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船体曲面表达与三维船舶设计研究

仵大伟  
【摘要】: 曲线曲面造型技术是CAGD中最活跃最关键的学科分支之一。在船舶、飞机、汽车等计算机辅助外形设计中,对产品的光顺性有很高要求。光顺概念来源于工程实践,蕴涵着丰富的内容,涉及到数学、物理学、美学以及心理学等许多领域。光顺涉及到几何外形的美观性,具有光滑、顺眼两方面含义。判断曲线曲面光顺与否及光顺程度,往往依赖于设计人员的工程经验,有一定的主观色彩。所以,应从数学和物理学等的角度,研究光顺问题,确定光顺准则,将光顺问题转化为具有严格意义的数学问题。因此曲线曲面的光顺处理成为CAD/CAM中非常重要的一个问题,国内外许多学者对曲线曲面的光顺问题进行了大量研究。 船体曲面比较复杂,在实际应用中,实现船体曲面的数学描述非常重要。船体曲面的数学描述有着很大的优越性,如放样精确,求值(型线、肋骨线、结构线、接缝线等)方便,也是后面船体结构设计,工程分析,建造的依据,是实现智能设计、虚拟建造的先决条件。所以,用NURBS技术作为数学工具,对船体曲面进行表达、插值和光顺处理是本文的主要研究内容之一。 本文根据船体型值表的数据,用NURBS曲面来描述完整船体曲面,对插值曲面边界条件构造及节点矢量计算进行了研究,实现了船体曲线曲面的NURBS表达。 根据曲线曲面的性质,以弹性样条和弹性薄片体的能量为物理模型,构造曲线曲面的光顺算法模型。对船体曲线曲面进行了光顺处理,得到满意的结果。用曲线的曲率图评价曲线的光顺性,用高亮线模型对曲面进行光顺性分析。在曲线曲面光顺算法中,对边界条件的控制也进行了研究。 在船体曲面造型设计中,常用到曲面与平面的求交运算。根据投影变换原理,给出一种曲面与平面求交的新算法,算法原理简洁直观,计算稳定。并在本文得到成功应用和检验。 在船体曲面NURBS表达完成后,使基于船体曲面的三维设计得以实现。研究了三维空间计算机辅助船舶设计方法,对船体外板排列及展开、船体舱室划分及计算、船体内部构件的参数化特征造型等在三维可视环境下进行虚拟设计。基于三维的设计较之传统的二维设计方法具有无法比拟的优越性。 本文以AutoCAD的ObjectARX为开发环境,以Visual C~(++)为编程语言,完 摘要 一 成上面的研究工作。并且,对特征类定义,约束关系引入,图形数据库和外部 数据库联接与管理等也进行了研究。


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