3dsmax 多邊形模型向 UG工程模型的轉換

摘 　要: 　針（zhēn）對目前藝術類軟件和工程類軟件數（shù）據交流困難的問題 ,提出了 3dsmax 模型向 U G模型轉換的 2 種間接（jiē）方 法。一種是以曲線為媒介 ,采用從多邊形模型（xíng）表麵抽取關鍵（jiàn）曲（qǔ）線（xiàn）、利用 Rhino 處理抽（chōu）取關鍵曲線的方法 ,並以一客車（chē）前 臉的拆解過程（chéng）為例說明抽取過程;另一種是以點為媒介 ,采用多邊形模型輸出點雲、利用逆向工程軟件處理點雲的方法 , 並通過實例證明了（le）該方法的可行性和（hé）正確性。方法對提高產品的（de）開發效率、增加產（chǎn）品更新換（huàn）代速度有著重要的意義。 關鍵詞: 　3dsmax ; 　U G; 　多邊形模型 ; 　

      現在的藝術類（lèi）和工程類設計軟件（jiàn）都發展得比較成熟（shú） ,但（dàn）是兩類軟件之間存在著數據交流困（kùn）難 ,不能實現 數據直接轉換的問題。這對於在產品的概念設計和工程設計 2 個階段 ,提（tí）高產品的開發效率是極為不利的。 兩類軟件交流困難 ,是（shì）因為藝（yì）術（shù）類軟件普遍采用多邊（biān）形（xíng）網格算法 ,而工程軟件使用的是（shì） nurbs 算法。 利用已有的默認（rèn）數據接口結合手（shǒu）動操作的方法 ,可以實現兩類模型的轉（zhuǎn）換。現以 3dsmax 向（xiàng） U G轉換模 型為例說明轉換的思路。 如果直接采用默認數據接口 ,可以使用的數據格式有 IGES、STL 、DXF ,但 3dsmax 中的模型（xíng）大部分是多 邊形模型 ,較少有 nurbs 模型 ,因而（ér）無（wú）法用 IGES 格式輸出;如果（guǒ） 3dsmax 以 STL 格式向（xiàng） U G輸出模型 ,那麽 在 U G中（zhōng）將會顯（xiǎn）示出相應的麵（miàn）片 ,但這種麵片不屬於特征 ,沒有任何參數屬性 ,隻能做為一個參照體;DXF 格式的（de）情（qíng）況與 IGES格式類似[1～3] 。要實（shí）現 3dsmax 模型向 U G的輸（shū）出必須通過間（jiān）接的方法 ,不可能直接轉 換曲麵（miàn） ,但曲麵的下一階層 ———點和線是可以完成轉（zhuǎn）換的 ,因此就產生了 2 種不同的方法。 1 　采（cǎi）用曲線為媒介的轉換方法對於（yú） 3dsmax 采用的多邊（biān）形算法 ,曲（qǔ）麵通過多次（cì）細分的多邊形網格加以近似 ,所以 3dsmax 模型在（zài）放大後往往會出現問題（tí） ,以 nurbs 軟件的標（biāo）準來看 ,由於不用考（kǎo）慮曲麵的曲率（lǜ）連續性 ,很複雜的模型（xíng）通過多塊曲 麵的簡單幾何搭接就可以組成一個整體[4 ,5] 。 采用 nurbs 算法建立的 U G模型屬於高精度模型 ,形（xíng）狀複雜的曲麵不可能一次生成 ,往往是由很多形狀 較為均勻的單塊曲麵拚接而成。由於（yú）在拚（pīn）接處保存（cún）了一次曲率或二次曲率連續性 ,使得整塊（kuài）曲麵（miàn）不存（cún）在任 何拚接缺陷。所以（yǐ）單塊（kuài）均勻曲麵（miàn）是複雜曲麵的基礎 ,而單塊曲麵是由（yóu）一組關鍵曲線生成 ,這組關鍵曲線一般 由截麵線(section)和引導線（xiàn）(guide)組成（chéng）。 采用曲線為媒介的轉換方法的思路就是利用（yòng）關鍵曲線來實現轉換。其轉（zhuǎn）換流程如圖 1 所示。

1. 1 　從多邊形模型表麵抽取關鍵曲線 要實現多邊形模型向 nurbs 模（mó）型的轉化 ,必須首先解（jiě）決單塊曲麵的關鍵曲線問題。這就需要（yào）從多邊形 模型中抽取（qǔ）線條。由於多邊形建模可（kě）以不依賴線條 ,這樣就（jiù）隻能從多邊形表麵上去尋找關鍵曲（qǔ）線 ,這就增加 了獲取線（xiàn）條的難度。從多（duō）邊形表麵上尋找曲線有 2 種辦法: 第 1 種方法是在 3dsmax 中直接（jiē）選取多邊形網格中的多條相連接的邊並析出曲線。這種方法比較靈活 , 主（zhǔ）要根（gēn）據多邊形的形狀來選擇（zé）多條相連接的邊 ,優點（diǎn）是失真小、操（cāo）作較方便 ,適合形狀較為複雜、網格分布均 勻的多邊形模型。圖 2 顯示的是汽（qì）車尾部玻璃（lí） ,左邊為細分後的線框圖 ,右邊為從中（zhōng）選取的連續邊。 圖 3 所示（shì）為一汽（qì）車模型的發動機罩著色圖和線框圖 ,在曲麵的鼓（gǔ）起處網格分布不規則 ,如果選取網格邊 就會出現（xiàn）不連續的問題。

第 2 種方法則忽略多邊形網格的具體布置 ,直接在 3dsmax 或 Rhino 中用切麵截取（qǔ）曲線。這樣可以避免 多（duō）邊形網格分布不規則所帶來的抽線問題 ,其方法是用一（yī）塊平（píng）麵或二維曲線拉伸成的三維麵片（piàn）去切割模型 , 所切割出的線條即為關鍵（jiàn）曲線。缺點是當曲麵較為（wéi）複雜時 ,截取出的線條失真較大。 當然 ,如果模型非常複雜 ,就必須先拆解曲（qǔ）麵然後再按上述 2 種方法獲取關 鍵線條。拆解的原則:盡量減少拆（chāi）解出的曲（qǔ）麵數量 ,但要保證拆解出的麵能夠在 nurbs軟件中（zhōng）重新生成。這就需要把握好拆解的度 ,如果拆的過密 ,這樣盡管在 nurbs軟件中生成這些曲麵相對（duì）容易 ,但需要縫合的（de）地方多了 ,這樣生成（chéng）的最終（zhōng）曲 麵可能（néng）會在（zài）縫合（hé）處產生缺陷;如果拆的過稀 ,那麽在 nurbs 軟件中生成這些曲麵 可能會遇到困難 ,但縫合的地方就少了（le）。拆解的好壞直接影響到轉換的效果 ,不 同曲麵（miàn）的最佳拆（chāi）解方案（àn）可能會完全不一樣 ,這要根據曲（qǔ）麵（miàn）的具體形狀來判斷。圖 4 顯示（shì）的是（shì）一客車前臉的拆解過程（chéng）。

1. 2 　將關鍵曲線轉換為 nurbs 曲線並修正 如（rú）果是在 3dsmax 中拆解並析出曲線 ,曲線格式為 spline 線（xiàn）條;如果是在 Rhino 中拆解曲（qǔ）線 ,曲（qǔ）線格式為 polyline 線條。無論是 spline 線條還是 polyline 線條 ,都（dōu）可以直接轉換成 nurbs 曲（qǔ）線 ,但轉換出的 nurbs 線條 一般存在（zài）著節點過多、曲率混亂的問題。而 U G成麵對曲線的要求（qiú）有 3 點:1)曲線的節點數量正常並分布均 勻;2)曲線和曲線之間連接緊（jǐn）密 ,無大的縫隙;3)曲線的（de）曲率變化（huà）平順 ,無（wú）大的突（tū）變（biàn）。所以對剛轉換出（chū）的線條 要（yào）進行修正[6] 。 Rhino 有很強的 nurbs 曲線處理功能（néng） ,它可以 1 次轉換和修改（gǎi）多條曲線。U G不支持（chí）樣條線格式 ,但可 以對 nurbs 線條進行修改 ,而且精度（dù）很高 ,不過 1 次隻能修改1 根曲線。所以 ,比較切實的做法是用 Rhino 對樣條線進行轉換和修改並導入到 U G中 ,如果精度要求較高 ,則可以對導入（rù）到 U G中的曲線做進一步的修 正[7] 。 在 Rhino 中修正曲線有 3 點要注意:1)在保證形狀誤差的範圍內減少（shǎo）節點;2)在保證形狀誤差的範圍內 優化曲率;3)保證處（chù）理後的截麵線和引（yǐn）導線在空間中是相交的（de）。 修正（zhèng）好的曲線可以在 Rhino 中建（jiàn）立曲麵 ,然後將曲麵導（dǎo）出到 U G中;也（yě）可以直接將曲線導出到 U G中建 立曲麵。 2 　采用點為媒介（jiè）的轉換方法逆向工程是用一定的測量手段對實物或模（mó）型進行測量 ,根據測量數據（jù）通過三維幾何建模方（fāng）法重構實（shí）物 的 CAD 模型的過程 ,其流程如圖 5 所示左側路線。首（shǒu）先對現實物體掃描 ,以獲取實物的點雲數據 ,然後通過 逆（nì）向工程軟件對點（diǎn）雲進行數據處理 ,以簡（jiǎn）化點雲的數量（liàng） ,使用三維工程軟件對精簡後的點雲抽取曲線 ,進而 建立曲麵 ,最後完（wán）成所需（xū）要的（de）模型[8] 。 采用點為媒介的轉換方法也可（kě）以叫做點雲逆向工程轉換法（fǎ）。對於用 3dsmax 製作的外形非（fēi）常複雜的多邊形曲麵 ,可以將這些曲麵轉變為（wéi）相應的點雲數據 ,然後 采用逆向工程軟件對點雲進（jìn）行處理 ,進（jìn）而建立所需的曲麵 ,其流程如圖 5 所示右（yòu）側 路線。 3dsmax 多邊形模型以網格狀的結構（gòu）存在 ,細（xì）分級別越高 ,網格越密（mì）集 ,生成的 編輯點就越多（duō） ,把高度（dù）細分（fèn）的 3dsmax 模型塌陷(collapse)即可得到由大量點雲（yún）組成（chéng） 的曲麵。3dsmax 本身（shēn）不具備處理點雲的能力 ,但可以用 STL 或 ASE 文件格式輸 出點雲。 對於點雲（yún）的（de）處理 ,較合適的軟件（jiàn）是 Imageware ,它擁有很強的曲麵處理能力（lì） ,可（kě） 以生成高質（zhì）量的曲麵 ,並直接導出到 U G中做進一步處理。

3 　結 　語
提出了 2 種有效的實現由（yóu） 3dsmax 多邊形模型向以 nurbs 為算法（fǎ）的 U G工程模型的轉換方法（fǎ） ,即以曲線（xiàn） 為媒介的轉換方（fāng）法（fǎ）和以點為媒（méi）介的轉換方法 ,並通過實例證（zhèng）明了該方法的可行性和正確性。通過轉換可（kě）使 工業產品的造型設計和工（gōng）程設計結合得更為緊密 ,對（duì）提高產品的開發（fā）效率、增加產品更新換代速度、提升企 業競爭力有著十分重要的意義。