G0-G3曲面介绍

曲面是一种没有厚度、质量、界限的薄膜。一般对较规则的3D零件来说,实体特征提供了迅速且方便的造型建立方式。但对于复杂度较高的造型设计，仅使用实体特征来建立3D模型就显得很困难了,因此曲面特征应运而生,提供了非常弹性化的方式来建立曲面的方法。

 

 

 

曲面特征的建立方式除了与实体特征相同的拉伸、旋转、扫描、混合等方式外，有很高的操作性,例如曲面的合并(merge)、修剪(trim)、延伸(extend)等(实体特征缺乏该类特征)。由于曲面特征的使用较为弹性化，因此其操作技巧性也较高。

2.Creo中曲面的分类

根据Creo中创建曲面的方式不同,可以将曲面分为三大类:基本曲面、造型曲面和自由式曲面。

（1）基本曲面:

创建方式简单,可以利用Creo基础特征工具直接创建的曲面。该类曲面的创建方式较为简单,可以构建造型简单的曲面模型。该造型方法可以构建以下几种类型的曲面:拉伸曲面、旋转曲面、扫描曲面、混合曲面及填充曲面。基本曲面创建环境如下图所示。

 

 

 

（2）造型曲面:

也称交互式曲面(Interactive Surface Design eXtension, ISDX)。它将艺术性和技术性完美地结合在一起,将工业设计的自由曲面造型工具并人设计环境中,使得设计师能在同一个设计环境中完成产品设计，避免了外形结构设计与部件结构设计的脱节,其创建环境如下图所示。

 

 

 

（3）自由式曲面:

其建模环境提供了使用多边形控制网格快速简单地创建光滑且正确定义的B样条曲面的命令。可以操控和以递归方式分解控制网格的面、边或顶点来创建新的顶点和面。新顶点在控制网格中的位置基于附近旧顶点的位置来计算。此过程会生成一个比原始网格更密的控制网格。合成几何称为自由式曲面。控制网格上的面、边或顶点称为网格元素。自由式曲面及其所有参考元素构成了自由式特征。如下图所示。

 

 

 

3.曲线、曲面的连续性

在曲面设计过程中,往往追求高质量的曲面。这就需要对曲率的问题进行探讨，通过正确的方法和技巧才能创建高质量的曲面。首先明确一点,要想创建高质量的曲面,需要同时具有高质量的曲线作为架构,才能构造出符合设计意向的曲面。

在曲面的造型过程中,经常需要关注曲线和曲面的连续性问题。曲线的连续性通常是指曲线之间端点的连续,而曲面的连续性通常是指曲面边线之间的连续。下面我们简单探讨常用的几种曲线连续类型。

（1）G0连续（ 位置连续）

G0连续是指曲面或曲线共用一条公共边界或一个点。曲线无断点,曲面相接处无裂缝。

判定方法:曲线不断,但有角，如右图所示。图中所示的两组线都是位置连续,它们只是端点重合,而连接处的切线方向与曲率均不一致。G0连续的曲面没有窟窿或裂缝,但有棱。如图所示的斑马线在连接处毫不相关,各走各的,线与线之间不连续，通常是错开的。

 

 

 

(2）G1连续（相切连续）

对于曲线的相切连续,要求曲线在端点处连接,并且两条曲线在连接处具有相同的切向且切向夹角为0。对于曲面的相切连续,要求曲面在边线处连接,并且在连接线上的任何一点,两个曲面都具有相同的法向,相切连续通常称为G1连续,是指曲面或曲线共用一条公共边界或-一个点,并且所有连接的线段、曲面片之间都是相切关系。

判定方法:曲线不断,平滑无尖角,如下图所示的两组曲线属于相切连续,不仅在连接处端点重合,而且切线方向一致(可以看到相连的两条线段梳子图的刺在接触点位置是在一条直线上);曲面相切连续,没有棱角。

 

 

 

（3）G2连续（曲率连续）

对于曲线的曲率连续,要求在G1连续的基础上,曲线在接点处的曲率具有相同的方向，以及曲率大小相同。

判定方法:对曲线做曲率分析,曲率曲线连续无断点。如下图所示的两组曲线属于曲率连续,它不但符合G0和G1两种连续性特征，而且在接点处的曲率也是相同的。如下图所示,两条曲线相交处的梳子图的齿长度和方向都是一致的(可以为0)。对曲面做斑马线分析,所有斑马线平滑,没有尖角。

 

 

 

（4）G3连续（曲率变化率连续）

G3连续不仅具有上述连续的特征,而且在接点处曲率的变化率也是连续的,这使得曲率的变化更加平滑。

判定方法:对曲线做曲率分析,曲率曲线连续,且平滑无尖角。如下图中两组曲线的连续性属于曲率变化率连续。曲率的变化率可以用一个一次方程表示为一条直线。