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基于特征的部件实体建模技术在室内家具设计中的应用研究


□ 董 荪 钱 昀 朱 林

  [内容摘要]本文针对我国目前室内家具设计中存在的问题,将艺术与技术相结合,引入基于特征的部件实体建模技术,以3DMAX为技术平台,介绍了特征的含义,阐述了特征建模的优势,并通过实例介绍了基于特征的实体建模技术在家具设计中的实际应用,为室内家具的设计开发提供了一条新的思路。
  [关键词]特征/建模技术/室内家具
  
  一、引言
  
  在全球市场竞争日益加剧的今天,对家具制造业来说,如何做出快速的市场响应,如何完全按照顾客的要求生产出高质量低成本的产品是企业生存和发展的重要条件。
  目前室内家具设计面临的主要问题有:
  ① 研制的周期较长;
  ② 部件选材不准确、尺寸设计不精确,部件组装不到位;
  ③ 造型缺少艺术性;
  ④ 大多数家具企业的CAD技术仅限于计算机绘图,应用缺少广度与深度。
  同时,由于家具产品的工作环境复杂,设计计算较为复杂、难度较大,再加上缺少先进的设计计算工具,因而导致了产品造型粗大、笨重,很难满足现代家具市场的需要,更无法在国际市场上占有一席之地。
  
  二、基于特征的部件实体的建模技术
  
  要解决上述问题,可以采用机械设计领域中的基于特征的部件实体建模技术,从三维角度出发,基于一些三维建模软件(如3DMAX、MAYA等,这里着重以3DMAX为例),进行室内家具产品的研制开发,以加快开发速度,提高产品质量。
  
  1. 特征的定义
  在机械三维设计过程中,所谓特征就是组成部件实体模型的基本元素,它体现了产品的功能要素和工程含义,是描述产品信息的集合。在产品设计过程中,其操作对象不是原始的线条和体面,而是产品的功能要素,诸如拉伸、凹凸、倒角、圆角和打孔等。它使产品设计工作在更高的层次上进行,使所设计的产品,既体现了设计意图,又易于理解,节省了产品设计的时间,又加强了产品设计、分析、工艺准备、加工、检验各部门的联系,有助于推动产品设计和工艺设计规范化、标准化和系列化。因此,基于特征的设计更符合设计人员的设计思路,更有利于发挥设计者的创造力和想象力,完全可以用于室内家具的开发设计。
  
  2. 特征的分类
  在进行三维设计过程中,设计者为了得到不同的部件实体,常选择不同的特征。在这些特征中,有些是由曲面方法生成的,而有些是通过选择适当的工具或菜单命令,然后定义所需的尺寸或特征所生成的。
  (1) 实体特征
  实体特征常分为块体生成特征、线形生成特征。它是构成部件实体的基本要素,是基于特征的实体建模的含义所在,是创建实体特征和进行细节特征操作的主要部分。实体特征均可由块体或线形生成。
  (2) 块体生成特征
  块体生成特征常分为方体特征、球体特征、圆柱体特征、圆锥体特征、三角体特征、圆管体特征。它是直接参数创建实体模型上的特征,是系统或设计者已定义好的参数化特征。
  (3) 线形生成特征
  线形生成特征分为直线特征、圆周特征、矩形特征、圆弧特征、椭圆特征、Bezier曲线特征。它是先创建二维平面图并进行相应的特征绘制,待平面图绘制完成后,再把平面图变成三维实体模型。
  (4) 曲面特征
  曲面是一种可用来生成实体特征的面。3DMAX提供了曲面建模技术,能够完成绝大部分工业产品的曲面造型。基于3DMAX平台的曲面建模方法有:拉伸曲面、旋转曲面、光滑表面、创建曲面、创建曲点、表面整齐、弯曲面和表面接近等。
  
  3. 基于特征的设计
  部件几何形状和特性直接由特征来定义,几何模型由特征来构造。特征的构造用得最多的方法是解构法,即通过在基本块上执行布尔运算,一步步地形成部件所需的形状。在3DMAX中,部件(基本体) 可通过线形或块体来构造,同样还可以使用预定义的集合特征来执行基本块上的操作。
  
  4. 参数化设计
  参数化设计就是部件尺寸的设计,用参数来描述并在设计修改时通过修改的数值来更改部件的外形,从而实现尺寸对造型的驱动。对于传统的家具产品结构设计来说,基于3DMAX平台的参数化设计不但极大地改善了造型的修改手段,提高了设计的柔性,而且该设计还具有实质上的物理意义,即运用体积、表面积、质心等系统参数或密度、厚度等用户自定义参数加入设计构思中,从而来表达设计思想。这对家具产品设计中所要进行的概念设计、实体建模、装配等均有着革命性的意义。
  
  5. 基于特征的实体建模技术的步骤
  (1) 规划设计意图
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