[发明专利]通过导引曲线定义的曲面的设计的计算机实现的方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机程序和系统领域，更具体地，本发明涉及计算机辅 助设计(CAD)、制造(CAM)、和工程(CAE)系统领域。

背景技术

市场上提供有许多系统和程序用于零件的设计、零件的组件以及其产 品，例如由达索系统公司(Dassault Systèmes)提供的在商标为CATIA(计算机 辅助三维交互应用)的产品。CATIA是一个多平台CAD/CAM/CAE软件套 组，通常被称为3D产品生命周期管理软件(PLM)套组。它支持产品开发 (CAx)的多个阶段，涵盖从概念化，通过设计(CAD)和制造(CAM)，一直延 伸到分析(CAE)。该软件套组是可经由应用程序接口(API)为用户定制。在 专用的API下，一些版本可适用于各种程序语言。

这些所谓的CAD系统尤其允许用户构建和操作复杂的三维(3D)物体模 型或物体组件。因而，在具有多面的特定情形中，CAD系统使用缘或线来 提供模型化的物体的表示。这些CAD系统将零件或零件的组件管理为模型 化的物体，所述模型化的物体大体上是规范的几何结构。特别地，CAD文 件包含根据其生成几何结构的规范。根据几何结构生成表示。可以将规范、 几何结构和表示存储在单个或多个CAD文件中。CAD系统包括图形工具， 其用以将模型化的物体表示给设计者；这些工具专门用于复杂物体的显示 -对于零件，在CAD系统中表示物体的文件的通常大小至多为兆字节级， 并且组件可以包括数千个零件。CAD系统管理物体模型，这些物体模型存 储在电子文件中。

使用已知CAD系统来设计机械零件可以视为定义所述零件的几何形状 和维数，以便符合功能和制造的需要。大体上，得到的形状是由设计者创 建的诸如衬垫、空腔、凹槽和轴之类的基本特征的组合。通过复杂的几何 和拓扑计算，CAD系统将固体(机械零件)的边界表示产生为例如闭合的和 定向的曲面(surface)。

其他基本单元可以形成零件或产品的形状，在这些基本单元之间是直 纹曲面(ruled surface)。直纹曲面设计可以是计算机辅助的几何设计系统的一 部分。严格地说，在几何结构中，如果经由曲面S的每个点，存在一条直 线位于S上，则S是直纹曲面。知名的示例是平面以及锥体或柱体曲面。 因此可以将直纹曲面设想为通过在空间中移动线段(即“直”线)而形成的曲 面。例如，锥体是通过保持线的一个端点固定，而按照圆形移动另一个端 点而形成的。线段的运动是由例如由用户定义的两条导引曲线(guiding curve) 来支配的，这样，线段的端点沿着每条导引曲线来移动。

通常将直纹曲面应用在加工设计(例如，铸造、锻模的闪蒸段、锻造零 件的切削工具)，以及形状设计(例如，机械零件设计中的斜面、架构中的倾 斜曲面)中。

可展曲面被认为是直纹曲面的特殊情形，其可以展开为平面而没有变 形，除上面的直纹曲面的特征之外，其还包括额外的可展性约束(constraint)。

将可展曲面使用在物体的设计中，其必须用(类似)不可伸展的材料的平 板制造，这样，只将材料折叠为适合的形状。许多人造的物体，诸如皮革 制成的奢华手袋、特定建筑物、以及船体的个别金属板等，都是以这种方 式设计的。

与直纹曲面设计有关的若干计算方法和算法在现有技术中是已知的。 一个主要的问题在于如何便利地耦合两个导引曲线。有许多种方式来通过 移动线段连接两个输入导引曲线。因而，耦合策略是直纹曲面设计的关键 特征。将使用两种耦合技术。