三维CAD技术的发展介绍

       三维建模技术是研究在计算机上进行空间形体的表示、存贮和处理的技术。实现这项技术的软件称为三维建模工具。三维建模技术是利用计算机系统描述物体形状的技术。如何利用一组数据表示形体，如何控制与处理这些数据，是几何造型中的关键技术。

在CAD技术发展初期，CAD仅限于计算机辅助绘图，随着三维建模技术的发展，CAD技术才从二维平面绘图发展到三维产品建模，随之产生了三维线框模型、曲面模型和实体造型技术。而如今参数化及变量化设计思想和特征模型则代表了当今CAD技术的发展方向。三维建模技术是伴随CAD技术的发展而发展的，三维CAD技术的发展主要包括几下几个阶段：

1. 线框模型（Wire Frame Model)

2. 曲面模型（Surface Model)

3.实体模型（Solid Model)

    实体模型在表面看来往往类似于经过消除隐藏线的线框模型在线框模型或经过消除隐藏面的曲面模型；但实体模型上如果挖一个孔，就会自动生产一个新的表面，同时自动识别内部和外部；实体模型可以使物体的实体特性在计算机中得到定义。它有如下特性：它是一个全封闭(实体）的三维形体的计算机表示；具有完整性和无二义性；保证只对实际上可实现的零件进行造型；零件不会缺少边，面，也不会有一条边穿入零件实体，因此，能避免差错和不可实现的设计。提供高级的整体外形定义方法。可以通过布尔运算从旧模型 得到新模型。实体模型：骨骼＋肌肉＋内脏的完整人体 

4. 特征参数化技术

  参数化设计是CAD技术在实际应用中提出的课题，它不仅可使CAD系统具有交互式绘图功能，还具有自动绘图的功能。

目前参数化技术大致可分为如下三种方法：

1）  基于几何约束的数学方法；

2）  基于几何原理的人工智能方法；

3）  基于特征模型的造型方法（特征工具库，包括标准件库均可采用该项技术）。其中数学方法又分为初等方法（Primary Approach）和代数方法（Algebraic Approach）。

5. 变量化技术

   参数化技术要求全尺寸约束，即设计者在设计初期及全过程中，必须将形状和尺寸联合起来考虑，并且通过尺寸约束来控制形状，通过尺寸改变来驱动形状改变，一切以尺寸（即参数）为出发点，干扰和制约者设计者创造力的及想象力的发挥。

一定要求全尺寸约束吗？欠约束能否将设计正确进行下去？沿着这个思路，SDRC公司的开发人员以参数化技术为蓝本，提出了一种比参数化技术更为先进的变量化技术，1993年推出全新体系结构的I-DEASMsater Series软件—带来了CAD发展史上第四次技术革命。

变量化技术：我们在进行机械设计和工艺设计时，总是希望零部件能够让我们随心所欲地构建，可以随意拆卸，能够让我们在平面的显示器上，构造出三维立体的设计作品，而且希望保留每一个中间结果，以备反复设计和优化设计时使用。

 VGX（Variational Geometry Extended――超变量化几何，SDRC公司推出）实现的就是这样一种思想。


图形交换标准

三维CAD图形交换是为实现不同CAD软件之间、CAD/CAM内部信息集成以及通用标准化软件之间的数据交换，目的是实现信息资源共享，产品数据不仅包括产品模型的几何图形数据，还包括制造特征、尺寸公差、材料特性、表面处理等非几何数据。

1）  产品几何描述，如线框表示、几何表示、实体表示以及拓扑、成形及展开等：

2）  产品特性，即长、宽等体特征；孔槽等面特征；旋转体等车削件特征等；

3）  公差、尺寸公差与形位公差；

4）  表面处理，如喷涂等；

5）  材料，如类型、品种、强度、硬度等；

6）  说明，如总图说明等．

7）  其它．如加工、工艺装配等。

数据交换途径包括：借助专用或标准（中性）文件进行交换和借助统一的产品数据模型和工程数据库管理系统进行交换。