CATIA V5入門學習筆記(4)：創成式外形設計

來自專欄阿福說車

第4節 Generative Shape Design創成式外形設計

簡介

CATIA V5的創成式外形風格造型設計模塊（GSD，Generative Shape Design）是線框和曲面造型功能的組合，為用戶提供了一整套應用廣泛、功能強大、使用方便的工具集，以建立和修改用於複雜外形設計所需的各種曲面。創成式外形風格造型設計是一種基於特徵的設計方法，採用了全相關技術，而且在設計過程中還能有效地捕捉設計者的設計意圖，因此極大地提高了設計質量與效率，並為後續設計更改提供了強有力的技術支持。

GSD模塊在汽車行業應用非常廣泛，汽車的車身、內外飾、底盤件等很多部分都需要使用該模塊進行設計。下圖是我用創成外形曲面模塊（GSD）繪製的作品，汽車白車身某個部位的零件，有沒有誰能猜出來是哪個部位的？

4.1 曲面設計基礎

1.選擇Generative Shape Design進入創成式外形設計模塊；

2.創成式外形設計需要掌握如下常用的工具條：

Wireframe線架構

Surfaces曲面

Operations操作

4.2 Wireframe線架構

線架構是繪製曲面的基礎，通過該工具條，我們可以把生成曲面的各項基本元素先繪製好，在此基礎之上逐步生成曲面。

4.2.1 Points 點

（參照幫助文檔）

1.掌握Point命令下各種點的創建方法。打開point對話框後，point type下拉菜單中共有7種創建點的方法：

• Coordinates坐標，輸入參照點及坐標
• On Curve在線上，選擇直線或曲線，並根據距離、倍數等指定一個線上的點
• On plane在平面上，選擇平面並指定點，並可以將點投影到某個曲面上
• On surface在曲面上，選擇曲面並指定點
• Circle/sphere/ellipse center圓/球/橢圓的中心
• Tangent on curve曲線的切點，通過選擇曲線和切線方向，求出該方向的切點
• Between兩點之間的點，通過選擇兩個點和指定比例，求出兩點之間的點

2.掌握Points and planes Repetition命令創建多個點。選擇直線並指定點的數量、間距等參數，可以生成多個等距點；

3.掌握Extremum創建極值點。選擇參考元素及方向，可以求出該方向上的最大距離和最小距離點。對於三維元素，單個方向的極值可能是面或者線，因此還可以選擇多個方向進行定義，求出一個點；

4.掌握ExtremumPolar創建極坐標極值點。極坐標的方向包括半徑和角度，對於半徑的極值，需要定義坐標原點，對於角度極值，需要定義原點和參考起始方向。極坐標極值僅能用於單根開放線條或者封閉線條，對於未封閉的複雜線條無法使用該命令；

4.2.2 Line-Axis 線和軸

（參照幫助文檔）

1.掌握Line直線命令下各種創建直線的方法。打開line對話框後，line type下拉菜單中共有6種創建點的方法：

• Point to Point 選擇2點
• Point-Direction 選擇起點和方向
• Angle/Normal to Curve 與曲線垂直或成角度，選擇曲線和曲線上的一個點，並指定角度
• Tangent to curve 與曲線相切。選擇曲線，並選擇一個點輸入element2，點可以在曲線上，也可以不在曲線上。對於element2不僅可以是點，也可以是其他曲線，如果結果有多個，可以點擊選擇保留
• Normal to Surface 與曲面垂直 ， 選擇曲面及定位點，就可求得垂線
• Bisecting 平分線 選擇空間中相交的兩直線

2.Axis軸命令。點擊各幫助文件中的旋轉體來自動生成其軸線，對於球體或者圓形，需要指定一個方向，對於平面圓或橢圓，也可以通過下拉菜單選擇更多的選項；

3.Polyline折線命令。通過選擇多個點來創建折線，也可以設置折線的倒角；

4.2.3 Plane 平面

（參照幫助文檔）

1.掌握Plane命令下各種點的創建方法。打開Plane對話框後，Plane type下拉菜單中共有11種創建平面的方法：

• Offset from plane 通過現有平面偏移，可以通過勾選repeat複選框，創建多個平面
• Parrallel through point 通過點平行於平面
• Angle/Normal to Plane 垂直/成角度與平面
• Through three points 通過三點創建平面
• Through two lines 通過兩直線創建平面，兩個直線可以不在同一平面。如果勾選下面的複選框，則不能在不共面的線中間創建平面。
• Through point and line 通過點和直線創建平面
• Through planar curve 通過平面曲線創建平面
• Normal to curve 與曲線垂直，選擇曲線及其上的一點來創建該點的法向平面，如果不選擇點的話默認選取曲線的中點
• Tangent to surface 與曲面相切，選擇曲面及其上面的一點

下面兩種比較少用，不做具體介紹

• Equation 通過公式創建平面
• Mean through points 通過點創建平均平面

2.Points and planes repetition點面複製命令。與點命令下的複製點命令一致，之所以會出現在平面命令下，是由於該命令對話框中包含了在複製點處創建法向平面的複選框。

3.Planes between 平面之間創建平面。選中兩個平面，在之間創建指定數量的等分平面。也可以在兩個有角度的平面之間創建。

4.2.4 Projection-combine 投影及相貫

（參照幫助文檔）

1.Projection投影。投影類型包括沿指定方向和法向兩種，沿指定方向類型投影的結果曲線，可以與原曲線視覺上重合，而法向投影是沿曲面的法向，投影結果在任何角度都無法與原曲線重合。

2.Combine相貫線。選擇兩個曲線求得兩者的相貫線，即兩個曲線拉伸出的曲面，相交得出的線。同樣可以自行指定曲線的拉伸方向。

3.Reflect Line 反射線。激活命令後，有兩種選項：cylindrical圓柱和Conical圓錐。以圓柱為例，選擇支撐面及方向，並指定角度，將在曲面上生成曲線：

angle reference 選擇normal時，在該曲線上任一點作曲面的法線，其與指定方向的角度與設定值一致；

angle reference 選擇tangent時，在該曲線上任一點作曲面的切平面，其與指定方向的角度與設定值一致；

圓錐模式下與之類似，只不過角度定義變成法線/切平面與選中的點及曲線上任一點的連線的角度；

4.2.5 Intersection 相交線

（參照幫助文檔）

1. 選擇兩個相交的曲面，求出其交線。除曲面外，實體也可以作為輸入對象，可以求出實體輪廓面與曲面等的相交線；

2.輸入對象還可以是兩段曲線，或者曲線和面；

4.2.6 Parallel curve 平行曲線

（參照幫助文檔）

1.使用Parallel curve 命令，選擇曲線及曲面，並設定方向、 距離等參數，可以創建該曲線在曲面上的平行曲線。勾選both side選項創建雙側平行線，勾選repeat選項可以創建多個平行線；

2.使用3D curve offset命令，選中3D曲線及拉伸方向，進行3D偏移。如果參數設置過小過大，可能會出錯。

4.2.7 Circle-conic 圓及二次曲線

（參照幫助文檔）

1.使用Circle命令繪製圓。打開circle對話框後，circle type下拉菜單中共有9種創建圓的方法：

• Center and radius 圓心及半徑，需指定支撐面
• Center and point 圓心和點，需指定支撐面
• Two points and radius 兩點及半徑，需指定支撐面，存在多解可以選擇
• Three points 三個點，選擇三個點即可作圓，可以選擇將圓投影到支撐面
• Center and axis 圓心及軸，需指定軸、點、半徑。
• Bitangent and radius 雙切線及半徑
• Bitangent and point 雙切線及點，選擇兩條曲線作為切線，並定義其中一個曲線上的點作為切點。若指定的點不在曲線上，將以該點在曲線上的投影作為切點。
• Tritangent 三切線，選擇三個曲線，根據相切關係創建圓，
• Center and Tangent 圓心及切線，圓心元素可以為點，也可以為線。圓心元素為點時，半徑為固定，而圓心在線上是，可以自定義半徑。

2.使用Corner命令創建空間倒角。如果在對話框中勾選了trim選項，會對原來的線做剪切，創建一個完整的倒角，而實際上原來的線還在，不過被隱藏了。本命令可以在空間中不相交的兩曲線之間創建3D倒角，也可以選擇為corner on support形式，將倒角投射到支持面上，前提是原曲線在支持面上。

對於草圖中的折線，無法直接創建倒角，需要勾選corner on vertex選項，可以在頂點處創建圓角。

3.Connect curve命令創建連接曲線。通過選擇曲線的端點，或曲線上的點創建兩曲線之間的連接曲線。連接方式包括點連續、相切連續、曲率連續三種方式。可以通過勾選trim選項對原曲線進行修剪操作；

4.Conic二次曲線，暫不需要學習。

4.2.8 Curves 曲線

（參照幫助文檔）

1.Spline命令創建樣條曲線。

點擊多個點加入對話框來創建曲線，通過下面的選項可以改變添加/替換點的方式。勾選geometry on support將曲線投影至支持面。勾選close spline將第一個點和最後一個點連起來。通過更多參數，可以指定曲線在某個點處的相切方向，以及切線張力。

2.Helix命令創建立體螺旋線。

選擇螺旋線的起點和旋轉軸即可創建。下面選項可以指定螺旋線的螺距、高度、旋轉方向等多項參數。默認情況下，螺旋線呈現圓柱型外觀，指定taper angle可以將其變為圓錐形，而指定profile則可以令螺旋線的外側沿著指定的曲線輪廓生成。點擊pitch右側的law按鈕，可以將螺距的變化規律定義為S-type，使螺距隨著螺旋圈數的增多而改變，定義law之後，螺旋線默認只有一圈， 需要改變圈數來定義螺旋線的高度。

3.Spiral命令創建平面螺旋線。

選擇支持面，圓心，並指定螺旋方向來創建平面螺旋。

4.Spine脊線。用於創建一條垂直於一系列基準平面或平面曲線的曲線。通過順序選擇一系列基準平面，來創建脊線，它將垂直於每一個所通過的平面。

5.Isoparametric命令創建等參數線。啟動命令後選擇曲面，點擊即可創建。等參數線上的點到曲面兩側的距離比例相同。

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To be continue...

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