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Creo建模时,如何提高镜像曲面的质量

对于对称的产品,建模时,我们习惯只建一半,最后通过镜像工具把建好的一半曲面镜像过去合并成一个整体的产品曲面,这样的建模操作并没有问题,省时又省力,我相信大家也是这么做。我们也知道,想要曲面的质量高,首先需保证构面的曲线质量必须高,但是最近发现,明明曲线质量看起来很好,然而镜像后曲面与镜像前的曲面连接处却是曲率不顺滑,有明显的起伏,即达不到G3连接。如下图:

左图是镜像前的曲线,因为要镜像,所以与镜像基准面交点处标注90°,似乎没错,这也是很多人的做法;右图是镜像后的曲线,曲线的连接处曲率相等,即能达到G2连接,但曲率的变化率不相等,即达不到G3连接。

其实实际上达到G2连接,已经可以满足大部分产品的曲面质量要求了,如果你不再追求更高的曲面质量,以下内容可以跳过。

回到上面的曲线,其实最终我们想要的是下图这样的效果,下图是一整条样条曲线,并不是通过镜像复制逼近得到,但在实际建模过程中,针对对称的产品我们并不想每条曲线或者每个曲面都画完整,也就是想通过画一半,最后把整个面组镜像合并,那要怎么做才能达到下图的G3连接的效果呢?

首先,理解下曲率的含义:

曲线的曲率就是针对曲线上某个点的切线方向角对弧长的转动率,通过微分来定义,表明曲线偏离直线的程度,数学上表明曲线在某一点的弯曲程度的数值。

曲率越大,表示曲线的弯曲程度越大。曲率的倒数就是曲率半径。

所以,直线的曲率为0,圆的曲率为半径的倒数,是一个定值,即1/R

比如可以通过Creo中曲率分析命令可以分析直线和半径10的圆的曲率:分别为0和0.1

在建模过程中,其实曲率的具体数值对于我们来说并不是很重要,我们更多关心的是曲率的变化(变化率)。

在画曲线的过程中,人为控制曲线的曲率变化是比较麻烦的,特别是曲线复杂,控制点越多的情况下,要调好一条高质量曲线是很不易的,比如以下这条曲线,控制点越多,导致约束条件多,曲线的自由度就降低,除非是通过数学的方法(标注)来合理约束每个控制点的位置,否则通过鼠标的拖动很难调好,特别是手容易抖动的同学,把控制点减少后就好很多了。

以下的曲线(圆、椭圆、阿基米德螺旋线)都是通过数学方法控制的,曲率变化都很好,所以曲线的质量都很高,在Creo中也很容易实现。

这种看似简单的曲线在苹果公司的系列产品上得到较好的应用,大家有兴趣的可以研究研究。

同时,苹果公司设计师对曲率的要求也达到极致,在其很多产品上都有体现。

左边是其他家的产品,使用切线相连(G1)的效果,也就是常规的直接倒圆角;右边的 MacBook Pro 边角则使用了曲率连续(G3)的弧线,可以看得出来,左边的转角过度比较生硬,右边的平滑过度看起来就舒缓很多,以下是曲率变化图:

需要注意的是,直线段和圆弧连接是达不到G3连接的,甚至G2都达不到,因为直线的曲率为0,圆弧的曲率为半径的倒数,即使圆弧半径足够大,半径的倒数也不可能为0,而G2的条件是曲率相等,显然直线和圆弧的曲率无法相等。

下面通过倒普通G1圆角和G2圆角对比:

很明显,G2圆角处的曲线并不是圆弧段,而是逼近圆弧段的曲线(类似圆锥弧),G3也是这样,它们各自的曲率如下:

假设在圆弧段曲线的中间劈成两段,单单看圆弧段的两边,依然是G3连接。

在此,我们回到上面提到的镜像后曲线怎么样达到G3连接问题,经过上述的介绍分析,圆弧、圆、椭圆等这种曲线段断开或者镜像后依然还是G3连接。

所以,在画镜像曲线之前,先画一段圆弧(需根据实际曲线的造型选择圆还是椭圆),使得圆弧逼近实际造型曲线,再让新画的曲线和圆弧设置G3连接,Creo中要设置G3连接只能在样式中设置,如下图:

镜像后的曲率图如下:

通过连接分析,镜像前后的曲线是可以达到G3连接的:

同样的方法,还可以做出矩形圆角或者其他的G3连接的曲线:

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