6.3.实体建模

6.3实体建模一、实体建模的概念1.实体建模的必要性2.实体建模的概念不仅描述了实体的全部几何信息，而且定义了所有点、线、面、体的拓扑信息。实体建模的标志，是在计算机内部以实体描述客观事物。利用这样的系统，一方面可以提供实体完整的信息，另一方面、可以实现对可见边的判断，具有消隐的功能。实体建模是通过定义基本体素，利用体素的集合运算或基本变形操作实现的，其特点在于覆盖三维立体的表面与其实体同时生成。由于实体建模能够定义三维物体的内部结构形状。因此，能完整地描述物体的所有几何信息，是当前普遍采用的建模方法。•二、实体建模的方法•按照实体生成的方法不同，可分为体素法、扫描法等几种•1．体素法•体素法是通过基本体素的集合运算构造几何实体的建模方法•2．扫描法•有些物体的表面形状较为复杂，难于通过定义基本体素加以描述，可以定义基体，利用基本的变形操作实现物体的建模，这种构造实体的方法称为扫描法。扫描法又可分为平面轮廓扫描和整体扫描两种。实体模型和线框或表面模型的区别：表面模型所描述的面是孤立的面，没有方向，没有与其它的面或体的关联；而实体模型提供了面和体之间的拓扑关系。而且记录了全部点、线、面、体的拓扑信息，这是实体模型与线框或表面模型的根本区别。详细三、三维实体建模中的计算机内部表示计算机内部表示三维实体模型的方法有很多，并且正向多重模式发展。常见的有边界表示法、构造实体几何法、混合表示法（即边界表示法与构造实体几何法混合模式）、空间单元表示法等。边界表示法简称B—Rep法，它的基本思想是，一个形体可以通过包容它的面来表示，而每—个面又可以用构成此面的边描述．边通过点．点通过三个坐标值来定义。详细按照实体、面、边、顶点描述，在计算机内部存贮了这种网状的数据结构1.边界表示法(BoundaryRepresentation)边界表示法的优点在于含有较多的关于面、边、点及其相互关系的信息，这些信息对于工程图绘制及图形显示都是十分重要的，并且易于同二维绘图软件衔接和同曲面建模软件联合应用。边界表示法也有其缺点，由于它的核心是面．因而对几何物体的整体的描述能力相对较差，无法提供关于实体生成过程的信息。例如一个三维物体最初是由哪些基本体素，经过哪种集合运算拼合而成的，也无法记录组成几何体的基本体素的原始数据。同时描述所需信息量较大、并有信息冗余。2.构造实体几何(ConstructiveSolidGeometry)表示法原理：构造实体几何法简称CSG法，通过基本体素及它们的集合运算(如并、交、差)进行表示的，即通过布尔运算生成二叉树结构进行表示。CSC法与B-Rep法的主要区别在于存储的主要是物体的生成过程，所以也称为过程模型。详细特点：①与边界表示法相比，CSG法构成实体几何模型相当简单，生成速度快．处理方便，无冗余信息，与机械装配的方式非常类似，而且能够详细地记录构成实体的原始特征及参数，对于同一形体，CSG法数据量只有B-Rep法的1／10。详细②CSG表示法的数据结构通常有两套数据结构一个是由基本体素以及集合运算和几何变换所生成实体的二叉树的数据结构，另一套是描述这些体素的位置及其体、面、边、点的信息。3．混合模式CSG的数据结构可以方便的转换成其它的数据结构，但与此相反，其它数据结构转换成CSG数据结构却很困难，甚至有些情况下是无法实现的。③不能存储最终实体的更详细的几何信息。必须经过运算转化为边界表示法（B-REP）后，才能对实体的点、边、面等信息进行查询和编辑。④采用CSG法可以方便地实现对实体的局部修改。详细⑴原理：混合模式建立在边界表示法与构造立体几何法的基础之上，在同一系统中，将两者结台起来，共同表示实体。对CAD／CAM集成系统来说，单纯的几何模型不能满足要求，往往需要在几何模型的基础上附加制造信息，构造产品模型。人们在实践中总结出B—Rep法和CSG法各自的持点，试图在系统中采用混合方法对物体进行描述。详细②方法：以CSG法为系统外部模型，以B—Rep法为内部模型，CSG法适于做用户接口，方便用户输入数据，定义体素及确定集合运算类型，而在计算机内部转化为B—Rep的数据模型，以便存贮物体更详细的信息。这相当于在CSG树结构的节点上扩充边界法的数据结构．可以达到快速描述和操作模型的目的③特点：混合模式是在CSG基础上的逻辑扩展，起主导作用的是CSG结构，结合B—Rep的优点可以完整地表达物体的几何、拓扑信息，便于构造产品模型，使造型技术大大前进了一步。4．空间单元表示法空间单元表示法是通过一系列空间单元构成的图形来表示物体的一种方法。这些单元（Cell)都是具有一定大小的立方体。基本思想：是将一个三维实体有规律地分割为有限个单元，这些单元均为具有一定大小的立方体；在计算机内部通过定义各个单元的位置是否填充来建立整个实体的数据结构。空间单元表示法数据结构通常是四叉树或八叉树。四叉树常用作二维物体描述对三维实体需采用八叉树。详细空间单元表示法的特点●空间单元表示法是一种数字化的近似表示法，用来描述比较复杂的。尤其是内部有孔、或具有凸凹等不规则表面的实体。显然，所分割单元的大小、数量均影响实体模型的精度，数目越多，精度越高，相应的系统处理数据的时间也越长，存贮这些数据所占的空间也越大。●由于这种方法是空间上的近似，它并不能表达一个物体任意两部分之间的关系，也没有关于点、线、面的概念。但是它的算法比较简单，在CAD/CAM系统中可以作为物理特性计算和有限元计算的基础。