实体建模

概念定义

实体建模是以实体形式建立三维数字对象的建模技术。它先定义长方体、圆柱体等基本体素，再通过集合运算、变形操作或扫描操作生成复杂形体。与只呈现外观表面的模型不同，实体建模会同步建立物体表面与实体结构，使模型能够完整描述几何信息和拓扑信息。

几何信息用于表达对象的形状，拓扑信息则构成模型各部分之间的结构关系。两类信息共同组成可继续编辑和处理的三维实体，为后续剖切、分析、加工及可视化提供基础。

工作原理

实体建模的基本思路，是从简单几何对象或二维基体出发，逐步构造目标实体。采用基本体素时，建模过程先建立一个或多个规则形体，再利用集合运算组合这些形体，或通过变形操作形成所需结构。复杂对象由多个操作累积生成，模型在构造过程中同时保留实体结构及其边界。

扫描法则利用基体沿指定路径运动来生成三维实体。基体可以沿路径平移，也可以通过旋转或摆动形成空间形体。旋转特征是这类建模操作的典型应用；异型孔等结构也可通过草图与特征操作建立。

技术构成

实体建模的核心方法包括体素法和扫描法。体素法以预先定义的基本体素为构造单元，通过组合或变形形成复杂实体；扫描法以基体及其运动路径为主要条件，通过平移、旋转或摆动产生具有空间体积的对象。

从模型表达方式看，实体建模可分为构造实体几何法（CSG）和边界表示法（B-rep）两大类。CSG以基本形体及其构造操作描述实体，B-rep则用于表达实体边界。实际建模系统可围绕这些表达方式处理实体及自由曲面。

常见建模流程包括草图绘制、特征操作和几何属性关联。草图用于确定后续实体特征的基础形状；特征操作把草图或已有几何转化为三维结构；几何属性关联则使相关几何内容在模型中形成联系。Parasolid、ACIS和OpenCASCADE属于主流建模内核，其中Parasolid采用高精度B-rep技术，实现实体与自由曲面建模。

应用场景

实体模型包含几何信息、拓扑信息及实体结构，可用于剖切操作。模型被切开后，系统能够依据其实体定义处理剖切结果，而不是只显示相互独立的表面。

在工程分析中，实体建模可为有限元分析提供三维几何模型；在制造环节，它可用于数控加工，使已建立的实体结构进入后续加工流程。草图、特征和几何属性相互关联的建模方式，也适合持续调整零件或装置的结构。

实体建模还可用于数字孪生场景。三维几何模型负责定义设备结构，与物联网（IoT）数据结合后，可将工艺装置的动态信息映射到数字对象中进行可视化，使静态几何结构与运行信息在同一场景内呈现。