是曲面的边缘（在选中状态下会有法线箭头显示在边缘线上），如图4-119所示，选择次序先是一个方向上的边缘线，然后是另外一个方向上的边缘线，在选择完所有边缘线后右击鼠标或按“Enter”键结束，这时将弹出网线建立曲面参数菜单。

图4-119 选择曲面边缘线

在执行当前命令后会在曲面边缘周围出现A、B、C、D四个标识点，分别代表每一个相接曲面的边缘，与参数菜单中边缘设置选项一一对应，如图4-120所示。一般情况下，在使用网线建立曲面命令时都选择的是曲线，因此边缘设置里只有位置选项是激活状态，只有当选择的是曲面边缘线而不是曲线时其他选项才会被激活，为了显示不同边缘设置选项对最终曲面的影响，下面分两次来演示。先将A、B、C、D四个边缘设置选择（位置）后，单击“确定”按钮完成曲面建立。

图4-120 网线建立曲面参数（一）

新生成的曲面在当前四个边缘曲线位置内形成一个光滑曲面，但是这个光滑曲面只是本身的光滑属性，与周围其他曲面没有任何关系，也就是说与采用四个曲线围绕建立的曲面是没有差别的。为了验证这一点，可以打开曲面分析工具栏中的“斑马纹”工具，如图4-121所示，然后选择所有的曲面，这时在曲面上会显示出黑白条纹的阴影效果，这时可以观察到每个曲面接合处的黑色条纹会发生偏移和交错，如图4-122所示，这说明当前各个曲面的曲率是不连贯的，因此才会发生如此情况。

图4-121 网线建立曲面

那么接着再次重复刚才的操作，这次在边缘设置选项内将A、B、C、D四个点位设定为相切的选项方式，如图4-123所示，依然建立新的网线建立曲面。这次所产生的曲面从视觉上来看与之前的模型曲面没什么不同。下面再次选择曲面分析中的“斑马纹”工具进行检验，观察后会发现，在边缘转折处的黑白条纹不再是断裂和偏移的了，而是呈现自然的连贯和流畅状态，如图4-124所示。这说明此次生成的曲面与周围曲面在曲率上是连贯的，在斑马纹菜单参数中可以改变垂直和水平方向来从多角度印证曲面。一个小小的选项对于新生成的曲面的影响还是非常大的，利用该特征选项，在以后的产品建模中就能够保证模型曲面的真正的光滑和曲率上的连贯，这不仅可以让模型精度更上一个层次，同时也将直接对后期的渲染有很大的影响，曲面光滑渲染效果更精彩。

图4-122 斑马纹曲面检验（一）

图4-123 网线建立曲面参数（二）

前面的练习只是初步认识了曲面边缘与建面选项的规律，在实际产品中有很多复杂的局部和细节处都可以应用到这个规律，当然在曲面边缘的形成上还需要多动脑去分析建立。也有人把这个过程称为曲面拆面，即将无法一次性建立的复杂曲面采用迂回方式分解为多个曲面，后期可以利用曲面边缘的建立，保障新曲面的曲率连贯和光滑，下面的例子中就是这个规律在实际中的应用。如图4-125中的红色圆圈所示，在立方体和圆柱体相切的交接处如何建立光滑的连接曲面，通过这个案例能更深入地理解和认识曲面边缘和建面选项的规律，并在更多的类似产品曲面中得到应用。

图4-124 斑马纹曲面检验（二）

图4-125 相交实体曲面转折处

在交接处有两条边缘线在这里交汇，因此需要利用这两条边缘线将交接曲面所需要的建面区域打开，先在两者相交的边缘处提取边缘曲线，使用“从物件建立曲线”工具中的“复制边缘”工具，然后执行“建立实体”工具栏中的“圆管”工具（平头），建立半径为1mm的两个圆管，如图4-126所示。

建立完圆管后，需要通过它来打开各个曲面的空隙，为之后的操作做准备。这里用“炸开”命令将之前建立的实体曲面炸开，形成各自独立的曲面，然后选择曲面执行“修剪”命令，将边缘处与圆管相交的部分分割出来，如图4-127中的红色方框内所示。重复同样的操作，将另外的边缘处曲面也应用“修剪”命令完成分割，如图4-128所示。之后按“Delete”键，将所分割下的曲面进行删除，整体分割完的最终实体效果如图4-129所示。

图4-126 建立圆管

图4-127 圆管处理原曲面（一）

图4-128 圆管处理原曲面（二）

图4-129 圆管分割处理后效果

原有的圆柱体后部与之前的边缘缝隙没有关联，因此要根据需要进行重建。先沿着中心处进行修剪，然后将保留的圆柱曲面进行镜像复制即可，如图4-130所示。这部分新复制出的圆柱曲面只是一个独立的曲面，不参与到后边的操作中。(www.xing528.com)

图4-130 圆柱曲面后部重建

接下来需要在圆管剪切过后的缝隙间建立圆滑过渡，选择“曲面”工具内的“曲面圆角”工具，点选缝隙的两条边线，将其导成半径为1mm的倒角，两条缝隙边都执行同样的操作，建立起倒角曲面，如图4-131所示。建立倒角曲面的目的是为了辅助建立后面的执行“网格曲线建面”命令所需要的曲线，因此它们只是临时搭建，并非最终的曲面。

注意观察，两个倒角曲面交汇的部分共用的是同一个端点，那么就需要依托该端点来对倒角曲面进行下一步的处理，为了让后边的曲面生成更规则，需要打开“捕捉”工具，同时捕捉端点和圆柱体边缘处的垂点，并在两者之间建立一条直线段，同样，对于另外一边也执行类似的操作命令，这样就在端头处围绕端点，在两个倒角曲面附近建立起两个直线段，如图4-132所示。

图4-131 曲面交接面圆滑倒角过渡

图4-132 交接点处重建分割线

利用刚刚生成的直线段分别对两个倒角曲面进行“剪切”操作，按“Delete”键将剩余的小尖角曲面删除，这时在空白缝隙内就会看到一个规则的由边缘线围成的区域，如图4-133所示。在以后的步骤中，会在此处创建所需要的实体之间很重要的一个过渡光滑曲面，也就是说之前做的大量的铺垫工作其实就是为了形成这个区域，进而打造曲面。

在打造曲面之前还需要做三件事情，其一是采用“从物件建立曲线”工具中的“复制边缘线”命令，将两条倒角曲面边缘线提取出来，并单击“接合”工具将其合二为一。其二是将后部的圆柱曲面进一步向下拉伸，高度为“边缘1-2”。其三是利用“剪切”工具进行曲面分割处理，最终得到“边缘1”和“边缘1-3”。这样就有了三条边缘线，如图4-134所示，另外还包含之前所提取的一条曲线。执行“建立曲面”工具中的“网线建立曲面”命令，分别选择边缘线和曲线，并在弹出的参数菜单内将三条边缘线所代表的标识点的边缘设置改成相切，保持曲线标识点的边缘设置为位置选项，这样就能得到最终所需要的与周边曲面边缘曲率相连贯的、光滑的新曲面了（注意当前只有三条边缘处曲面曲率是连贯的）。

图4-133 采用分割线进行裁切

图4-134 提取线及建立后部圆柱面

这里新建立的曲面只有三条边缘是与周围相切的，曲线端目前还无法与倒角曲面在曲率上连贯，因此需要将新建的曲面一分为二，分割线的位置选择在原有倒角曲面的交汇处即可。打开“捕捉”工具，执行“从物件建立曲线”工具栏中的“抽离结构线”命令，如图4-135中的红框内所示，在红色箭头所指的端点处捕捉提取曲面的结构线，结构线的方向分横、纵两个方向（即U方向和V方向）这里抽离的是横向方向上的曲线，如果执行命令后方向不正确，可以在参数栏中选择切换来调整。

图4-135 建立圆滑过渡曲面并提取曲面分割线

在得到了横向的抽离结构线后，就可以利用它将新建的曲面进行修剪分割了。选择曲面执行“修剪”命令，接着选择结构曲线，右击鼠标或按“Enter”键，完成当前的分割，如图4-136所示。这样，新建的曲面就分割为上下两个曲面，接下来要利用这两个曲面的边缘继续构建其他两个圆滑过渡曲面，依然选择曲面建立中的“从网线建立曲面”命令，在图4-137和图4-138中标号为B、C、D的点位为曲面边缘线，而标号为A的点位则是从原来的倒角曲面边缘上提取的曲线，也就是说这次执行命令时选择的仍然是三条边缘线和一条曲线。另外，在两者的参数边缘设置中，A点为位置选项，B、C、D为相切选项，分别执行以上操作，最终得到与新建曲面边缘曲率连贯的新的两条倒角曲面。

图4-136 分割过渡曲面

经过之前多重步骤，终于可以看到最终完整的曲面效果了。通过“曲面分析”工具栏中的“斑马纹”命令，选择相关曲面进行观察，可以看到，图4-139中红色方框区域的曲面与周边衔接处的斑马纹呈现连贯的状态，这表明所有曲面曲率是连贯的，符合数字模型标准。最终的光滑阴影显示也是非常流畅的自然过渡光滑曲面，如图4-140所示。

图4-137 网线建立曲面重建过渡曲面（一）

图4-138 网线建立曲面重建过渡曲面（二）

图4-139 斑马纹曲面检验

图4-140 最终光滑曲面模型效果

这里主要利用了“从网线建立曲面”中的边缘参数设置来控制周边曲面的曲率连贯性，在其他“曲面建面”工具命令参数中（“双轨扫掠”和“放样”）也有类似的参数设置项，如图4-141所示，在功能上与这个案例中所体现的是一致的，因此在不同产品的建立过程中都需要注意该选项的使用规律，这样才能将一些复杂的产品曲面的处理水平进一步提高。建模过程中在哪里拆分曲面和怎么拆分曲面是难点，不是一蹴而就的，要了解了命令的规律核心，找到合理的边缘线，这是解决类似产品建模的关键点，刚开始还是免不了会走一些弯路，但只要多做些类似复杂曲面产品的练习，多去思考过程和解决方案，那么后面再去面对的时候就容易得多了，要想掌握该要点还是需要下一定苦功夫才行。

图4-141 其他类似边缘控制参数菜单