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實(shí)木家具的計(jì)算機(jī)輔助造型設(shè)計(jì)方法
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實(shí)木家具是指以自然木材為基材生產(chǎn)的家具。實(shí)木家具在外觀造型上與板式家具有很大區(qū)別。板式家具造型規(guī)范，結(jié)構(gòu)簡單，用一個二維視圖再加一個厚度信息就可表示其絕大部分造型信息；而實(shí)木家具的造型不規(guī)范，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要表達(dá)其外部形狀，除了需要三個基本視圖外，通常還需要輔助視圖。
由于實(shí)木家具造型豐富，復(fù)雜多變，為便于家具設(shè)計(jì)人員充分發(fā)揮其自由思維想象能力，從而促成其創(chuàng)新設(shè)計(jì)，我們在開發(fā)實(shí)木家具CAD系統(tǒng)，考慮實(shí)木家具的造型方法與技術(shù)時，決定采用多種造型方法（實(shí)體造型技術(shù)、曲面造型技術(shù)、三維參數(shù)化造型技術(shù)、特征造型技術(shù)、裝配造型技術(shù)等）相結(jié)合，互為補(bǔ)充，以滿足家具設(shè)計(jì)人員的不同設(shè)計(jì)需要。下面分別討論這幾種造型技術(shù)。
1 基于特征的三維參數(shù)化實(shí)體造型
實(shí)體造型是以立方體、圓柱體、球體、錐體、環(huán)狀體等多種基本元素為單位元素，通過集合運(yùn)算（拼合或布爾運(yùn)算），生成所需要的幾何形體；三維參數(shù)化實(shí)體造型則是將產(chǎn)品的三維實(shí)體模型和一組參數(shù)相關(guān)聯(lián)，利用這組參數(shù)的幾何約束建立工程方程與關(guān)系，從而確定、描述產(chǎn)品模型的形狀特征，達(dá)到快速設(shè)計(jì)一簇在形狀或功能上具有相似性的家具產(chǎn)品。在實(shí)木家具CAD系統(tǒng)中，采用了基于特征的三維參數(shù)化實(shí)體造型方法，所謂特征，就是為滿足自動化生產(chǎn)要求，將加工用到的倒角、孔、木榫等形狀信息和工程信息單獨(dú)提取出來而形成的產(chǎn)品信息的集合。在實(shí)木家具CAD系統(tǒng)中，將零件的特征分為兩類：工作特征和幾何特征。如圖1所示。
工作特征又稱定位特征、輔助特征，主要指工作點(diǎn)、工作軸和工作平面，它提供設(shè)計(jì)、實(shí)體造型和裝配的基準(zhǔn)。另外工作特征還包括構(gòu)造特征，構(gòu)造特征指輔助約束零件二維草圖的直線和圓，以它們作為輔助線可以使零件的二維草圖所需的幾何約束和尺寸約束的數(shù)量達(dá)到最小。
幾何特征又分為草圖特征和放置特征兩種。草圖特征是在草圖（二維封閉輪廓）的基礎(chǔ)上生成的特征，它支持多草圖和動態(tài)草圖，一次就能生成很復(fù)雜的特征。 草圖特征有：拉伸特征，生成各種由柱和錐構(gòu)成的特征； 旋轉(zhuǎn)特征，生成由回轉(zhuǎn)體組成的特征；掃掠特征，它根據(jù)掃掠路徑由草圖生成復(fù)雜的特征，路徑可以是二維的也可以是三維的；放樣特征，它由空間的多個草圖生成一個有較為復(fù)雜表面的實(shí)體。
放置特征是不需要草圖，在其它特征上面給出位 置就可生成的特征。放置特征有：倒角特征；圓角特征（定半徑、變半徑）；圓孔特征（直孔、沉孔、倒角 孔）；榫孔特征；木榫特征；曲面切割特征，將復(fù)雜曲面轉(zhuǎn)換為實(shí)體的一部分，實(shí)現(xiàn)曲面向?qū)嶓w的轉(zhuǎn)換，生成外表面很復(fù)雜的實(shí)體；特征陣列，通過矩形陣列和環(huán)形陣列使一個特征變?yōu)槎鄠�按一定順序排列的特征；零件分割特征，把一個整體設(shè)計(jì)按需要分割成多個零件；零件布爾運(yùn)算特征，把多個零件合并成一個零件，可以將復(fù)雜零件分解成簡單零件生成然后合并，為復(fù)雜零件的生成提供了又一種手段。
在實(shí)木家具CAD系統(tǒng)中，實(shí)木家具的零部件造型主要采用基于特征的三維參數(shù)化實(shí)體造型技術(shù)，并輔之以基于NURBS的復(fù)雜曲面造型技術(shù)。實(shí)木家具的零部件造型采取自底向上的工作方式，其設(shè)計(jì)思想是：
首先分析整個實(shí)木家具零件，確定最簡單的造型方法：即確定怎樣將零件分解為簡單的形體，尋找合適的結(jié)構(gòu)要素作為基礎(chǔ)特征，確定創(chuàng)建附加特征的順序和各特征之間的相互關(guān)系與聯(lián)接形式，確定創(chuàng)建特征的方法； 然后根據(jù)前面的分析開始零件的具體造型：先生成基礎(chǔ)特征，然后生成其它主要特征，完成主體造型，再生成附加特征，完成零件整體造型。在零件具體造型的任何時候都可以對零件進(jìn)行參數(shù)化編輯修改。
2 曲面造型技術(shù)
實(shí)木家具造型設(shè)計(jì)中常常需要混合使用各種簡單、復(fù)雜的曲線、曲面以表達(dá)設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖，而這是采用實(shí)體造型或特征造型技術(shù)所不易完成的。
在實(shí)木家具CAD系統(tǒng)中，實(shí)木家具零部件可以由實(shí)體生成，也可以由曲面生成，曲面造型比實(shí)體造型能生成更復(fù)雜的零件，但參數(shù)化設(shè)計(jì)方面不如參數(shù)化實(shí)體造型方便。實(shí)木家具CAD系統(tǒng)中的曲面主要用于對實(shí)體進(jìn)行曲面切割，從而完成所需要的幾何造型，圖3所示為采用拉伸曲面對實(shí)木椅腿側(cè)面進(jìn)行曲面切割而完成其幾何造型的情況。
在實(shí)木家具CAD系統(tǒng)中，曲面按其生成方式分為基本曲面、運(yùn)動曲面、表皮曲面和衍生曲面等�；厩媸浅醯冉馕銮妫▓A柱面、圓錐面、球面與圓環(huán)面。 運(yùn)動曲面是由一些曲線按一定規(guī)律在空間運(yùn)動形成的曲面，包括旋轉(zhuǎn)曲面、拉伸曲面、掃掠曲面和圓管面。表皮曲面是覆蓋于線框模型上的曲面，包括直紋曲面、平面曲面、U放樣曲面和UV雙向放樣曲面。衍生曲面是由已知的曲面派生出來的曲面，包括變半徑圓角、三面拐角倒圓、過渡曲面和偏移面。在本系統(tǒng)中提供了曲面全面編輯、打斷、合并和延展、曲面截取、縫合、簡化、修復(fù)間隙、替換曲面邊界等功能。
曲面切割的關(guān)
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