Rhinoceros軟件建模中布爾運算失敗原因分析研究

張麗輝

前言

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

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

一、犀牛（Rhinoceros ）軟件特介紹

Rhino提供所有NURBS功能，豐富的輔助工具，如實時渲染、層的控制、對象的顯示狀態(tài)等。Rhino可以定制自己的命令集;還提供命令行的輸入方法，用戶可以輸入命令的名稱和參數(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

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、操作簡單。犀牛工具菜單欄設(shè)置，視窗設(shè)計十分直觀，運用起來十分快捷自如，切換視圖方便。

3、強大的曲線建模方式，能夠讓人在很短時間能完成模型創(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)計師的概念設(shè)計，無關(guān)尺寸的快速原型也可快速建模。Rhino在設(shè)計初期用來記錄想法概念，能夠快速的表達設(shè)計師的想法創(chuàng)意，使用起來比較自由。

三、犀牛（Rhinoceros ）缺點

1、利用Rhino不能生成帶有注釋和標(biāo)識的二維圖形。

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

四、布爾運算介紹

布爾運算包括：并集，交集，差集，分割是用來編輯實體（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、實體布爾運算：以兩個物件做布爾運算，可以預(yù)覽各種可能的布爾運算結(jié)果。

2、曲線布爾運算：修剪、分割、組合有重疊區(qū)域的曲線。

3、網(wǎng)格布爾運算： 以一個物件減去另一個物件、以兩個物件交集的部分建立另一個物件或?qū)蓚€物件合并為單一體積的網(wǎng)格物件。

五、布爾運算差集失敗解析

在設(shè)計建模過程中，常常出現(xiàn)布爾運算差集失敗現(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。

以下是幾個可能造成布爾運算失敗的原因：

1、曲面的法線方向不正確

布爾運算以物件的法線方向決定物件要刪除或保留的部分，當(dāng)您想做布爾運算差集卻得到布爾運算聯(lián)集的結(jié)果是因為曲面的法線方向不正確的關(guān)系，這種情形通常發(fā)生在以開放的物件進行布爾運算時。請使用 Dir 指令檢查物件的法線方向，必要時可以使用反轉(zhuǎn)選項變更曲面的法線方向。封閉的物件的法線方向一定朝外，所以不會有這樣的問題。

2、兩個物件交集處的有控制點重疊在一起 （匯集點）

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

當(dāng)兩個物件的交集處有匯集點時可能會造成布爾運算失敗。

如：圓錐體的頂點和立方體的角位于同一個位置，這樣的情形會造成布爾運算失敗。

3、物件可能有某部分的曲面重疊或正切

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

4、非流形的邊緣

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

六、布爾運算差集失敗解決方法：

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

2、用線框顯示所操作的對象，然后再做布爾運算（或裁減，分割），如果失敗，軟件自動將問題區(qū)域顯示為紅色，可將問題區(qū)域分割開來（即分成兩部分），再作布爾運算，然后抽取問題區(qū)域面單獨處理，縫合，再補丁上去，此法可解決大部分布爾運算失敗的問題。

3、相對形狀比較復(fù)雜（爛面）布爾運算失敗時，可將部件全部抽取成相同類型曲面，然后再縫合成實體。這種方法，可應(yīng)付幾乎所有加減失敗的問題，但也最麻煩，實在沒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，有時可適當(dāng)調(diào)大些。指定導(dǎo)出的PRT名。然后打開導(dǎo)出的PRT檔案再進行布爾操作即可。這個操作簡單，實用性強。可解決半數(shù)布爾出錯問題。推薦為首選操作。

結(jié)語

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

參考文獻：

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

德宏師范高等專科學(xué)校 678400