張麗輝

前言

Rhinoceros是以NURBS 為理論基礎(chǔ)的 3D 建模軟件，是一款超強(qiáng)的三維建模工具，可以建立、編輯、分析及轉(zhuǎn)譯 NURBS，以直線(xiàn)、圓弧、圓圈、正方型等基本數(shù)學(xué) 2D 圖形來(lái)做仿真，非常適合運(yùn)用于教育學(xué)習(xí)、游戲設(shè)計(jì)及工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

但是在實(shí)際建模中常常出現(xiàn)運(yùn)算差集失敗的現(xiàn)象，本文試圖探討其形成原因及對(duì)策。

一、犀牛（Rhinoceros ）軟件特介紹

Rhino提供所有NURBS功能，豐富的輔助工具，如實(shí)時(shí)渲染、層的控制、對(duì)象的顯示狀態(tài)等。Rhino可以定制自己的命令集;還提供命令行的輸入方法，用戶(hù)可以輸入命令的名稱(chēng)和參數(shù)。 Rhino可以輸出許多種格式的文件。可以直接輸出NURBS模型到3DMax、Softimage3D等軟件中，另外也可以把NURBS轉(zhuǎn)換為多邊形組成的物體，供其他軟件調(diào)用。

二、犀牛（Rhinoceros ）優(yōu)點(diǎn)

1、“體積”小，大小才幾十兆，硬件要求也很低。占用內(nèi)存較小， Rhino全部安裝完畢才區(qū)區(qū)20幾 兆。功能卻很多，能夠?qū)崿F(xiàn)很多領(lǐng)域的建模需要。

2、操作簡(jiǎn)單。犀牛工具菜單欄設(shè)置，視窗設(shè)計(jì)十分直觀，運(yùn)用起來(lái)十分快捷自如，切換視圖方便。

3、強(qiáng)大的曲線(xiàn)建模方式，能夠讓人在很短時(shí)間能完成模型創(chuàng)造。

犀牛的NURBS建模方式可以輕松建立比較漂亮的曲面。

4、可以快速完成設(shè)計(jì)師的概念設(shè)計(jì)，無(wú)關(guān)尺寸的快速原型也可快速建模。Rhino在設(shè)計(jì)初期用來(lái)記錄想法概念，能夠快速的表達(dá)設(shè)計(jì)師的想法創(chuàng)意，使用起來(lái)比較自由。

三、犀牛（Rhinoceros ）缺點(diǎn)

1、利用Rhino不能生成帶有注釋和標(biāo)識(shí)的二維圖形。

2、雖然它帶有一些有用的渲染功能，但是犀牛不能達(dá)到真實(shí)的渲染效果。不過(guò)，我們可以在建完模型后，導(dǎo)出文件到Keyshot里進(jìn)行渲染，形成逼真效果。

四、布爾運(yùn)算介紹

布爾運(yùn)算包括：并集，交集，差集，分割是用來(lái)編輯實(shí)體（封閉曲面）的工具;和數(shù)學(xué)中集合的并集∪，交集∩，差集，差不多。

1、實(shí)體布爾運(yùn)算：以?xún)蓚€(gè)物件做布爾運(yùn)算，可以預(yù)覽各種可能的布爾運(yùn)算結(jié)果。

2、曲線(xiàn)布爾運(yùn)算：修剪、分割、組合有重疊區(qū)域的曲線(xiàn)。

3、網(wǎng)格布爾運(yùn)算： 以一個(gè)物件減去另一個(gè)物件、以?xún)蓚€(gè)物件交集的部分建立另一個(gè)物件或?qū)蓚€(gè)物件合并為單一體積的網(wǎng)格物件。

五、布爾運(yùn)算差集失敗解析

在設(shè)計(jì)建模過(guò)程中，常常出現(xiàn)布爾運(yùn)算差集失敗現(xiàn)象。

布爾差集是以一組多重曲面/曲面減去另一組多重曲面/曲面與它交集的部分。步驟如下：選取要被減去的曲面或多重曲面，按 Enter。選取要減去其它物件的曲面或多重曲面，按 Enter。

以下是幾個(gè)可能造成布爾運(yùn)算失敗的原因：

1、曲面的法線(xiàn)方向不正確

布爾運(yùn)算以物件的法線(xiàn)方向決定物件要?jiǎng)h除或保留的部分，當(dāng)您想做布爾運(yùn)算差集卻得到布爾運(yùn)算聯(lián)集的結(jié)果是因?yàn)榍娴姆ň€(xiàn)方向不正確的關(guān)系，這種情形通常發(fā)生在以開(kāi)放的物件進(jìn)行布爾運(yùn)算時(shí)。請(qǐng)使用 Dir 指令檢查物件的法線(xiàn)方向，必要時(shí)可以使用反轉(zhuǎn)選項(xiàng)變更曲面的法線(xiàn)方向。封閉的物件的法線(xiàn)方向一定朝外，所以不會(huì)有這樣的問(wèn)題。

2、兩個(gè)物件交集處的有控制點(diǎn)重疊在一起 （匯集點(diǎn)）

曲面一個(gè)邊緣上的所有控制點(diǎn)重疊在同一個(gè)位置稱(chēng)為匯集點(diǎn)。在 Rhino 里，圓錐體的頂點(diǎn)、球體的兩極、三個(gè)邊的未修剪曲面都有匯集點(diǎn)，手動(dòng)將控制點(diǎn)移動(dòng)到同一個(gè)位置也可以形成匯集點(diǎn)。

當(dāng)兩個(gè)物件的交集處有匯集點(diǎn)時(shí)可能會(huì)造成布爾運(yùn)算失敗。

如：圓錐體的頂點(diǎn)和立方體的角位于同一個(gè)位置，這樣的情形會(huì)造成布爾運(yùn)算失敗。

3、物件可能有某部分的曲面重疊或正切

當(dāng)兩個(gè)曲面有部分重疊時(shí)，例如：兩個(gè)立方體只有兩個(gè)面互相接觸，這種情形只能做聯(lián)集，無(wú)法做差集與交集。

4、非流形的邊緣

除了重疊的曲面可能造成布爾運(yùn)算失敗以外，非流形的邊緣也是原因之一。組合三個(gè)網(wǎng)格面或曲面的邊緣稱(chēng)為非流形邊緣。

六、布爾運(yùn)算差集失敗解決方法：

1、匯集點(diǎn)導(dǎo)致的運(yùn)算失敗可以將物件炸開(kāi)為個(gè)別的曲面，使用 Intersect 指令計(jì)算不同曲面之間的交線(xiàn)，再以建立的交線(xiàn)修剪或分割曲面，最后再將曲面重新組合在一起。也可以將面偏移或者移動(dòng)少許距離.（偏移或移動(dòng)的距離要大于軟件公差，保證加工精度。如果過(guò)大可以在操作成功后再減回相應(yīng)的數(shù)據(jù)。）

2、用線(xiàn)框顯示所操作的對(duì)象，然后再做布爾運(yùn)算（或裁減，分割），如果失敗，軟件自動(dòng)將問(wèn)題區(qū)域顯示為紅色，可將問(wèn)題區(qū)域分割開(kāi)來(lái)（即分成兩部分），再作布爾運(yùn)算，然后抽取問(wèn)題區(qū)域面單獨(dú)處理，縫合，再補(bǔ)丁上去，此法可解決大部分布爾運(yùn)算失敗的問(wèn)題。

3、相對(duì)形狀比較復(fù)雜（爛面）布爾運(yùn)算失敗時(shí)，可將部件全部抽取成相同類(lèi)型曲面，然后再縫合成實(shí)體。這種方法，可應(yīng)付幾乎所有加減失敗的問(wèn)題，但也最麻煩，實(shí)在沒(méi)辦法的情況下才建議采用。

4、修復(fù)幾何體。文件-導(dǎo)出-修復(fù)幾何體。內(nèi)定公差為0.5，有時(shí)可適當(dāng)調(diào)大些。指定導(dǎo)出的PRT名。然后打開(kāi)導(dǎo)出的PRT檔案再進(jìn)行布爾操作即可。這個(gè)操作簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)?？山鉀Q半數(shù)布爾出錯(cuò)問(wèn)題。推薦為首選操作。

結(jié)語(yǔ)

犀牛軟件只有我們熟練掌握它的各項(xiàng)命令及其特點(diǎn)，才能熟練建出理想的模型。布爾運(yùn)算在建模中的實(shí)際應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳春燕，劉冰.西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）.2005，（05）

德宏師范高等專(zhuān)科學(xué)校 678400