Boundary Representation Modelling Techniques

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出版者:Springer
作者:Ian Stroud
出品人:
页数:808
译者:
出版时间:2006-9-8
价格:GBP 167.50
装帧:Hardcover
isbn号码:9781846283123
丛书系列:
图书标签:
  • 技术
  • Graphic
  • Computer
  • Boundary Representation
  • Geometric Modelling
  • CAD/CAM
  • Computer Graphics
  • Solid Modelling
  • Surface Modelling
  • Computational Geometry
  • Engineering Design
  • Computer-Aided Design
  • Shape Modelling
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具体描述

This book is concerned with aspects of boundary representation (B-rep) solid

modelling, describes several algorithms illustrating both general principles of

modelling algorithms and their versatility and outlines the general principles

behind the development of such algorithms and the extensions for handling in-

formation in models. It goes on to describe feature modelling, graphics, model

input and output, and applications. It represents a collection of work partly

by the author but also by many other people whose results are described.

The purpose of the book is not to give a general introduction to solid mod-

elling. A variety of techniques are available and to go into detail about each

one would require much more space than is reasonable. This book attempts

to cover basic techniques for one branch. It is not intended to be a review of

commercial systems nor to describe any one system. The aim is to describe

the techniques behind different systems.

The first two chapters describe the background to solid and product mod-

elling and what has already been done. Chapter 1 gives a brief outline of

computer modelling, and chapter 2 describes in more detail the background

to B-rep modelling specifically, because this forms the basis for the book.

Chapter 3 describes an idealised, or recommended B-rep modelling en-

vironment, the basic operations or tools that provide a basis for the work

described in the book. This idealised representation can be implemented in

several ways, so the chapter first describes the various options and the basic

datastructures available when designing a modelling system. Datastructure

definitions of the B-rep entities are described in Appendix A. The chapter

goes on to identify and describe various basic tools, i.e. elementary modelling

operations, which provide a uniform functional shell surrounding any particu-

lar implementation. Chapter 4 also describes basic tools, the Euler operators,

and the theory behind decomposition of modelling operations into sequences

of Euler operators. Chapter 5 describes variations on the basic datastructure,

the non-manifold, degenerate, and partial object representations.

Chapter 6 describes several modelling algorithms for manipulating B-

rep models, including modelling with degenerate models. These algorithms

demonstrate the versatility of the B-rep technique. The algorithms are not

a complete set, because one characteristic of B-rep systems is that they can

be adapted to provide a diversity of tools suitable for different users and ap-

viiviii Preface

plication environments. Instead the algorithms are intended to represent a

broad selection of algorithms to illustrate B-rep modelling and the principles

of stepwise construction. Chapter 7 outlines some general principles for de-

veloping modelling algorithms and demonstrates the use of these principles

with two detailed examples.

Chapter 8 describes some techniques for creating and maintaining infor-

mation and auxiliary structures with B-rep models. These extra facilities are

necessary to extend the model so that it can be used for a more complete

communication in a distributed application environment.

Chapter 9 discusses some aspects of features which are an extension to

the basic representation domain to include sets of model elements with some

meaning. There are two basic approaches: feature recognition to recover

feature information from a model and ”design by/with features” to include

feature information directly. These approaches are briefly discussed as well as

some other aspects, such as feature verification and feature datastructures.

Chapter 10 describes some basic graphics techniques for presenting mod-

els. Chapter 11 describes disc formats and disc transfer of models. Chapter

12 describes command interpreter techniques. Chapter 13 describes some

techniques for introducing free-form geometry into the model and chapter 14

describes, sketchily, some application areas. Chapter 15 describes the me-

dial axis transform calculation for volumetric reasoning applications. Finally,

chapter 16 describes some miscellaneous aspects of modelling: tolerances and

debugging.

《计算几何的基石:边界表示建模技术详解》 本书深入探讨了在计算机图形学、计算机辅助设计(CAD)、地理信息系统(GIS)以及制造业等领域中不可或缺的核心技术——边界表示(B-Rep)建模。它并非一本浅尝辄止的介绍性读物,而是旨在为读者构建一个扎实且全面的B-Rep理论框架,并辅以详实的算法实践。 核心内容: B-Rep的数学与拓扑基础: 本书首先从根本上阐述B-Rep的数学和拓扑原理。我们将深入剖析其基本构成单元:顶点(Vertices)、边(Edges)和面(Faces),以及它们之间精确的逻辑关系,如“边连接顶点”、“面由边组成”、“边连接两个面”等。读者将理解B-Rep如何通过描述三维物体的边界来构成一个有效的几何模型,区别于其它的体素或隐式表示方法。我们将详细介绍拓扑连接性(Topological Connectivity)的概念,以及如何利用这些连接性信息来确保模型的有效性和一致性。 数据结构与组织: 详细阐述B-Rep模型在计算机中实际存储和组织的数据结构。我们将介绍常见的B-Rep数据结构,如DCEL(Doubly Connected Edge List)以及其变种。这些数据结构不仅存储了几何信息(如点的坐标),更重要的是存储了拓扑信息,使得对模型的遍历、查询和修改成为可能。本书将深入分析不同数据结构的优劣,以及在特定应用场景下的选择考量。 基本几何图元的表示与操作: 重点介绍点、线、圆、抛物线、曲面(如平面、球体、圆柱体、NURBS曲面等)在B-Rep中的具体表示方式,以及如何在B-Rep框架下对这些基本图元进行精确的几何运算。这包括但不限于: 点与曲线/曲面的求交: 计算点是否位于曲线/曲面上,或者计算点与曲线/曲面的最近距离。 曲线与曲线/曲面的求交: 计算两条曲线、一条曲线与一个曲面、或两个曲面之间的交线。这将涉及到复杂的数值计算和几何算法。 布尔运算(Boolean Operations): 这是B-Rep建模的核心操作之一。本书将详细讲解如何实现联合(Union)、差集(Difference)和交集(Intersection)等布尔运算。我们将深入剖析这些操作的算法原理,包括如何处理边界的重叠、分裂、合并等复杂情况,以及如何维护模型拓扑的正确性。 高级建模技术: 特征建模(Feature Modeling): 讨论如何利用B-Rep来表示和操作高级的工程特征,如圆角(Fillet)、倒角(Chamfer)、拔模(Draft)、抽壳(Shell)等。这些特征的实现往往依赖于对基本几何图元的高级操作和组合。 曲面重建与逼近: 介绍如何从扫描数据或其他点云信息中重建B-Rep曲面模型,以及如何使用NURBS等自由曲面来精确或近似地逼近复杂的几何形状。 拓扑修复与验证: 强调维护B-Rep模型拓扑一致性的重要性,并介绍常用的拓扑修复技术,以处理模型在各种操作过程中可能产生的错误,如孤立的边、不闭合的面等。 算法实现与优化: 本书将提供一系列具体的算法实现思路和伪代码,帮助读者理解如何在实际编程中构建B-Rep建模系统。我们将探讨提高算法效率的关键技术,例如空间索引(Spatial Indexing)、几何判断的鲁棒性(Robustness of Geometric Predicates)以及并行计算的应用。 应用案例与挑战: 通过分析B-Rep在不同领域的实际应用,如复杂产品设计、建筑信息模型(BIM)、地形建模等,来展现B-Rep技术的强大生命力。同时,也会讨论当前B-Rep技术面临的一些挑战,例如处理极度复杂的几何形状、提高计算性能以及与其他建模技术的集成等。 本书的目标读者: 本书适合对计算机图形学、几何计算、CAD/CAM/CAE领域有浓厚兴趣的研究生、工程师、软件开发者,以及希望深入理解三维建模原理的学者。读者应具备一定的数学基础(特别是线性代数和微积分)以及基本的编程能力。 通过学习本书,读者将能够深刻理解B-Rep建模的精髓,掌握构建、操作和分析复杂三维几何模型的核心技术,为进一步的学术研究和工程实践奠定坚实的基础。

作者简介

目录信息

1 Introduction
2 Modelling Background
3 Datastructures and tools
4 Euler operators
5 Special representations
6 Stepwise modelling algorithms
7 Modelling operator definition
8 Product modelling
9 Feature modelling
10 Graphics
11 Inputting and outputting
12 Modeller access
13 Free-form geometry
14 Applications
15 The Medial Axis Transform
16 Miscellaneous aspects of modelling
17 Acknowledgements
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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这本书的装帧和排版简直是一场视觉的盛宴。封面那种深邃的蓝色调,配上抽象的几何图形,立刻就给人一种专业、前沿的感觉。内页的纸张质感非常出色,即便是长时间阅读,眼睛也不会感到疲劳。更值得称赞的是,作者在图示和公式的排布上花了不少心思。那些复杂的拓扑结构图,线条清晰、标注明确,即便是初学者也能很快抓住重点。我尤其喜欢它在章节过渡时所使用的留白设计,让我的思绪有时间去消化前一部分的内容,而不是被密集的文字轰炸。这不仅仅是一本技术手册,更像是一件精心制作的艺术品,让人爱不释手,也愿意花时间去深入研读。细节决定成败,这本书在每一个微小的设计决策上都体现了对读者的尊重和对知识本身的敬畏。我甚至觉得,光是摆在书架上,它也能提升整个书房的格调。

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阅读体验的流畅性,这本书的表现略显两极分化,这或许是它专业性的一个副作用。对于初次接触这些概念的读者,可能会感到挫败。章节间的逻辑跳转有时过于迅捷,仿佛作者默认你已经掌握了前置知识,使得中间地带的衔接不够平滑。举例来说,从二维线框到三维实体转换的某一小节,它直接跳到了拓扑学的特定定义,缺少了对直观几何概念的铺垫。我个人花了大量时间去翻阅参考文献和查阅补充材料来弥补这种“跳跃感”。但这也许正说明了这本书的目标读者群体定位——它更像是一本面向研究生和行业专家的“进阶指南”,而不是面向大众的普及读物。如果你期望的是那种事无巨细、手把手教学的风格,可能会觉得有点“冷峻”。

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从实用性的角度来看,这本书的案例分析部分处理得相当高明。它没有陷入那种老套的、脱离实际应用的“玩具案例”泥潭。相反,作者选择了一些极具挑战性的工业场景,比如复杂曲面重建和多分辨率网格处理,并展示了如何一步步地将书中的理论转化为可操作的工程实践。虽然某些代码片段(如果涉及的话,我记得有些章节是纯理论的)可能需要读者自行进行现代化的适配,但其背后的设计思想是永恒的。我特别欣赏它对不同建模范式优劣势的对比分析,这种辩证的视角让我能够更理性地评估现有工具的局限性。对于项目经理或者资深工程师而言,这本书提供了一个极佳的框架,来评估和选择最适合特定应用场景的建模策略,而不是盲目追随最新的技术热点。

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我不得不说,这本书的理论深度是令人震撼的,它绝不是那种泛泛而谈的入门读物。作者显然是一位在领域内浸淫多年的专家,他没有满足于简单介绍概念,而是深入挖掘了底层数学原理和算法逻辑的演变过程。我花了好大力气才啃完关于非流形几何建模的那几章,每一步推导都像是在攀登一座陡峭的山峰,需要极大的专注力。但一旦你理解了,那种豁然开朗的感觉是无与伦比的。它成功地将那些晦涩难懂的抽象概念,通过严谨的逻辑链条串联起来,形成了一个自洽的知识体系。对于希望从“会用”提升到“精通”,乃至未来想在BIM或CAD领域进行核心算法研究的人来说,这本书无疑是提供了一个坚实的理论基石。它挑战了我固有的认知边界,迫使我重新审视那些过去被我轻易放过的细节。

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这本书最让我感到价值恒久的地方,在于它对未来趋势的洞察和批判性思维的培养。作者并未将当前的建模技术视为终点,反而用了相当篇幅探讨了基于语义理解和自适应网格生成等新兴领域所面临的挑战。这种前瞻性,让这本书的生命周期得以延长,它不仅仅记录了“当下”的技术状态,更指明了“未来”可能的发展方向。阅读过程中,我经常会停下来思考:“如果引入AI驱动的特征识别,这个流程会如何改变?”作者巧妙地抛出了这些开放性问题,激发了读者主动探索和创新的欲望。它不仅教授了“是什么”,更重要的是教会了我们“为什么是这样”,以及“未来可能怎样”。对于任何希望在该领域保持长期竞争力的专业人士来说,这本书提供的思维工具远比具体的建模技巧本身更为宝贵。

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