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基于NURBS的船体曲面交互式CAD研究

彭妍  
【摘要】: 非均匀有理B样条(简称NURBS)是CAGD技术的重要组成部分之一,也是曲线和曲面造型技术中最优秀的计算方法,已被国际标准化组织指定为定义工业产品形状的唯一数学方法。它善于统一表达三次样条曲线、二次弧线和直线的特点非常适合应用于船体曲面设计,因此将其引入设计并应用到实际中去是船舶设计者们共同的理想。 本文基于NURBS方法来研究船体曲面造型技术,按照从理论到实践、由浅入深的顺序探讨了NURBS算法如何应用到船体型线和曲面设计当中去,并详尽介绍了采用交互式的设计理念来研发专用软件的具体过程。 文章从基本算法入手探讨了曲线、曲面的性质和正算、反算的一般过程并针对曲线的重要参量进行研究。之后采用MFC框架并结合OpenGL设计了交互界面,尤其在视景变换方面做了重点研发,诸如建立实体坐标系,模型的平移、旋转和缩放功能,多方位投影效果,并包括了界面对键盘和鼠标操作的响应等。在此基础上,从信息管理的角度对功能进行拓展,建立了树型数据结构,将曲线信息集中于树控件节点使其具有选中、激活、修改、型值输出和显示曲率特征的功能。最终以实船模型为例,介绍了软件使用的具体方法,特别指出了艏艉部处理中存在的问题。 总体而言,本软件具有从多视角观察模型、依型值绘制曲线和曲面、分类显示图元、参数化确定视景体、树型数据结构管理信息、拾取式修改型值点以及用“曲率棒”检验曲线光顺性等功能和界面友好、操作简便、条理清晰和实体效果强等特点,这些是对NURBS方法应用到具体船舶工程实践的有效探索。


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