第七章 自由造型设计

CATIA V5的自由风格外形设计是一个使用灵活、功能强大的曲面建模模块。它是一种基于修改曲面的特征网格，来控制所生成曲面形状的造型方法。因此，采用这种方法所构建的曲面具有很高的曲面光顺度和质量，非常适合于诸如汽车外形A级表面的造型设计等。该功能模块不仅提供了强有力的曲面生成与修改方法，而且还为曲面之间的匹配、拟合以及外形整体变形等高级编辑修改功能提供了丰富的工具。

CATIA V5的自由风格外形设计由自由风格造型器（FreeStyle Shaper）、自由风格优化器（FreeStyle Optimizer）和基于曲线的自由风格造型器（FreeStyle Profile）组成。自由风格造型器为生成与修改曲面提供了丰富的手段。自由风格优化器为曲面的超级拟合和外形整体变形等高级修改功能提供了强有力的建模手段。

4.1 相关的图标菜单

CATIA V5的自由风格曲面设计由以下几组图标菜单组组成：曲线生成图标菜单组（Curve Creation）、曲面生成图标菜单组（Surface Creation）、外形编辑图标菜单组（Shape Modification）、几何操作图标菜单组（Operations）、外形分析图标菜单组（Shape Analysis）和相关工具图标菜单组（Tools）。

4.1.1

曲线生成图标菜单组（Curve Creation）

在曲线生成图标菜单组中为用户提供了以下生成三维曲线的工具，用这些工具生成的曲线，既可以用来编辑曲面（如切割曲面等），也可以用来直接生成曲面（如风格扫描曲面等）。

Curve on Surface 创建位于曲面上的曲线

FreeStyle Blend Curve 创建风格桥接曲线

Match Curve 创建匹配曲线 4.1.2

曲面生成图标菜单组（Surface Creation）

自由风格外形设计模块为用户提供了丰富的生成曲面工具，用这些工具不仅可以方便、快捷地生成简单的平面片、拉伸面、回转面等基本曲面，还可以生成风格扫描面、网格面等复杂曲面。这些曲面生成工具包括：

3-Point Patch 由三点创建平面片

Geometry Extraction 从已有几何体中提取部分几何体

Extrude Surface 创建拉伸面

Blend Surface 创建桥接面

Net Surface 创建网格面

Symmetry 创建对称元素

Match Surface 匹配曲面

Fit to a geometry 拟合曲线或曲面到几何体上

Extend 延长曲线或曲面 4.1.4

几何操作图标菜单组（Operations）

自由风格外形设计模块为用户提供了丰富的工具来操作几何体，这些工具包括：

Untrim 恢复剪切曲线或曲面

Fragmentation 曲线或曲面

Converter Wizard类型转换向导 4.1.5

外形分析图标菜单组（Shape Analysis）

该菜单组为用户提供了丰富的分析、检测所创建几何对象质量的工具。借助于这些工具，用户可以方便地了解，并控制所建立曲线或曲面的质量及各曲线、曲面之间的连接性。该菜单组包括以下分析工具：

Curve Connect Checker 曲线连接性检查

Cutting Planes 曲面断面线分析

Inflection Lines 曲面变形线分析

Environment Mapping 曲面映像分析

Curvature Mapping 曲面曲率映像分析 4.1.6

相关工具图标菜单组（Tools）

Remove Visualization Options 取消曲线或曲面上的控制点及弧段信息的显示

Geometric Information 查询几何体的相关信息

Axis System 坐标系

Standard View Manipulation 标准视图操纵箭头

Create Datum生成带或不带历史记录的几何体

Snap on Vertex 捕捉顶点

Snap on Cpt 捕捉控制点

Continuity 显示几何元素的连续性信息

Tensions 显示几何元素的张量操纵箭头

Furtive Display 暂时显示几何元素的控制点

图4-1 FreeStyle环境设置对话框

在几何区可以完成以下几个参数的设置： 1) 误差设置（Max Tolerances），它包括以下两种误差的设置：

l 约束误差（Constraint）：它用于定义最大连续性偏差，例如在创建桥接面时，

如果桥接面与原始面之间的连续性偏差大于设定值，则不能生成桥接面。 l 偏差（Deviation）：它用于定义在执行转换类型向导（Converter Wizard）或生

成偏移曲面时，所能接受的最大偏离量。

2) 最大阶数设置（Max Order）：它用来设置曲线或曲面在U向或V向的最大允许阶数，

取值范围为5－16。

在自动捕捉区，可以完成以下两个设置： 1) 显示坐标（Coordinates）：如果选择了该选项，则当鼠标在几何体上移动时，会显示

捕捉点的坐标值。 2) 搜索装饰（Search Dressing）：如果选择了该选项，则在打开自动捕捉控制点（Snap on

Cpt）工具时，会显示被自动捕捉到的控制点。

在显示区，可以设定在操纵几何体时，会显示几何体的那些相关信息，它包括： 1) 控制点（Control Points）：如果选择了该选项，则在操作几何体时会显示操作对象的

控制点。

2) 连续性（Continuity）：如果选择了该选项，则在操作几何体时，会显示操作对象与周

围相邻元素的连续性信息。 3) 张量信息（Tension）：如果选择了该选项，则在操作几何体时，会显示操作对象与周

围相邻元素的连接点上的张量信息。 4) 曲率（Curvature）：如果选择了该选项，在操作几何体时会显示曲率连续性信息。 5) 接触点（Contact Points）：如果选择了该选项，在操作几何体时会显示与周围相邻元

素的接触点。 6) 阶数（Order）：如果选择了该选项，在操作几何体时会显示该几何体在U向，或U

向和V向的阶数。

在微调区，可以设置在操作视图或几何体时的微调量，它包括：

PDF 文件使用 \"pdfFactory Pro\" 试用版本创建 www.fineprint.cn

1) 削弱因子（Attenuate Coefficient） 2) 旋转步长（Rotation Step）

4.3 自由风格外形设计相关功能介绍

本节将详细地介绍自由风格外形设计相关的功能及各功能在实际造型中的应用。 4.3.1 曲线生成功能（Curve Creation）

在自由风格外形设计中，虽然可以不用曲线就可以创建出各种复杂的曲面，但丰富的曲线造型可以提高创建复杂网格面及风格扫描面等复杂曲面的能力。CATIA V5为用户提供了以下曲线造型的功能。

4.3.1.1 创建三维曲线（3D Curve）

该功能用于创建空间或定位于几何元素上的三维曲线。该三维曲线是相关的，即可以编辑其控制点或通过点。如果所创建的曲线是位于某几何体上的，编辑该几何体后，曲线自动更新。使用该功能创建三维曲线的基本步骤为：

图4-2 三维曲线生成对话框

图4-3 点操纵箭头及快捷菜单

1) 点击三维曲线图标菜单

（Insert a point），用鼠标选取所想

插入点的弧段，然后选取所插入点的位置。 l 删除点（Remove a point）：点击删除点图标

（Free or constraint a point），然后选取一点：

Ø 如果该点是空间点，可以选取一已知点，将该点约束到已知点上；还可以

按住CTRL键后，选取另一几何元素，则将该点约束到该点到所选几何元素的最短距离处的点上。

Ø 如果所选点已经约束到了某几何元素上，则取消对该点的约束。

5) 如果想选取一点，该点紧靠在一个几何元素上，但又不想将该点约束到几何元素上，

PDF 文件使用 \"pdfFactory Pro\" 试用版本创建 www.fineprint.cn

可以打开“取消几何元素的捕捉（Disable geometry detection）”开关。

6) 用快捷菜单（如图4-3所示）可以对一些点施加切矢约束（Impose Tangency）。如果

创建类型为“通过点（Through points）”，可以对所有点施加切矢约束；如果创建类型为“拟合点（Near）”，可以对两个端点施加切矢约束；如果创建类型为“控制点（Control points）”，则不能施加切矢约束。如果用控制点方式创建的曲线的端点约束到了几何元素上，则可以对其施加切矢连续约束。 7) 在“通过点（Trough points）”或“拟合点（Near）”方式下创建三维曲线时，如果选

取的第一个点约束到一条曲线上，则自动施加切矢约束，使所生成的曲线与原曲线相切。可以用Shift键来切换是否自动施加切矢约束。 8) 按OK键生成三维曲线。

注意：在生成三维曲线时，用户在空间位置选取的点会被投影到一个平面上。该平面通过上一个选取点，并平行于罗盘基平面。可以通过调节罗盘基平面来选取各种位置上的点。

4.3.1.2 创建位于曲面上的曲线（Curve on Surface）

该功能用于生成一个位于曲面上的曲线，所创建的曲线可以用于切割曲面。用此功能可以创建两种类型的曲线：一种是曲面上的等参线；另一种是精确通过所选择的曲面上点的曲线。用此功能创建曲面曲线的基本步骤为：

图4-4 创建曲面曲线对话框

图4-5 选点生线方式示意图

图4-6 等参线方式示意图

1) 点击曲面上曲线图标菜单

定义的方向。生成投影曲线的基本步骤为：

1) 选择被投影的曲线。

2) 点击投影曲线图标菜单

（FreeStyle Blend Curve）。屏幕上会自动出现所选两曲线

间的桥接线及相关信息（见图4-9所示）。

图4-9 风格桥接曲线连接性示意图

图4-10 风格桥接曲线桥接点编辑示意图

3) 编辑桥接线与原始曲线的连接关系。方法是点击屏幕上的文字，文字在“point”（点连续）、“Tangent”（切矢连续）、“Curvature”（曲率连续）之间切换；或用快捷菜单选择连接条件。

注意：显示上述信息的前提是激活

（Contact Points）图标菜单。

PDF 文件使用 \"pdfFactory Pro\" 试用版本创建 www.fineprint.cn

5) 按OK键，生成桥接线。

4.3.1.5 创建风格拐角（Styling Corner）

该功能用于生成风格拐角，所谓风格拐角是两平面曲线之间定半径的连接曲线。风格拐角在用曲线网格生成高质量曲面方面是非常有用的。生成风格拐角的基本步骤为：

图4-11 风格拐角创建对话框

1) 点击风格拐角图标菜单

图4-12 风格拐角预览示意图

2) 点击匹配曲线图标菜单

2) 3) 4) 5)

（Planar Patch）。

点击屏幕上一点作为平面片的初始点。缺省情况下，该点将作为平面片的一个顶点，如果按住CTRL键，则该点会作为平面片的中心点。

移动鼠标位置，在屏幕上动态显示平面片的大小（如图4-14所示）。

用快捷菜单可以编辑平面片的大小尺寸和其U、V向的阶数（如图4-15所示）。 按OK键，或在屏幕上选择一点，生成一个平面片。

4.3.2.2 由三点创建一平面片（3-Point Patch）

该功能根据用户输入的三个点生成一个平面片，其操作步骤为： 1) 点击三点平面片图标菜单

（4-Point Patch）。

PDF 文件使用 \"pdfFactory Pro\" 试用版本创建 www.fineprint.cn

2) 依次选择四点，生成一个曲面（如图4-16所示）。

3) 在生成曲面过程中，可以用快捷菜单编辑曲面的阶数。

图4-16 四点曲面的生成示意图

4.3.2.4 从已有几何体上提取部分几何体（Geometry Extraction）

该功能用于从已有的曲面上生成一个小曲面，该小曲面完全位于原曲面中，也可以从一已有曲线上提取一段曲线。具体操作步骤为：

1) 选择一曲面（或曲线），作为提取的源对象。

2) 点击提取几何体图标菜单

（Extrude Surface），出现拉伸面生成对话框（如图4-17所

示）。

PDF 文件使用 \"pdfFactory Pro\" 试用版本创建 www.fineprint.cn

2) 选择要拉伸的曲线，在所选择的曲线上显示一个操纵箭头（如图4-18所示）。 3) 选择拉伸方向：

l 曲线法线方向（Normal to the curve）：选择对话框中左侧图标

（Compass direction）。

可以通过调节罗盘方向来改变拉伸方向。 4) 输入拉伸量（Length），或拉动操纵箭头以改变拉伸量。如果在拉伸过程中按住CTRL

键，则会生成一个以所选择拉伸曲线为对称中心的对称曲面。

5) 如果在第二步中选择的曲线不是NUPBS曲线，会在曲线上显示“Cv”信息，将鼠

标放在此处，点击右键用快捷菜单中的编辑（Edit）项，可以调用曲线类型转换向导将该曲线转化为NUPBS曲线。 6) 按OK键，生成拉伸面。 4.3.2.7 创建偏移曲面（Offset）

用此功能可以生成一个曲面的偏移曲面，其中偏移距离可以是固定的，也可以是变化的。生成偏移曲面的基本步骤为：

图4-19 偏移曲面的网格表示

图4-20 偏移曲面生成对话框

1) 选择一个曲面或一组曲面。 2) 点击偏移曲面图标菜单

l l l l 阶数（Order）：如果选择此选项，则会显示偏移曲面U、V向的阶数。 法向（Normals）：如果选择此选项，则会显示偏移曲面的法向方向。 误差（Tolerance）：如果选择此选项，则会显示生成偏移曲面的最大计算误差。 拐角（Corners）：如果选择此选项，则会在四个端点上显示操纵箭头。

6) 如果在生成偏移曲面的时候，激活“保留原对象（Keep Original）”

动Styling Extropolate）。出现对话框（见图4-21）。

3) 在对话框中选择外延类型（Type）：

l 切矢连续（Tangential）：外延面与原始面切矢连续。如果选择该类型，在屏幕

上会显示一个操纵箭头（如图4-22所示）。 l 曲率连续（Curvature）：外延面与原始面曲率连续。 4) 确定是否选择“精确（Exact）”选项：

l 如果选择此选项，则用精确模式（Exact Mode）生成外延面，且外延面的次数

与原始面相同（如图4-23所示）。

l 如果不选择此选项，则用几何模式（Geometric Mode）生成外延面（如图4-24

所示）。

图4-23 选择“Exact”选项的情况

图4-24 不选择“Exact”选项的情况

5) 按OK键，生成外延面。 4.3.2.9 创建桥接面（Blend Surface）

该功能用于在两个已知面间生成过渡曲面。生成过渡曲面的基本步骤为： 1) 点击桥接面图标菜单

2) 将鼠标移动到一个曲面上，并选择其边界线。 3) 选择另一曲面的边界线。

4) 选择创建过渡的模式（Blend Type）：

l 解析方式（Analytic）：如果所选择曲面的边界是等参线，则精确生成桥接面。 l 近似方式（Approximated）：无论曲面的边界是什么类型，在这种方式下都生

成近似桥接面。 l 自动方式（Auto）：系统首先尝试用解析方式生成桥接面，如果不成功，则采

用近似方式生成桥接面。 5) 激活连续工具菜单

（Tensions），显示桥接面与原始面在连接处的张量值和张量

方向（如图4-28所示）。可以通过拉动张量箭头或快捷菜单（Edit tension）改变张量值，可以通过快捷菜单（Invert direction）转变张量方向。 8) 激活显示接触点工具菜单

9) 按OK键，生成过渡曲面。

注意：原始面边界选择的位置不同，生成的桥接面也不同（如图4-30所示）。

图4-30 边界选取位置对桥接面形状的影响

4.3.2.10 创建填充面（Fill）

该功能用于填充三个或三个以上（最多九个）元素之间的空隙区域。其要求是参与填充的几个元素相互间只能有一个公共点。这些元素可以是曲线或曲面。用该功能可以填充以下类型的空隙区域：

l 由曲面构成的区域（如图4-31所示）。 l 由曲线构成的区域（如图4-32所示）

l 两个相交线或相交面之间的区域（如图4-33所示）。 l 曲面与曲线共同组成的区域（如图4-34所示）。 l 由曲面组成的具有开边界的区域（如图4-35所示）。

图4-31 曲面构成的区域

图4-32 曲线构成的区域

图4-33 两相交面构成的区域

图4-34 由曲面与曲线构成的区域

图4-35 由曲面构成的开放区域

创建填充曲面的基本步骤为： 1) 点击填充面图标菜单

用户可以拉动该点来编辑填充面（如图3-37所示）。

6) 按OK键，生成填充面。如果选择了四条边界，则生成一个填充面，否则生成多个

填充面，填充面的数量与边界线的数量相同。

图4-36 填充曲面对话框

图4-37 编辑填充面中心点示意图

4.3.2.11 创建网格面（Net Surface）

该功能是基于曲线造型曲面的工具。其操作步骤比较简单，在用户分别选取引导线（Guides）和轮廓线（Profiles）后，按OK键就生成一个网格面。

4.3.2.12 创建风格扫描面（Styling Sweep）

该功能是基于曲线造型曲面的工具，可以使用该功能生成各种扫描面。生成风格扫描面的基本步骤为：

图4-38 创建风格扫描面对话框

图4-39 参数设定界面

图4-40 显示信息设定

1) 点击风格扫描面图标菜单

（Simple）：用一条轮廓线和一条脊骨曲线生成一个扫描曲面。

l

（Sweep & fit）：用一条轮廓线，一条脊骨曲线和一条引导线生成一个扫描曲面。风格扫描面不到引导线上，但相对于引导线，轮廓线在扫掠过程中发生了变形。 l

4) 5)

6) 7)

数（如图4-39所示）：

l 扫描曲面V向的最大次数（Order V）。

l 生成扫描面与精确曲面的最大允许偏差（Max deviation）。

注意在设定这两个值时，不能都取很小的值，这样就会对扫描面造成过约束，其结果是所生成的曲面有过多的面片（Segments）。 点击“Selection”，再点击“Display”，对话框呈现如图4-40所示，在此对话框中可以设定要显示的信息。

点击“moving frame（移动框）”，在几何屏幕上显示移动框，来定义轮廓线是怎样沿脊骨曲线扫描的，点击几何屏幕中的移动框，可以改变移动框的类型： l 平移（Translation）：轮廓线沿脊骨曲线移动。 l 在脊骨曲线轮廓上（On contour）：在脊骨曲线的每个点上，重新计算轮廓线的

移动。

l 固定方向（Fixed direction）：按照罗盘的定位移动轮廓线。 l 与脊骨曲线轮廓相切（Tangent to contour）：按照罗盘的定位移动轮廓线，同时

总保持与脊骨曲线相切。

在对话框右侧窗口中，点击“limit points”，用户可以重新定义扫描面在脊骨曲线或引导线上的范围。通过拉动点来实现。 按OK键，生成风格扫描面。

4.3.3 编辑功能（Shape Modification）

在编辑功能组中，CATIA V5为用户提供了功能强大、使用方便的功能来编辑曲线、曲面的形状。利用编辑功能，能生成各种高质量的曲面，以满足特殊行业（如汽车A级表面等）的要求。

4.3.3.1 对称几何体（Symmetry）

该编辑功能与GSD中提供的对称功能相同，可参考GSD中对该功能的介绍。 4.3.3.2 用控制点编辑曲线或曲面（Control Points）

这是一个功能非常强大的编辑曲线或曲面的工具。按照几何理论，任何曲线或曲面都是由一组控制点来控制的，控制点发生了变化，曲线或曲面也随之变化。该工具提供了丰富的编辑控制点的功能，从而用它可以生成各种各样的曲线或曲面。用该工具可以完成以下编辑任务：

l 编辑曲线形状；

l 光顺曲线（只能在自由风格外形优化器模块中实现）； l 编辑曲面形状； l 编辑曲面边界线； l 光顺曲面。

利用该功能编辑几何体的基本步骤为：

PDF 文件使用 \"pdfFactory Pro\" 试用版本创建 www.fineprint.cn

图4-41 控制点编辑对话框

1) 选择要编辑的对象，它可以是一条曲线、曲面或曲面的边界线。 2) 点击控制点编辑图标菜单

（Translation in the plane）：控制点在一平面内移动，该平面过控制点，且平行与罗盘基平面。 l

（Translation along mesh lines）：控制点沿网格线方向移动。

l

（Translation along local normals）：控制点在法平面内（当编辑对象为曲面时）或沿法线方向（当编辑对象为曲线或曲面轮廓线时）移动。 l

（Move selected points identically）一起移动所选择的控制点；

l

（Move selected points using a concave law）用凹规则移动所选择的点；

l 6)

（Move selected points using a bell law）用S形规则移动所选择的点。 在“FreeStyle Dashboard”工具箱中选择削弱类型： l

（Low Attenuation）低削弱

l 7) 8)

（High Attenuation）高削弱

拉动所需编辑的控制点，完成几何对象的编辑。 按OK键，完成编辑。

如果所编辑对象是对称的，可以点击

编辑的对象是对称的。

点击

图标，可以将选定的控制点投影到平面法线上。

在Smooth（光顺）输入框中输入光顺误差，按Run键，可以实现对选定几何对象的光顺处理。

另外，在编辑几何体的控制点时，还可以改变几何体控制点的数目。通过改变几何体在U向或/和V向的阶数来实现。

4.3.3.3 匹配曲面（Match Surfaces）

该功能用于将一个曲面的一个边界匹配到另一参考曲面的指定边界上，使这两个曲面在匹配边界上满足一定的连续条件（点连续、切矢连续、曲率连续、比例连续）。创建匹配曲面的基本步骤为：

1) 点击匹配曲面图标菜单

6) 7) 8)

9)

10)

曲线时，该选项才可用。 l 近似型（Approximated）：不论所选择的边界线是什么类型的曲线，都按近似

方式匹配离散元素。 l 自动型（Auto）：系统先尝试产生解析型匹配曲面，如果不成功，再用近似方

式生成匹配曲面。

可以编辑匹配边界，通过拉动点箭头来实现（见图4-44所示）。 可以编辑匹配边界处的张量值和切矢方向。 在对话框中选择选项：

l 投影端点（Project end points）：将最短边界线投影到参考曲面上。 l 投影边界（Project boundary）：直接将匹配边界投影到参考曲面上，以产生的

投影线作为对应的匹配边界。

l 在主轴上移动（Move on main axis）：匹配曲面的控制点只能在罗盘主轴

方向移动。

l 扩散（Diffusion）：均匀扩散用控制点完成的变形，使匹配曲面变形趋于均匀。 点击More键，显示附加的选项：

l 快速连接检查（Quick connect checker）：快速检查匹配曲面与参考曲面的连接

性，在几何屏幕上显示连接处的最大距离（distance）、连接处两面之间的最大切矢夹角（angle）、两曲面曲率变化的比值（curvature）。 l 控制点（Control points）：显示匹配曲面的控制点，可以编辑这些控制点。 按OK键，生成匹配曲面。

4.3.3.4 多边界匹配曲面（Multi-Side Match Surface）

该功能用于将一个单单元（Mono-cell）且没有重新（Non Relimited）的曲面匹配到多个（二个到四个）曲面上。该功能只能在自由风格优化器模块中可用。生成多边界匹配曲面的基本步骤为：

图4-45 多边界匹配曲面对话框

1) 点击多边界匹配曲面图标菜单

4.3.3.5 拟合到几何体（Fit to Geometry）

该功能位于自由风格优化器模块中。可以用它将一曲线或曲面拟合到点云上。它在曲面的逆向重建中非常有用，能极大地提高逆向工程的效率。其操作步骤为：

图4-46 拟合到几何体对话框

1) 点击拟合到几何体图标菜单

（Tension）张量值：该值越大，拟合对象越不容易变形。

l

)Global Deformation），显示整体变形对话框（如图4-48

所示）。

3) 在对话框中选择变形类型（Type）：

l

变形曲面的区域到罗盘平面的投影面。 l

)Extend），出现延伸对话框（如图4-49所示）。同时在要延

伸的对象上显示绿色点（对于曲线，在两个端点上显示绿色点；对于曲面，在边界线上显示绿色点）。

3) 在对话框中，选择延伸模式（Mode）：

l 保持弧段（Keep segmentation）：如果选择了该选项，延伸对象按原来的参数

延伸，保持弧段数（面片数）不变。否则，将延伸对象按曲率连续延伸，即增加原延伸对象的弧段数（面片数）。 l 预览（Preview）：如果选择了该选项，则在拉伸过程中动态显示延伸对象的参

数。

4) 将鼠标移动到绿色点上，会出现操纵箭头，拉动这些箭头，以确定延伸量（如图

4-50所示）。允许的延伸量为原对象尺寸的－95%到100%。 5) 可以设定拉伸步长（Extend step），方法是：将鼠标移动到拉伸箭头上，按右键打

PDF 文件使用 \"pdfFactory Pro\" 试用版本创建 www.fineprint.cn

开快捷菜单，点取“Edit”菜单项，在弹出的输入框中输入步长值。在拉伸箭头的同时按住Shift键，即可实现定步长拉伸。 6) 按OK键，完成操作。

4.3.4 几何操作功能（Operations）

4.3.4.1 剪切几何体（Break）

该功能用于剪切曲线或曲面，它提供了两种剪切选项：一种是剪切的曲线或曲面是可以被恢复的；另一种是剪切后的曲线或曲面的参数被重新参数化，因此是不能恢复的。修剪操作的基本步骤为：

图4-51 修剪几何体对话框

1) 点击修剪几何体图标菜单

。

2) 选择要恢复的几何体，它可以是被剪切的曲线或曲面。 3) 按OK键，完成操作。

4.3.4.3 连接曲线或曲面（Concatenate）

该功能用于将多单元（Multi-cell）曲线或多条连续曲线连接成一条单单元（Mono-cell）曲线，也用于将两单元（Two-cell）曲面或两个连续曲面连接成一个单单元曲面。该操作的基本步骤为：

1) 点击连接曲线或曲面图标菜单

3) 选择要连接的对象（多单元曲线、两单元曲面、多条连续曲线，或两个连续曲面）。 4) 点击More键，可以在附加对话框中设定显示信息：

l Information（信息）：如果选择了该选项，则会在几何屏幕上显示连接结果对

象的最大偏差及各项参数。 l Control points（控制点）：如果选择了该选项，则会在几何屏幕上显示连接结

果对象的控制点。

5) 按OK键，完成操作。

图4-50 连接对象对话框

4.3.4.4 曲线或曲面（Fragmentation）

该功能用于将多弧段（Multi-arc）曲线成多条单弧段（Mono-arc）曲线，或将多面片（Multi-segment）曲面成多个单面片（Mono-segment）曲面。该操作的基本步骤为：

1) 选择对象（曲线或曲面）。

2) 点击对象图标菜单

，这时出现类型转换对话框（见图4-54所示）。

3) 可以点击对话框中的图标

4) 可以点击对话框中的图标

，来设定U向（Along U）和/或V向（Along V）的最

大弧段数（Segments）。如果打开“Single”单弧段选项，则将所选择对象转换为单弧段类型。如果此区域的“Priority”优先权选项为打开状态，则在转换时首先保证对弧段数的约束。

6) 如果转换对象为位于曲面上的曲线，还可以选择转换后的曲线是否仍然保持在曲面

上。如果选择

图标，则保证转换后的曲线仍然位于曲面上。 7) 按More键，可以在附加对话框中选择显示信息。 8) 按Apply键，预览转换结果。 9) 按OK键，完成转换。

图4-54 类型转换向导对话框

4.3.5 造型分析功能（Shape Analysis）

用户可以利用本模块提供的分析功能，完成对所有几何元素的分析或检查，以保证所设计曲线、曲面的质量。该模块提供的部分造型分析功能与在GSD模块中提供的基本相同，这些功能包括：曲线连接性检查（Curve Connect Checker）、曲面连接性检查（Connect Checker）、拔模角分析（Draft Analysis）、曲面曲率分析（Surface Curvature Analysis）和曲线曲率分析（Porcupine Curvature Analysis）。本节将着重介绍自由风格外形设计模块中提供的新分析功能，不再重复介绍那些在GSD中已提供了的分析功能（用户可参考在GSD中的介绍）。

4.3.5.1 环境映像分析（Environment Mapping）

该功能是通过将样本环境映像到曲面上而得到的映像图像来分析曲面的质量的一种分析方法。系统提供了几种样本环境供用户选择使用。

4.3.5.2 曲面斑马线检查（Isophotes Analysis）

斑马线检查是指在被检查的曲面上生成黑白相间的条纹线来检查曲面的质量的一种曲面检查方法。该工具的对话框如图4-55所示。

在对话框的上部窗口是参数设置的预览窗口，该窗口的显示随设置参数的改变而动态改变。在该窗口中，有三个小球，用户可以拖动其中的绿色小球，来手动调整斑马线的方向。用户也可以点击这三个小球，来切换斑马线的方向。

PDF 文件使用 \"pdfFactory Pro\" 试用版本创建 www.fineprint.cn

在对话框的中部有三个可手动拉动的参数设置条，用户可以通过拉动这三个设置条来设置不同的分析参数。其中，

车是斑马线的颜色过渡设置条，当对应的参数值为0时，颜色过渡为突然（Sharp）方式，当对应的参数值为1是，颜色平滑（Smooth）过渡。

图4-55 曲面斑马线分析对话框

用户可以按Clean键来取消分析显示，按Reset键，来复位斑马线的显示方向，使其与Z轴垂直。

4.3.5.3 曲面断面线分析（Cutting Planes）

该工具分析曲面的方式是用一组平面切割曲面，分析这组平面与曲面的交线，即断面线的质量，从而了解曲面的质量。该工具的对话框如图4-56所示。

图4-56 断面线分析对话框

其中，该工具提供三种平面组类型：工线法平面组、

如果用户选择的平面组类型是“平行平面”，可以设置平面的范围。系统提供了二种选项，如果用户选择“Automatic”自动选项，则取边界为罗盘的基平面位置，如果用户选择“Manual”手动选项，用户需输入两个边界相对罗盘基平面的距离（Start、End）。

用户可以设置是否在几何屏幕显示切平面（Planes），和断面线的曲率（Curvature）。 用户可以借助于断面线上的快捷菜单，生成具体的断面线（如图4-57所示）。

图4-57 生成断面线的快捷菜单

4.3.5.4 距离分析（Distance Analysis）

该分析工具用于分析两个元素之间的距离，也可以用于分析两组元素之间的距离。它在进行逆向设计时非常有用，可分析逆向建立的曲面与测量点云之间的距离。

该工具的对话框如图4-58所示。使用该工具进行距离分析的基本步骤为：

图4-58 距离分析对话框

1) 选择第一个元素，或第一组元素。 2) 点击距离分析图标菜单

l

完全颜色模式显示，它提供了多种颜色来显示不同距离范围内的距离，从而更清楚地表示两元素之间的距离。 l

分析与一组元素的法向距离

l

分析投影距离，这种类型只适用于两曲线间的距离分析，它是按两曲线到一指定平面的投影距离来计算的。 l

设定数量和位置的氖灯照射到曲面上，用户从一定的位置观察曲面上对灯光的反射线，来分析曲面的质量。用该工具分析曲面的基本步骤为：

1) 选择一个或多个曲面。

2) 点击曲面反射线分析图标菜单

按照当前的三维视图动态确定视点。当用户转动视图时，投影线重新计算并自动涮新。 l

，显示分析对话框（如图4-62所示），并在曲面上

PDF 文件使用 \"pdfFactory Pro\" 试用版本创建 www.fineprint.cn

3)

4) 5) 6)

显示缺省的分析结果。

在对话框中选择局部平面的定义方式（Local plane definition）： l Compass Plane（罗盘基平面）：局部平面与罗盘基平面平行。 l Parametric（参数平面）：曲面参数方向确定的平面。 如果选择的是“Compass Plane”（罗盘基平面），则用户可以通过调整罗盘基平面，动态观察变形线的形状。

用户可以利用变形线的快捷菜单，生成具体的变形线。 按OK键，生成分析结果。

4.3.6 相关工具（Tools）

在自由风格外形设计模块中，提供了丰富地辅助工具，利用这些工具可以方便地观察，设定所生成的几何体。部分工具还能与几何体的创建工具一起使用，进一步加强这些工具的功能。本模块中的一些工具在GSD中也提供了，在此就不再重复介绍，这些工具包括：查询元素的几何信息（Geometric Information）工具、罗盘的管理工具（Quick Compass Orientation）、创建坐标系工具（Axis System）、拉伸视图工具（Stretch View）、创建基础元素工具（Create Datum）、插入Open Body工具（Insert Open Body）。

4.3.6.1 显示曲线或曲面上的控制点或弧段信息（Apply Dress-Up）

这是一个设置是否长期显示曲面或曲线上的控制点和弧段信息的工具。它的使用是：

图4-63 工具对话框

1) 点击该工具的图标菜单

2) 点击对称显示图标菜单

标准视图操作工具（Standard View Manipulation）

l

绕屏幕X轴旋转（Rotate along X Screen Axis）

l

缩放和平移（Zoom and Translate）

用这五个工具可以方便快捷地操作视图，以生成任意位置的三维视图。

1) 如果用户点中了标准视图操作工具图标或绕屏幕X/Y/Z轴旋转工具图标，可以用

以下操作改变视图：

l 鼠标中键+右键+PageUp/PageDown键：绕屏幕Z轴旋转 l 鼠标中键+右键+左/右箭头：绕屏幕Y轴旋转 l 鼠标中键+右键+上/下箭头：绕屏幕X轴旋转 当然，也可以用普通的鼠标操作来改变视图。

2) 如果用户点中了绕屏幕X/Y/Z轴旋转，则同时按住鼠标中键和右键拖动鼠标，只

能完成指定的动作。

3) 如果用户点中了缩放和平移工具图标，则用鼠标中键和右键只能缩放视图，用鼠标

中键只能平移视图。 4.3.6.5 交互式定义视图（Interactive Viewpoint Definition）

该工具用于快速定义一个视图。用其定义视图的步骤为： 1) 将罗盘拉到一个指定的位置上，该点位置将作为视图的视点位置，罗盘的方向将是

视图方向。 2) 点击交互式定义视图工具图标

（Reverse Viewpoint），视图自动反转。

4.3.6.6 保持原对象（Keep Original）

当对某一几何对象进行编辑时，可以借用该工具来保留编辑的原对象。其方法是在编辑之前，或编辑时，点中保持原对象工具图标

自动捕捉顶点（Snap on Vertex）

l

自动捕捉控制点（Snap on Cpt）

l

l

低削弱（Low Attenuation）

l

高削弱（High Attenuation）

4.3.6.9 显示几何对象上操纵箭头的工具（Displaying Manipulators On Elements） 在自由风格外形设计模块中，为用户提供了四个指定显示相对应操纵箭头的工具，它们是：

l

显示接触点操纵箭头的工具（Contact Points）

l

显示U，V向阶数的工具（U,V Order）

4.3.6.10 暂时显示控制点的工具（Furtive Display）

该工具用于暂时显示操作几何对象的控制点。当完成操作后，自动取消控制点的显示。

4.4 应用实例

自由风格外形设计模块因为其强大的功能和生成曲面的高质量，被广泛地应用到汽车车身等的设计之中。在本节中，将以汽车车身的二个实例来说明本模块的使用。

4.4.1 实例一 轿车顶盖

轿车顶盖是曲面质量要求较高的大面，在曲面外形设计中具有一定的代表性，所以在本节选用轿车顶盖曲面的创建，来说明自由风格外形设计的应用。

在本实例中，将用自由风格外形设计提供的功能创建如图4-所示的轿车顶盖。已知前后风窗曲面、顶盖的测量点云及风格曲线，要求创建顶盖曲面。

图4-63 轿车顶盖实例

创建轿车顶盖曲面的具体步骤为： 1. 创建一个四点面片

1) 点击自动捕捉顶点工具图标菜单

（Four-Point Patch）。

依次点击风格曲线的端点，生成如图4-65所示的一个曲面片。 2. 调整曲面边界

1) 定位罗盘基平面到ZX参考平面上。

2) 从视图工具条中选择俯视图

，出现对话框。

4) 点击对话框中的

5) 点击确认信息框中的OK键。

6) 在对话框中选择以下的变形选项：

l 变形方式（Support）：沿网格线移动

（Move selected points using a convex

law）。

图4-65 四点面片示意图

7) 调整前边界线

l 选择前边界线上的所有控制点。

l 用操纵箭头拉动前边界线上的控制点，使前边界线基本与前风窗后边界平

行且相隔一段距离（如图4-66所示）。

图4-66 调整后的前、后边界线示意图

8) 用同样的方法调整后边界线（参见图4-66）

9) 在对话框中选择新的变形选项：

l 变形方式（Support）：沿局部矢量方向移动

（Move selected points Identically）。

10) 进一步调整前、后边界线。

11) 用同样的方法处理两侧的边界线，

PDF 文件使用 \"pdfFactory Pro\" 试用版本创建 www.fineprint.cn

12) 在边界线的处理过程中，可能需要反复过程。

13) 最后，顶盖曲面的边界线调整为如图4-66所示的形状。 3. 将顶盖曲面拟合到点云上

1) 将罗盘重置为其缺省位置。 2) 选择顶盖曲面。

3) 点击拟合到几何体图标菜单

l l l l l

。

选择顶盖拟合曲面为第一组元素

设置对话框中的参数为如图4-69所示。 设置颜色对应的距离值为如图4-70所示。 点击“Second set”（第二组）单选项，并选择顶盖点云为第二组元素。 按OK键，生成距离分析结果。

PDF 文件使用 \"pdfFactory Pro\" 试用版本创建 www.fineprint.cn

2) 曲面的反射线分析

l 在特征树中选择距离分析结果，用其快捷菜单中的“Hide/Show”（隐藏/

显示）项隐藏距离分析结果。 l 将视图转换为俯视图（Top View）。 l 选择顶盖曲面。

l 点击曲面反射线分析工具图标菜单

图4-72 曲面反射线分析结果

3) 选择顶盖曲面，并点击编辑控制点图标菜单

（Translate along local

normals）。

l 变形规则（Law）：同步规则

（Symmetry）图标，并在弹出对话框中按OK键。

6) 将曲面的U向阶数设置为5，V向阶数设置为7，以增加控制点数。 7) 选择U向中心网格线，并利用快捷菜单“Edit”（编辑），设定变形步长为0.75。 8) 可利用快捷菜单项“Freeze”（冻结），将选择的控制点固定住。

9) 按住Shift键，并向上或向下点击操纵箭头，止到曲面上能显示所有的绿点。 6. 提取最终的顶盖曲面

1) 点击几何提取图标菜单

（Sketch Tracer）。

PDF 文件使用 \"pdfFactory Pro\" 试用版本创建 www.fineprint.cn

2) 在显示风格（Render Style）工具条中选择用户化视图图标

（Top View），切换到俯视图。

4) 点击载入草图图标菜单

（Planar Patch），生成包围发罩中间曲面在俯视图

上的区域的一个平面片，设定该面片的U向阶数为3，V向阶数为4。 3) 将罗盘定位到ZX参考平面上。 4) 选择该平面片，点击编辑控制点图标菜单

（Translation in the

plane）。

PDF 文件使用 \"pdfFactory Pro\" 试用版本创建 www.fineprint.cn

l 选择变形规则为直线规则

（Translation along

the direction）。

l 选择变形规则为同步规则

（Stretch selected

points）。

11) 编辑U向中间控制线上的控制点，使曲面在U向具有所创意的形状（如图4-77

所示）。

12) 编辑曲面的V向形状，使曲面的边界与草图的轮廓线重合。

PDF 文件使用 \"pdfFactory Pro\" 试用版本创建 www.fineprint.cn

6. 提取发罩中间曲面的一半

1) 用鼠标转动视图。

2) 选择上一步创建的曲面。

3) 点击位于曲面上的曲线图标菜单

（Break）。在弹出对话框中，

选择剪切类型（Type）为“Relimit”。选择上一步生成的曲线。然后指定剪切后的保留区域。最后按OK键，用上一步生成的等参线剪切曲面。

7. 调整剪切曲面的边界

1) 将视图切换到俯视图（Top View）。

2) 选择上一步生成曲面的外边界线，并点击编辑控制点图标菜单

（Translation in the

plane）。

l 选择变形规则为直线规则