【讨论】大家说说用ug设计的知名产品激励一下学习兴趣可否？

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标  题: 基于特征的参数化造型的思想
摘 要：本文介绍将参数化设计应用到特征以及特征造型中去，形成参数化的特征，并可
参数化地造型。利用面向对象的技术，将造型中的特征所需要的信息封装，并可以通过
继承衍生出新的特征。它融合了参数化的灵活性、特征的丰富信息信息以及面向对象技
术的封装和继承。
关键词：特征 特征造型 基于特征参数化造型 特征描述
0 引 言
  随着计算机的普及，人工智能的应用范围越来越广泛，但在CAD方面的应用却碰到些问
题。造成这种状况的原因主要来自于对实体的描述和表示上，采用何种描述方法才能使
得计算机很好的理解实体，以进行合理有效的几何推理成为人们目前聚焦的问题。传统
的实体表示方法使用简单的原始的几何元素来表达实体，比如线条、圆弧、圆柱以及圆
锥等，这样显得很枯燥、单调，计算机很难识别和理解这样粗糙的模型。因此就迫切需
要发展一种建立高层次实体的基础上的实体表示法，这种实体需要包含更多的工程信息
，这种实体就被称为特征。并且由此提出了以特征为基础的特征造型的基于特征的设计
方法。目前特征造型在一些主流的CAD系统中有使用，但仍然处于研究阶段。
1 基本概念
  自80年代以来，基于特征的设计方法已被广泛接受，也提出了不少特征的定义，最初
的特征定义仅包含了几何意义，即主要是它的形状特征，但实际上特征应该包含更多的
更广泛的含义和信息。由于特征源于设计、分析和制造等生产过程的不同阶段，因此对
特征的认识也不尽相同，至尽尚无统一的特征定义。目前较为通用的定义是1992年Brow
n所给出的：
  特征就是任何已被接受的某一个对象的几何、功能元素和属性，通过它们我们可以很
好地理解该对象的功能、行为和操作。
  更为严格的定义也被使用：特征就是一个包含工程含义或意义的几何原型外形。特征
在此已不是普通的体素，而是一种封装了各种属性（attribute）和功能（function）的
功能要素。
  目前特征的分类还没有统一的体制。一般来说，特征可分为造型特征和面向过程的特
征。造型特征（又称为形状特征）是指那些实际构造出零件的特征，而面向过程的特征
并不实际参与零件几何形状的构造。造型特征进一步分为基本特征和二次特征，基本特
征是指构成零件主要形状的特征，二次特征是指用来修改基本特征的特征，通常分为正
、负特征。面向过程的特征可细分为：精度特征、技术要求特征、材料特征和装配特征
。
由此我们可以利用较高层次的语义丰富的特征来代替简单的原始的几何元素作为基本元
素，通过一定的组合法则来建模，这就是特征造型。特征的表示和建立就成为其中的关
键。随着面向对象的技术的建立和发展，尤其是封装和继承的概念，解决了可扩充性和
数据结构的复杂性，使得特征可以只包含所需的信息，需要时可通过继承来添加所需信
息，它对特征造型提供了强有力的支持。
2 特征描述
  在基于特征的造型中对于特征的描述是关键，特征描述应该包含几何形状的表示和相
关的处理机制以及特征高层语意信息的，目前主要是探讨形状特征。特征（严格地说是
语义特征）可被视为由三类属性描述的面向几何的物体：数据属性包含特征的静态信息
；规则或方法属性定义特征特定的设计和制造特性；关系属性描述特征间的位置关系。
形状特征实际上是几何实体无任何语义的结构化组合，形状特征与特征间是一对多的关
系，这体现了特征的应用多视角性。通常，对形状特征的描述有几种：B-REP（bound r
epresentation）、CSG(constructive solid geometry)、以及混合法。但在CAD应用中
，参数化设计应用越来越广，因此就出现了将参数化设计应用到特征设计中去，使得特
征具有可调整性，主要是针对特征的几何和拓扑信息。我们可以利用混合法来建立特征
模型，并将参数化法引入到特征造型中去，使形状特征可以根据需求调整变化，这就是
基于特征参数化设计。
  对于特征的描述可以利用面向对象的语言来描述，利用封装来包含特征所需的信息，
使用成员变量来表示特征的静态属性以及与其他特征的关系属性，用成员函数来描述特
征特定的设计、制造和行为规则方法，并且由可以通过继承来产生新的特征，发展已有
的特征，来满足造型时的需要。特征表示的结构可如图1所示。
  在建立特征类的关键是形状特征的描述方法。建立形状特征的过程可视为约束满足的
过程，设计本质上是通过提取特征有效的约束来建立其约束模型并进行约束求解（这也
可称为变量化设计）。那么在类内，可以将形状特征分解成为多个成员变量，通过使用
成员函数（进行约束求解）来连接这些变量，然后通过图形显示的成员函数来使特征的
外形可视。这些约束一般根据不同的产品的功能、产品结构强度刚度和制造过程的不同
来转化的，并将这些限制综合成设计目标，然后将它们映射成为特定的几何和拓扑结构
，从而转化为约束。
  通常在国外将约束分为基约束、尺寸约束、几何约束和拓扑约束。拓扑约束用来约束
零部件的结构，几何约束用来约束各几何元素的固定联系，尺寸约束用来约束各几何元
素的大小尺寸，基约束为描述一个实体相对于其他实体的位置。在国内很多文章将这些
约束统称为几何约束，分类为尺寸约束和拓扑约束，拓扑约束包含了本文中的几何约束
和拓扑约束）将基约束、尺寸约束、几何约束和拓扑约束作为构成几何或拓扑结构的几
何要素和表面轮廓要素，可以导出各形状结构的位置和形状参数，从而形成参数化的产
品几何模型。
特征
  构成使用混合法表示出特征的几何体素构成，可采用一个双向链表来表示，是多个实
体结构，实体结构（一个structure表示）是由B-REP表示的线、面等元素的综合。目前
最好是使用数据库来存储读取基准，以及测量实体（包括点、线、面，对于今后造型时
特征的位置很重要，并且是形状特征产生时的基础是正特征还是负特征,材料信息，公差
信息，制造信息，功能信息等约束（是用来具体定各几何体素的尺寸，关系，位置结构
，是一些成员函数，其中构造函数用来初始化特征，给出各默认参数，其他一些函数用
来计算约束求解，赋值给各体素，定位定型各体素，实现特征调整后的各体素的联动和
配合，完成显示特征）行为（用来描述特征在今后造型中的利用用布尔运算进行特征造
型，定位特征）特征可以被视为一个小型的包含多种信息的基本的几何模型。鉴于此，
我们可以根据以上所述来建立特征描述模型。关键是形状特征的描述，形状特征应包含
它的构成（组成它的几何体素），以及几何体素之间的关系。形状特征的构成可以用CS
G法、B-REP法和混合法来表示，一般采用混合法较好，消除了B-REP法的不唯一性，又避
免了CSG法的抽象性，它整体是采用CSG法，在其中应用B-REP的表示法，结合了二者的优
点。利用B-REP法来表示最基本的实体（也可以算是最基本的没有语义信息的特征），并
且需要在其中加上参数变量以描述尺寸及关系，使得参数变量化设计可以进行。上述用
CSG法进行构造特征模型（即复合特征），在应用中的特征造型上就可利用实体进行布尔
运算来进行建模。对几何体素的关系就需要利用约束，进行变量化设计，定义尺寸大小
，相对的几何关系（相切、平行、垂直等）以及拓扑结构。用面向对象的表示法就如下
所示：
  新的特征可以由旧的特征继承得来，并加入所需的新的信息，一般是对形状特征的扩
充。对特征构成的描述也较为重要，实体的表示就是其中的关键，实体表示为一struct
ure结构，该结构中还需要一structure结构来描述B-REP模型，一般用链表，在其中要包
含所需的线、框和面的参数变量。按照目前的趋势，可引入数据库接口，使它的数据成
员能由数据库来进行存取。
3 产品描述
  产品描述为形状特征的集合；形状特征有其对应的结构与关系固定的几何体素，产品
的几何模型实质上是由许多几何体素构成的；几何体素可以是实体、曲面和线框模型。
这些体素通过约束来连接。特征的构成表示的实体通过拓扑运算来构造所需产品，特征
的成员变量中的基准用来定位，根据是正还是负特征来决定在原基础上增加还是去掉该
特征。任何一个产品都可以用一个包含特征链表、参数变量和约束的结构来表示，特征
链表用来描述产品的组成元素，参数变量用来表示尺寸、几何和结构，当进行参数化调
整时的产品的参数变量也变化，约束用来协调特征关系以及产品的尺寸结构。
4 结 论
  基于特征的参数化设计将基于特征的设计与参数化设计有机的结合起来，使用较完整
的带有语义的特征描述方式，并使特征本身就包含参数化变动所需的成员变量和成员函
数，将面向对象的技术应用于特征的描述，在造型中也使用参数化，随时可调整产品结
构，尺寸，并因此带动特征自身的变动，实现产品的基于特征的参数化设计。由于，不
同的行业对特征类型需求不同，所以目前的特征设计的思想应用受到一定的限制，特征
仍处于研究阶段。

想了解一下参数化设计的内涵~！不知那位能告之~！（浅显易懂）

APPLE的个人电脑都是用UG作设计的。