計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí).

1、第2章 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)2.1幾何建模圖形元素的概念一個(gè)幾何模型或一個(gè)圖形，不管它有多么復(fù)雜，都是由基本的圖形元素組成的, 這些基本圖形元素簡(jiǎn)稱為圖元（primitive或en tity）點(diǎn)直圓對(duì)于一個(gè)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，基本的繪圖工具就是這些圖元的建立工具圜弧-橢圓弧liczier 曲線13樣條曲線B-Spline）非均勻有理B樣條曲線圖元的幾何信息尺寸的大小圖元的主要幾何信息包括：I位置的關(guān)系圖形的大小是由尺寸標(biāo)注表示的，尺寸標(biāo)注是圖形設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容尺寸驅(qū)動(dòng)的概念尺寸標(biāo)注一一只是對(duì)已有圖形標(biāo)注上尺寸圖形的變化不一定引起尺寸標(biāo)注的變化，反之，尺寸標(biāo)注的變化也不會(huì)引起圖 形的變化

2、尺寸驅(qū)動(dòng)一一將圖形與尺寸標(biāo)注關(guān)聯(lián)起來(lái)圖形的變化將會(huì)引起尺寸標(biāo)注的變化，同樣，尺寸標(biāo)注的變化也會(huì)引起圖形的 變化這樣就為設(shè)計(jì)提供了極大的方便圖元的拓?fù)湫畔圖元的相對(duì)位置圖元的拓?fù)湫畔⒅饕↖連接關(guān)系拓?fù)洌═opology）是將各種物體的位置表示成抽象位置這些關(guān)系除了可以用尺寸進(jìn)行約束以外，一般還可以使用一些約定的幾何約束 關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)這些幾何約束這些幾何約束關(guān)系一般包括水平、垂直、平行、共線、相切、同心、相等和對(duì) 稱等坐標(biāo)系的概念1）世界坐標(biāo)系其原點(diǎn)和坐標(biāo)軸的方向始終固定不變世界坐標(biāo)系有時(shí)又被稱為絕對(duì)坐標(biāo)系2）用戶坐標(biāo)系用戶坐標(biāo)系又稱相對(duì)坐標(biāo)系它是由用戶自己創(chuàng)建的坐標(biāo)系圖塊與圖組的概念圖塊或圖

3、組就是將一組整體的圖形，組成一個(gè)獨(dú)立的圖形塊或圖形組，在需要 的時(shí)候把這一組圖形按指定的位置插入到當(dāng)前的圖形中，從而避免每次重復(fù)繪制相 同的圖形，這樣可以大大的提高繪圖的效率。幾何模型的概念用計(jì)算機(jī)繪制的表示三維對(duì)象的圖形一般稱為三維幾何模型。根據(jù)造型方法不同，可以將三維幾何模型分為線框模型、表面模型和實(shí)體模型 線框模型線框模型是對(duì)三維對(duì)象的輪廓描述由描述對(duì)象的線段和曲線組成線框模型的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但不能表達(dá)三維對(duì)象的面和體的特征 優(yōu)點(diǎn)：存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量少，生成的速度快。 缺點(diǎn)：容易造成歧義性無(wú)法指定以物理屬性，無(wú)法用于工程分析等表面模型表面模型用面描述三維對(duì)象的輪廓 優(yōu)點(diǎn)：能夠表達(dá)復(fù)雜的曲面形狀能夠

4、對(duì)模型著色和渲染缺點(diǎn)：不能對(duì)其指定其他的諸如體積、重心等物理屬性，無(wú)法用于工程分析等 實(shí)體模型實(shí)體模型是三維對(duì)象的真實(shí)表達(dá)，它不僅具有線和面的特征，而且還具有 體的特征優(yōu)點(diǎn)：能夠表達(dá)復(fù)雜三維對(duì)象的外觀形狀和界面特征，能夠?qū)ζ溥M(jìn)行 著色和渲染，可以對(duì)其指定物理屬性進(jìn)行各種工程計(jì)算和分析缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)量大，對(duì)計(jì)算機(jī)的性能要求高等對(duì)于實(shí)體模型可以通過(guò)布爾運(yùn)算的交、并和差運(yùn)算實(shí)現(xiàn)各種復(fù) 雜三維對(duì)象的實(shí)體建模三維實(shí)體造型方法：三維實(shí)體造型是經(jīng)歷了三維線框造型、三維表面造型后發(fā)展起來(lái)的用于描述零 件最完整幾何信息的模型，記錄了零件全部的點(diǎn)、線、面、體的拓?fù)湫畔??？梢赃M(jìn) 行消隱、渲染、剖切、有限元網(wǎng)格劃分以及

5、NC刀具軌跡生成、仿真等。三維實(shí)體模型表示一般采用幾何構(gòu)造法、邊界表示法及掃描表示法。1）實(shí)體幾何構(gòu)造法（CSG）：是一種用體素拼合構(gòu)成物體的方法，可以用二叉樹(shù)的形式對(duì)零件進(jìn)行描述。優(yōu) 點(diǎn)是描述物體非常緊湊，缺點(diǎn)是對(duì)面的描述有限制。2）邊界表示法（B-rep）要表達(dá)的信息分為兩類。一類是幾何數(shù)據(jù)，反映物體大小及位置，另一類是拓 撲信息，描述物體的相對(duì)位置關(guān)系。優(yōu)點(diǎn)是能夠構(gòu)造具有復(fù)雜外形的物體，缺點(diǎn)是 存儲(chǔ)量大，必須提供一個(gè)方便的用戶界面。因此現(xiàn)在幾乎所有的以B-rep為基礎(chǔ)的系統(tǒng)都有CSG方式的輸入界面。3）掃描表示法：通常用二維形體及他的運(yùn)動(dòng)軌跡來(lái)比表示掃描的物體，分為平移掃描和旋轉(zhuǎn)掃 描。

6、2.2圖形的非幾何特性不管是二維圖形還是三維圖形，除了對(duì)圖形的尺寸和位置等幾何約束信息以外, 一般均包含一些非幾何信息如文字、顏色、線型和層等這些圖形的非幾何信息與幾何信息一起構(gòu)成了完整的圖形文字1）文本使用的字庫(kù)現(xiàn)在的CAD系統(tǒng)一般都使用操作系統(tǒng)的字庫(kù)2）字體EngLish.中nt italic,甌gffisDo胞皿餉彊弦9迥迪un圖科 中文字體宋體，中文字體黒休，+<? Mit，列陽(yáng)（W翊&3）字號(hào)English io* English! 2» English 16*J中文小五號(hào)*中文四號(hào)，中文三號(hào)討4）文字的幾何屬性文字基線胃端對(duì)丙產(chǎn)字的起點(diǎn)顏色顏色的應(yīng)用可以分為

7、兩個(gè)階段：一個(gè)階段是在圖形的繪制過(guò)程中，指定不同的圖形元素以不同的顏色另一個(gè)階段是在圖形的著色或渲染階段，給著色或渲染對(duì)象指定不同的著色或 渲染顏色所謂全局顏色是指該圖形文件中的所有圖形具有同一種顏色線型線型是由線、點(diǎn)和間隔組成的圖樣細(xì)點(diǎn)劃娃慮注-既可以指定全局線型，也可以通過(guò)圖層指定對(duì)象的線型御艮袋 -取點(diǎn)劃線2.3設(shè)計(jì)空間、視圖與視窗模型空間模型空間就是三維圖形建模的工作環(huán)境在模型空間中，既可以創(chuàng)建三維的線框模型、表面模型和實(shí)體模型，也可以創(chuàng) 建二維的圖形，模型空間中，同一時(shí)刻只能顯示模型的一個(gè)視圖 233視圖視圖是工程制圖中的概念，即三維實(shí)體模型在不同方向投影面上的投影i H ”; 卩i ri右視£1主視圖左視國(guó)0備胭軸1胭本章小結(jié)本章比較系統(tǒng)地介紹了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)， 包括幾何建模的概念、 尺寸驅(qū)動(dòng)的概念、幾何約束關(guān)系、坐標(biāo)系的概念、幾何模型的概念、參數(shù)化設(shè)計(jì)的 概念、圖形的非幾何特性、設(shè)計(jì)空間與視圖及視窗的概念等概念習(xí)題1.基本的圖形元素有哪些？2計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中常用的曲線有哪些？3