計算機輔助設(shè)計(CAD)課件

1第2章計算機輔助設(shè)計（CAD）2.1CAD概述2.2CAD系統(tǒng)2.3CAD系統(tǒng)的圖形處理2.4工程數(shù)據(jù)的處理2.5數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及其應(yīng)用1第2章計算機輔助設(shè)計（CAD）2.1CAD概述2案例CAD的應(yīng)用

英國的三叉戟飛機比美國的波音747飛機早開工，卻晚一年完成，其原因是美國波音747設(shè)計采用了CAD技術(shù)。美國GM公司汽車設(shè)計中應(yīng)用CAD技術(shù)，使新型汽車的設(shè)計周期由5年縮短為3年，新產(chǎn)品的可信度由20%提高到60%。2案例CAD的應(yīng)用英國的三叉戟飛機比美國的波音7432.1CAD概述1.是一種（工程或產(chǎn)品）設(shè)計方法。2.是信息技術(shù)（計算機、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)管理）和設(shè)計技術(shù)融合的產(chǎn)物。3.是先進制造技術(shù)群中的一項主體關(guān)鍵技術(shù)。

計算機輔助設(shè)計是一種利用計算機硬件、軟件系統(tǒng)輔助設(shè)計者對產(chǎn)品進行規(guī)劃、分析、計算、綜合、模擬、評價、繪圖和編寫技術(shù)文件等設(shè)計活動的總稱。32.1CAD概述1.是一種（工程或產(chǎn)品）設(shè)計方法。42.1.1CAD技術(shù)的起源、發(fā)展和應(yīng)用情況1.1950年，MIT研制WhirlwindⅠ；1958年Calcomp研制滾筒式繪圖機，Cerber研制平板繪圖機。2.薩瑟蘭德1962年發(fā)表“SKETC-PAD—人機對話系統(tǒng)”論文，1963年實現(xiàn)了繪圖交互技術(shù)。1964年IBM公司推出商品化繪圖設(shè)備。3.20世紀(jì)70年代，廉價硬件設(shè)備使CAD進入實用階段。80年代后，形成分布式工作站系統(tǒng)Apollo、Sun等，目前各種專業(yè)軟件層出不窮。42.1.1CAD技術(shù)的起源、發(fā)展和應(yīng)用情況1.1950年52.1.2CAD技術(shù)的內(nèi)涵1.基礎(chǔ)技術(shù)

1）圖形處理技術(shù)52.1.2CAD技術(shù)的內(nèi)涵1.基礎(chǔ)技術(shù)62）工程分析技術(shù)，如有限元分析、優(yōu)化設(shè)計等3）數(shù)據(jù)管理與交換技術(shù)，如數(shù)據(jù)庫管理、PDM等4）文檔處理技術(shù)5）軟件設(shè)計技術(shù)，如接口界面設(shè)計、軟件工具、軟件工程規(guī)范等。62）工程分析技術(shù)，如有限元分析、優(yōu)化設(shè)計等72.現(xiàn)代CAD技術(shù)的概念1）面向設(shè)計自動化的技術(shù)2）包含設(shè)計理論和方法、設(shè)計環(huán)境及設(shè)計工具3）集成化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化是其追求的功能目標(biāo)4）服務(wù)于先進制造技術(shù)72.現(xiàn)代CAD技術(shù)的概念1）面向設(shè)計自動化的技術(shù)83.現(xiàn)代CAD技術(shù)的研究內(nèi)容1）現(xiàn)代設(shè)計理論與方法學(xué)

并行設(shè)計、協(xié)同設(shè)計、虛擬設(shè)計、大規(guī)模定制設(shè)計2）與設(shè)計環(huán)境相關(guān)的技術(shù)

支持技術(shù)（B/S和C/S）、管理技術(shù)3）與設(shè)計工具相關(guān)的技術(shù)

產(chǎn)品數(shù)字化定義及建模、集成的CAX和DFX工具4）智能技術(shù)83.現(xiàn)代CAD技術(shù)的研究內(nèi)容1）現(xiàn)代設(shè)計理論與方法學(xué)92.2CAD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能

CAD系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)硬件平臺：網(wǎng)絡(luò)，計算機，繪圖機，打印機...操作系統(tǒng)：Windows3.x/95/98/NT/2000/xp,UNIX網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：TCP/IP,SPX/IPX數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：Oracle,Sybase,Forpro…CAD工具軟件：AutoCAD,Solidworks,Pro/E...CAD工程應(yīng)用軟件...硬件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件支撐軟件應(yīng)用軟件92.2CAD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能CAD系統(tǒng)的體系10

CAD系統(tǒng)的硬件一般由計算機主機、外存儲器、圖形輸入設(shè)備、圖形輸出設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成。2.2.1CAD系統(tǒng)的硬件外存儲器硬盤、軟盤、光盤、磁帶計算機主機中央處理器內(nèi)存儲器通信設(shè)備串行接口、網(wǎng)絡(luò)接口輸入設(shè)備圖形終端鼠標(biāo)、鍵盤數(shù)字化儀掃描儀圖形輸入板……

輸出設(shè)備圖形終端繪圖機打印機……10CAD系統(tǒng)的硬件一般由計算機主機、外存儲器、圖形輸入11（系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件）1.CAD系統(tǒng)軟件

概念：系統(tǒng)軟件指操作系統(tǒng)及語言等，它們不是用戶的具體應(yīng)用程序，而是著眼于計算機資源的有效管理，用戶任務(wù)的有效完成，以及操作的方便，目的是要構(gòu)成一個良好的軟件工作環(huán)境，供應(yīng)用程序的開發(fā)使用。2.2.3CAD系統(tǒng)的軟件11（系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件）1.CAD系統(tǒng)軟件概念：系12系統(tǒng)軟件包括以下軟件：操作系統(tǒng)（OS:OperatingSystem）

具有五方面的管理功能目前最常見的是多用戶、多任務(wù)操作系統(tǒng)，UNIX,Windows。

計算機語言

低級語言（匯編語言）和高級語言。窗口系統(tǒng)

從直觀來看，窗口系統(tǒng)是由窗口、菜單、按鈕等圖形對象組成的一個圖形用戶界面，用戶的操作就是對這些圖形對象的操作。12系統(tǒng)軟件包括以下軟件：操作系統(tǒng)（OS:Operati13網(wǎng)絡(luò)通信及管理軟件

現(xiàn)在CAD系統(tǒng)都是聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，用戶能共享網(wǎng)內(nèi)全部硬軟件資源，可以使工作小組共同進行某個產(chǎn)品的輔助設(shè)計或開發(fā)同一軟件系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)庫管理軟件

數(shù)據(jù)庫是以一定的組織方式存儲在計算機中的相關(guān)的數(shù)據(jù)的集合。支持人們建立、使用和修改數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的軟件稱為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。13網(wǎng)絡(luò)通信及管理軟件142.CAD應(yīng)用軟件

基本圖形資源軟件

面向設(shè)備驅(qū)動的CGI，面向應(yīng)用的圖形程序包GKS

解決圖形設(shè)計問題二、三維繪圖軟件，幾何造型軟件

解決工程分析與計算問題計算方法庫，優(yōu)化方法庫，有限元分析及其前后置處理程序，機械系統(tǒng)動態(tài)分析軟件，注塑模分析軟件

解決文檔寫作與生成問題142.CAD應(yīng)用軟件基本圖形資源軟件153.典型CAD軟件簡介1）AutoCAD

AutoCAD是當(dāng)今最流行的二維繪圖軟件，它在二維繪圖領(lǐng)域擁有廣泛的用戶群。AutoCAD有強大的二維功能，如繪圖、編輯、剖面線和圖案繪制、尺寸標(biāo)注以及二次開發(fā)等功能，同時有部分三維功能。AutoCAD提供AutoLISP、ADS、ARX作為二次開發(fā)的工具。

機械、建筑、電子等領(lǐng)域AutoCAD得到廣泛的應(yīng)用153.典型CAD軟件簡介1）AutoCAD機械、建筑162）Unigraphics(UG)

UG是從二維繪圖、數(shù)控加工編程、曲面造型等功能發(fā)展起來的軟件。UG是UnigraphicsSolutions公司拳頭產(chǎn)品，該公司首次突破傳統(tǒng)CAD/CAM模式，為用戶提供一個全面的產(chǎn)品建模系統(tǒng)。在UG中，優(yōu)越的參數(shù)化和變量化技術(shù)與傳統(tǒng)的實體、線框和表面功能結(jié)合在一起，這一結(jié)合被實踐證明是強有力的，并被大多數(shù)CAD/CAM軟件廠商所采用。3）SolidEdge

(UnigraphicsSolutions)

SOLIDEDGE是真正Windows軟件。SOLIDEDGE是基于參數(shù)和特征實體造型的新一代機械設(shè)計CAD系統(tǒng)，它是為設(shè)計人員專門開發(fā)的，易于理解和操作的實體造型系統(tǒng)。

162）Unigraphics(UG)3）SolidE174）SolidWorks

SolidWorks是基于Windows平臺的全參數(shù)化特征造型軟件，它可以十分方便地實現(xiàn)復(fù)雜的三維零件實體造型、復(fù)雜裝配和生成工程圖。圖形界面友好，用戶上手快。該軟件可以應(yīng)用于以規(guī)則幾何形體為主的機械產(chǎn)品設(shè)計及生產(chǎn)準(zhǔn)備工作中，其價位適中。

5）ANSYS

ANSYS是最大的有限元分析軟件公司之一的ANSYS公司開發(fā)的，它能與多數(shù)CAD軟件接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，是經(jīng)典的CAE產(chǎn)品。它包括結(jié)構(gòu)分析，流體動力學(xué)分析，電磁場分析等具有靈敏度分析及優(yōu)化分析的能力。174）SolidWorks5）ANSYS186）Pro/Engineer

Pro/Engineer系統(tǒng)是美國參數(shù)技術(shù)公司(ParametricTechnologyCorporation，簡稱PTC)產(chǎn)品。PTC公司提出單一數(shù)據(jù)庫、參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)的概念改變了機械CAD/CAE/CAM的傳統(tǒng)觀念，這種全新的概念已成為當(dāng)今世界機械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)。可以實現(xiàn)所謂的并行工程。

Pro/Engineer系統(tǒng)主要功能如下:

(1)真正全相關(guān)性，任何修改都會自動反映到所有相關(guān)地方。

(2)具有真正管理并發(fā)進程、實現(xiàn)并行工程的能力。

(3)具有強大的裝配功能，能夠始終保持設(shè)計者的設(shè)計意圖。

(4)容易使用，可以極大地提高設(shè)計效率。

186）Pro/Engineer197）CATIA

CATIA是由法國DassaultSystem公司開發(fā)，它的集成解決方案覆蓋所有的產(chǎn)品設(shè)計與制造領(lǐng)域，CATIA提供了強大的曲面與曲線造型能力。它是航空航天工業(yè)的主流軟件。一汽集團，上海大眾，北京吉普在內(nèi)的許多汽車公司都已選用該軟件。197）CATIA208.CAXA電子圖板和CAXA-ME制造工程師

CAXA電子圖板和CAXA-ME制造工程師軟件的開發(fā)與銷售單位是北京北航海爾軟件有限公司。

CAXA電子圖板是一套高效、方便、智能化的通用中文設(shè)計繪圖軟件，可幫助設(shè)計人員進行零件圖、裝配圖、工藝圖表、平面包裝的設(shè)計，適合所有需要二維繪圖的場合，使設(shè)計人員可以把精力集中在設(shè)計構(gòu)思上，徹底甩掉圖板，滿足現(xiàn)代企業(yè)快速設(shè)計、繪圖、信息電子化的要求。

CAXA-ME是面向機械制造業(yè)的自主開發(fā)的、中文界面、三維復(fù)雜形面CAD/CAM軟件

208.CAXA電子圖板和CAXA-ME制造工程師219.

高華CAD

由北京高華計算機有限公司推出的CAD產(chǎn)品。高華CAD系列產(chǎn)品包括計算機輔助繪圖支撐系統(tǒng)GHDrafting、機械設(shè)計及繪圖系統(tǒng)GHMDS、工藝設(shè)計系統(tǒng)GHCAPP、三維幾何造型系統(tǒng)GHGEMS、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)GHPDMS及自動數(shù)控編程系統(tǒng)GHCAM。其中GHMDS是基于參數(shù)化設(shè)計的CAD/CAE/CAM集成系統(tǒng)，它具有全程導(dǎo)航、圖形繪制、明細表的處理、全約束參數(shù)化設(shè)計、參數(shù)化圖素拼裝、尺寸標(biāo)注、標(biāo)準(zhǔn)件庫、圖像編輯等功能模塊。

219.高華CAD2210.金銀花系統(tǒng)

金銀花(Lonicera)系統(tǒng)是由廣州紅地技術(shù)有限公司開發(fā)的基于STEP標(biāo)準(zhǔn)的CAD/CAM系統(tǒng)。該軟件主要應(yīng)用于機械產(chǎn)品設(shè)計和制造中，它可以實現(xiàn)設(shè)計/制造一體化和自動化。機械設(shè)計平臺MDA(MechanicalDesignAssistant)是金銀花系列軟件之一，是二維和三維一體化設(shè)計系統(tǒng)。2210.金銀花系統(tǒng)2311.

開目CAD

開目CAD是開目集成技術(shù)公司開發(fā)的具有自主版權(quán)的基于微機平臺的CAD和圖紙管理軟件，它面向工程實際，模擬人的設(shè)計繪圖思路，操作簡便，機械繪圖效率比AutoCAD高得多。

2311.開目CAD242.2.3CAD系統(tǒng)的分類

從硬件角度將CAD系統(tǒng)劃分為四類：1.主機系統(tǒng)(Mainframe-basedsystem)

該系統(tǒng)一般以大型機為主機，集中配備某些公用的外部設(shè)備，同時接出許多用戶工作站及字符終端。

優(yōu)點是主機功能強，能進行大信息量的作業(yè)，如大型分析計算、復(fù)雜模擬和管理等。缺點是當(dāng)終端用戶過多時，會使系統(tǒng)過載，響應(yīng)速度變慢，而且一旦主機發(fā)生故障，整個系統(tǒng)就不能工作，此外價格昂貴。242.2.3CAD系統(tǒng)的分類從硬件角度將CAD系統(tǒng)劃252.小型機系統(tǒng)(Minicomputer-basedsystem)

優(yōu)點

是這種小型機大都具有32位字節(jié)，操作系統(tǒng)采用虛擬存儲技術(shù)，成本低，體積小，便于操作使用。

缺點是系統(tǒng)比較封閉，也即開放性較差。20世紀(jì)80年代占據(jù)了主要的CAD市場。在80年代中期以后，小型機逐漸被工程工作站所代替。

這種系統(tǒng)與主機系統(tǒng)在形式上非常類似，只不過用小型機或超小型機代替主機，用戶工作站數(shù)量較少，一般在4到6個。252.小型機系統(tǒng)(Minicomputer-baseds263.

工程工作站系統(tǒng)(Workstation-basedsystem）

工程工作站是具有高速的科學(xué)計算、豐富的圖形處理、靈活的窗口及網(wǎng)絡(luò)管理功能的交互式計算機系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的特點是：一個用戶用一臺計算機，并且具有聯(lián)網(wǎng)功能。這也是它與具有分時系統(tǒng)的超級小型機的不同之處。

系統(tǒng)設(shè)計遵循這樣一種思想：一個工程師使用一臺計算機；而且還能使用所有的計算機。前半句意味著摒棄了多用戶分時系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，后半句意味著采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

263.工程工作站系統(tǒng)(Workstation-base27網(wǎng)絡(luò)分布CAD系統(tǒng)

應(yīng)用計算機技術(shù)和通信技術(shù)，將分布于各地的各類計算機以網(wǎng)絡(luò)形式連接起來進行產(chǎn)品的設(shè)計工作。CAD網(wǎng)絡(luò)示例TCP/IPServerClient文件服務(wù)器數(shù)據(jù)庫服務(wù)器微機工作站...27網(wǎng)絡(luò)分布CAD系統(tǒng)CAD網(wǎng)絡(luò)示例TCP/IPServer28

優(yōu)點是工作站本身具有強大的分布式計算功能，能夠支持復(fù)雜的CAD作業(yè)，能支持多任務(wù)進程。其性能還是優(yōu)于微機系統(tǒng)，它為各種功能強大的CAD/CAM軟件及復(fù)雜應(yīng)用提供了堅實的平臺。

缺點是系統(tǒng)所需要的軟、硬件投資比較大。

SUN、SGI、HP、DEC和IBM等大型計算機公司廣泛采用工程工作站系統(tǒng)，因此工程工作站在國外CAD系統(tǒng)中占有主導(dǎo)地位。28優(yōu)點是工作站本身具有強大的分布式計算功能，能夠支持294.微型機系統(tǒng)(Microcomputer-basedsystem)微機系統(tǒng)在中小型企業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。一般每臺微機只配備一臺圖形終端，以保證對操作命令的快速響應(yīng)。近年來微機系統(tǒng)發(fā)展非常迅速。（1）32位字節(jié)的微機在速度、精度、內(nèi)外存容量等方面已能滿足CAD應(yīng)用的要求（2）微機上的各種軟件，從圖形軟件、工程分析軟件及各種應(yīng)用軟件，滿足了用戶的大部分要求。（3）現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能將許多微機及公共外設(shè)邊在一起，做到了網(wǎng)內(nèi)資源共享。

294.微型機系統(tǒng)(Microcomputer-based30微機CAD系統(tǒng)

是以一臺微機為主的單用戶系統(tǒng)。

微機CAD硬件系統(tǒng)主機操作系統(tǒng)顯示設(shè)備：圖形顯示器輸入設(shè)備外存儲器輸出設(shè)備通訊接口30微機CAD系統(tǒng)微機CAD硬件系統(tǒng)主機操作系統(tǒng)顯示設(shè)備：圖312.2.4CAD系統(tǒng)(構(gòu)成)功能

產(chǎn)品設(shè)計制造的數(shù)值計算和數(shù)據(jù)處理程序包、圖形信息交換和處理顯示程序包、存儲和管理設(shè)計制造信息的工程數(shù)據(jù)庫。1.硬件應(yīng)具備的基本功能

計算、存儲、輸入輸出、交互

2.軟件應(yīng)具備的基本功能

產(chǎn)品幾何造型的功能（線框、曲面與實體造型）、2D和3D圖形處理功能、有限元分析功能、優(yōu)化設(shè)計過程、數(shù)據(jù)庫管理功能等312.2.4CAD系統(tǒng)(構(gòu)成)功能產(chǎn)品設(shè)計制322.3CAD系統(tǒng)的圖形處理2.3.1圖形處理基礎(chǔ)1.圖形的圖素及坐標(biāo)系1）圖形的基本圖素（屏幕顯示和拷貝）（1）直線線段（矢量圖）（2）像素（位圖）322.3CAD系統(tǒng)的圖形處理2.3.1圖形處理基礎(chǔ)1.332）坐標(biāo)系（笛卡爾）統(tǒng)（定義點（圖形的最基本元素）的位置）（1）世界坐標(biāo)系（WC，worldcoordinatesystem）

世界坐標(biāo)系是一個固定不變的坐標(biāo)系，其原點和坐標(biāo)軸的方向始終固定不變。世界坐標(biāo)系有時又被稱為絕對坐標(biāo)系或用戶坐標(biāo)系，它是用作定義所有對象和其他坐標(biāo)系的基礎(chǔ)。332）坐標(biāo)系（笛卡爾）統(tǒng)（定義點（圖形的最基本元素）的位置34（2）設(shè)備坐標(biāo)系（DC，devicecoordinatesystem）

是一個二維平面坐標(biāo)系，度量單位是步長（繪圖儀）或像素（顯示器），定義域是整數(shù)域且有界，顯示器的分辨率就是其設(shè)備坐標(biāo)的界限。（3）規(guī)格化設(shè)備坐標(biāo)系（NDC，normalizedDC）

圖形在用戶坐標(biāo)系定義，輸出時定義在設(shè)備坐標(biāo)系。不同設(shè)備具有不同的坐標(biāo)系和坐標(biāo)范圍。為增加應(yīng)用程序的可移植性，也為便于圖形處理，因此引入與設(shè)備無關(guān)的規(guī)格化設(shè)備坐標(biāo)系，采用無量綱單位坐標(biāo)系范圍值。34（2）設(shè)備坐標(biāo)系（DC，devicecoordinat352.二維圖形變換

二維圖形可以用代表圖形的特征點的集合—二維數(shù)組（可寫成二維矩陣的形式）表示。

圖形的幾何變換（旋轉(zhuǎn)、平移和縮放等）即是對該矩陣進行有意義的矩陣乘法（X·T）運算而得。1）基本變換（對于點（x，y））變換矩陣變換基準(zhǔn)點為坐標(biāo)原點352.二維圖形變換二維圖形可以用代表圖形的特征點36（1）比例變換

b=0，c=0（2）壓縮變換36（1）比例變換b=0，c=0（2）壓縮變換374）對稱變換：圖形以坐標(biāo)原點為中心對稱于坐標(biāo)原點或某一條軸線的變換。對稱變換后的圖形是原圖形關(guān)于某一軸線或原點的鏡像,也稱為反向變換或鏡像變換。(a)

原點對稱0

xy(b)x軸對稱0

xy(c)y軸對稱0

xy374）對稱變換：圖形以坐標(biāo)原點為中心對稱于坐標(biāo)原點或某一條38(d)x=y對稱0

xyy

=xY(e)x=-y對稱0

xyy=-x（4）旋轉(zhuǎn)變換y’y0

x’

xA’AθαR38(d)x=y對稱039A=[3010;6010;6030];T=[cos(pi/6)sin(pi/6);-sin(pi/6)cos(pi/6)];AA=A*T例2-1將三角形ABC(3010；6010；6030)繞坐標(biāo)原點逆時針旋轉(zhuǎn)30o。ABC0xy39A=[3010;6010;6030];例2-1將40（5）錯切變換（以單位轉(zhuǎn)換矩陣為例）0x0x0xyyy（a）沿x方向

（b）沿y方向

（c）沿x=y方向b=0c=040（5）錯切變換（以單位轉(zhuǎn)換矩陣為例）041不能用直角坐標(biāo)表示（6）齊次坐標(biāo)與平移變換ABDCFE(xF,yF)F’A’B’E’C’D’如何表示F的坐標(biāo)？圖2-10圖形變換中的無窮點返回41不能用直角坐標(biāo)表示（6）齊次坐標(biāo)與平移變換A42(x,y)表示成(X/H,Y/H)例(1,3)可以表示成(2/2,6/2)或(0.5/0.5,1.5/0.5)對同一個點，隨H值的不同會有不同的坐標(biāo)有序的三組數(shù)（Xi，Yi，Hi）稱為第i個點的齊次坐標(biāo)當(dāng)H=1時，（X，Y，1）為點的規(guī)格化齊次坐標(biāo)，即直角坐標(biāo)。當(dāng)H=0時，（X，Y，0）表示無窮點。這樣就可將N維空間的點在N+1為空間表示。42(x,y)表示成(X/H,Y/H)例(1,3)可以表示成43這是一個線性變換，其中T為線性變換矩陣，它是二階方陣。一個二維線性變換的一般形式也可以寫成如下的代數(shù)式：x’=a·x+c·y+ly’=b·x+d·y+m轉(zhuǎn)換為矩陣形式，就是：規(guī)格化否？43這是一個線性變換，其中T為線性變換矩陣，它是二階方陣。一44在不同高度水平面上繪的圖直角坐標(biāo)和齊次坐標(biāo)兩種表示方法，僅從圖形上來看沒有實質(zhì)性差別：44在不同高度水平面上繪的圖直角坐標(biāo)和齊次坐標(biāo)兩種表示方法，45為了將轉(zhuǎn)換點表示為齊次坐標(biāo)，引入3×3階變換矩陣如令則其中l(wèi)，m分別為x，y方向的平移量。45為了將轉(zhuǎn)換點表示為齊次坐標(biāo)，引入3×3階變換矩陣如令則其46例2-2

將△ABC=[001;2001;10101]沿x方向平移10,沿y方向平移20，求變換后△ABC的坐標(biāo)。解：三角形坐標(biāo)矩陣平移矩陣求變換后的矩陣算法ABC*T46例2-2將△ABC=[001;2001;472）二維圖形的變換矩陣元素的分析úúú?ùêêê?é=smlqdbpcaT比例、對稱、旋轉(zhuǎn)、錯切（基本變換）平移變換透視變換全局比例變換正?；D(zhuǎn)41頁472）二維圖形的變換矩陣元素的分析úúú?ùêêê?é=s483）二維圖形的組合變換例2-3已知三角形點集矩陣為變換矩陣為求變換后的點集矩陣P’’正?；?83）二維圖形的組合變換例2-3已知三角形點集矩陣為變493.三維圖形變換1）基本變換比例變換a、e、j分別為x、y、z方向的比例系數(shù)a、e、j>1時為放大a、e、j<1時為縮小a、e、j=1時為恒等變換s>1時為放大s<1時為縮小s=1時為恒等變換局部比例整體比例變換種類變換矩陣說明úúúú?ùêêêê?é=1000000000000jeaTúúúú?ùêêêê?é=sT000010000100001493.三維圖形變換1）基本變換比a、e、j分別為x、y、50按右手法則確定旋轉(zhuǎn)角度θ

的方向，逆時針方向旋轉(zhuǎn)為正，順時針方向旋轉(zhuǎn)為負變換種類變換矩陣說明旋轉(zhuǎn)變換繞x軸旋轉(zhuǎn)繞y軸旋轉(zhuǎn)繞z軸旋轉(zhuǎn)úúúú?ùêêêê?é-=10000cossin00sincos00001qqqqTúúúú?ùêêêê?é-=10000cos0sin00100sin0cosqqqqTúúúú?ùêêêê?é=1000010000cossin00sincosqqqqT50按右手法則確定旋轉(zhuǎn)角度θ的方向，逆時針方向旋轉(zhuǎn)為正，順51平移錯切l(wèi)、m、n分別為沿x、y、z軸方向的平移量a、b、c、d、e、f、h、i、j

不全為零。若只有一個不為令，則得一基本錯切，故沿三個坐標(biāo)方向有6種基本錯切。如d≠0為沿x軸方向錯切且離開y軸；h≠0為沿x軸方向錯切且離開z軸；其余4種，依此類推。平移變換錯切變換變換種類變換矩陣說明úúúú?ùêêêê?é=1nml000000000111Túúúú?ùêêêê?é=1T00001ih0f1d0cb151平移錯切l(wèi)、m、n分別為沿x、y、z軸方向的平移量a、b52對稱于xOy坐標(biāo)面對稱變換正投影變換透視變換úúúú?ùêêêê?é=1000000000000-111Túúúú?ùêêêê?é=10000000000001-11Túúúú?ùêêêê?é=100000000000011-1Túúúú?ùêêêê?é=1000000000p00111Túúúú?ùêêêê?é=1000000q00000111Túúúú?ùêêêê?é=1000r00000000111Túúúú?ùêêêê?é=1000000000000011Túúúú?ùêêêê?é=1000000000000110Túúúú?ùêêêê?é=1000000000000101T對稱于xOz坐標(biāo)面對稱于yOz坐標(biāo)面向xOy投影沿x方向透視向yOz投影向xOz投影沿y方向透視沿z方向透視52對稱于xOy坐標(biāo)面對正透úúúú?ùêêêê?é=100532.3.2圖形的顯示與輸出處理2）組合變換（略）圖形變換中，定義的圖形全部顯示。但在實際操作中（1）僅輸出其中一部分，即某一細節(jié)圖形放大后輸出（2）將屏幕分成若干塊，每一塊用于顯示不同的圖形信息。圖形的顯示流程圖形的世界坐標(biāo)系三維變換投影對窗口區(qū)進行裁剪窗口區(qū)到視區(qū)的規(guī)格化變換視區(qū)從規(guī)格化坐標(biāo)系到設(shè)備坐標(biāo)系的變換圖形設(shè)備上輸出圖形WCWCNDCDC532.3.2圖形的顯示與輸出處理2）組合變換（略）圖形541.視圖區(qū)變換與窗口—視圖區(qū)變換

用戶坐標(biāo)系中定義的確定顯示內(nèi)容的一個矩形區(qū)域

圖形顯示器中定義的一個用于輸出所要顯示的圖形和文字的矩形區(qū)域

圖形顯示中，把窗口中的一點P’(x’，y’)變換到顯示屏（含視區(qū)）上的一點P(x，y)541.視圖區(qū)變換與窗口—視圖區(qū)變換用戶坐標(biāo)系中定551）視圖區(qū)變換P’(x’,y’)A’(x’,y’)D’AAB’

C’(x’,y’)CC0x’y’yP(x,y)A

DBC0MxxMy551）視圖區(qū)變換P’(x’,y’)A’(x’,y’)562)窗口-視圖區(qū)變換若將窗口中的圖形顯示在屏幕視區(qū)范圍內(nèi)，則視區(qū)決定了窗口內(nèi)的圖形在屏幕上顯示的位置和大小

視區(qū)是一個有限的整數(shù)域，它應(yīng)小于等于屏幕區(qū)域，而定義小于屏幕的視區(qū)是非常有用的，因為這樣可以在同一屏幕上定義多個視區(qū)，用來同時顯示不同的圖形信息。562)窗口-視圖區(qū)變換若將窗口中的圖形顯示在屏幕視區(qū)范57w(x’,y’)ww0’x’x’x’y’窗口lryt’yb’S(xs,ys)0

xl

xr

xy視圖視圖區(qū)ytyb點w映射到點S比例關(guān)系變后坐標(biāo)化簡系數(shù)簡化公式57w(x’,y’)ww0’x’58用矩陣表示2.圖形的裁剪（消隱、濃淡處理的基礎(chǔ)，還可進行形狀處理）1）二維線段裁剪裁剪窗口采用裁剪算法：找出落在窗口內(nèi)線段的起點和終點的坐標(biāo)矢量裁剪法、編碼裁剪法和中點裁剪法58用矩陣表示2.圖形的裁剪（消隱、濃淡處理的基礎(chǔ)，還可進59編碼裁剪法（Cohen-Sutherland算法）

由DanCohen和IvanSutherLand提出的，其思想：如果線段的兩個端點都在裁剪窗口內(nèi)部，那么整條線段就在窗口內(nèi)，該線段完全可見；如果兩個端點同時位于窗口某一邊界的外面，那么整條線段在外面，不可見；對于非這兩種情況的線段，求線段和窗口邊界的交點，分線段為兩部分，其中一部分完全在窗口外，不可見，舍棄之，考慮另一段（重復(fù)上面的判斷過程）。59編碼裁剪法（Cohen-Sutherland算法）60

為了能快速判斷出線段與裁剪窗口的關(guān)系，采用四位數(shù)碼來標(biāo)識線段的端點與窗口區(qū)域的關(guān)系，所以Cohen-SutherLand算法又稱為編碼算法。每個區(qū)域有形如CtCbCrCl的編碼。編碼規(guī)則為：第4位為1表示線段端點位于窗口上側(cè)，否則為0；第3位為1表示線段端點位于窗口下側(cè)，否則為0；第2位為1表示線段端點位于窗口右側(cè)，否則為0；第1位為1表示線段端點位于窗口左側(cè)，否則為0.

000010011000101000010010010101000110裁剪區(qū)域xL

xRyTyBABCDEF60為了能快速判斷出線段與裁剪窗口的關(guān)系，采用四位數(shù)碼來61算法步驟1）裁剪一條線段時,先求出A、B所在的區(qū)號code1,code2,2）若code1=0且code2=0，則線段A、B在窗口內(nèi)，應(yīng)取之;3）若按位與運算code1&code2≠0，可判斷線段完全在窗口外，可棄之。4）否則，按第三種情況處理。求出線段與窗口某邊的交點，在交點處把線段一分為二，其中必有一段在窗口外，可棄之。再對另一段重復(fù)上述處理。5）在實現(xiàn)本算法時，不必把線段與每條窗口邊界依次求交，只要按順序檢測到端點的編碼不為0，才把線段與對應(yīng)的窗口邊界求交。61算法步驟1）裁剪一條線段時,先求出A、B所在的區(qū)號cod62如何求交點首先判斷裁剪線段與哪條邊有交點：若編碼&0001≠0，端點與左邊界有交點；若編碼&1000≠0，端點與上邊界有交點；若編碼&0010≠0，端點與右邊界有交點；若編碼&0100≠0，端點與下邊界有交點；然后計算交點：已知直線（X1，Y1）（X2，Y2）與水平線Y＝H的交點為與垂直線X＝V的交點為62如何求交點首先判斷裁剪線段與哪條邊有交點：若編碼&0063依次對每條線段p1p2作如下處理：1)對線段兩端點p1,p2按各自所在的區(qū)域編碼。p1和p2的編碼分別記為：

C1(p1)={a1,b1,c1,d1},C2(p2)={a2,b2,c2,d2}(其中ai,bi,ci,di取值域為{1,0},i={1,2})2)if(ai=bi=ci=di=0則顯示整條直線,取出下一條直線，返1);否則

if[(a1&a2)|(b1&b2)|(c1&c2)|(d1&d2)==1]則取出下一條直線,返1);否則3)if(d1|d2==1)則求直線與窗左邊(x=XL)之交點,并刪去交點以左部分;if(a1|a2==1)則求直線與窗上邊(y=YT)之交點,并刪去交點以上部分;if(c1|c2==1)則求直線與窗右邊(x=XR)之交點,并刪去交點以右部分;if(b1|b2==1)則求直線與窗下邊(y=YB)之交點,并刪去交點以下部分;4）返1）；算法流程63依次對每條線段p1p2作如下處理：算法流程64#defineLEFT1#defineRIGHT2#defineBOTTOM4#defineTOP8算法實現(xiàn)encode(x,y,code)intx,y;int*code;{intc;c=0;if(x<XL)c=c|LEFT;elseif(x>XR)c=c|RIGHT;if(y<YB)c=c|BOTTOM;elseif(y>YT)c=c|TOP;*code=c;return;}64#defineLEFT1算法實現(xiàn)encode65VoidCohenSutherlandLine(intx1,inty1,intx2,inty2,Rectangle*rect){intx,y;boolaccept,done;accept=

FALSE;done=

FALSE;intcode1,code2,code;encode(x1,y1,&code1);

encode(x2,y2,&code2);65VoidCohenSutherlandLine(in66do{if(code1==0&&code2==0)//完全可見

{accept=TRUE;done=TRUE;}elseif((code1&code2!=0))//顯然不可見

done=TRUE;{x=float(rect->xmin);y=y1+(y2-y1)*(x-x1)/(x2-x1);}elseif((TOP&code)!=0){y=rect->ymax;x=x1+(x2-x1)*(y-y1)/(y2-y1);}elseif((RIGHT&code)!=0)else//進行求交測試

{code=code1;if(code1==0)code=code2;

if((LEFT&code)!=0)66do{{else//進行求交測試67{x=rect->xmax;y=y1+(y2-y1)*(x-x1)/(x2-x1);}elseif((BOTTOM&code)!=0){y=rect->ymin;x=x1+(x2-x1)*(y-y1)/(y2-y1);}

if(code==code1){x1=x;y1=y;encode(x,y,&code1);}else{x2=x; y2=y; encode(x,y,&code2); }

}//forelse進行求交測試

}while(!done)

if(accept)Line((int)x1,(int)y1,(int)x2,(int)y2)；

}//forC-S-L程序67{else68與二維直線裁剪算法一樣，三維Cohen-Sutherland直線裁剪算法也采用端點編碼方法來判斷線段的可見性。三維裁剪中，按視見體的每一面把整個空間劃分成27個子空間，每個子空間都用唯一編碼來標(biāo)識，采用六位編碼，具體編碼規(guī)則為：第1位為“1”表示端點位于視見體的左邊，否則為0；第2位為“1”表示端點位于視見體的右邊，否則為0；第3位為“1”表示端點位于視見體的下邊，否則為0；第4位為“1”表示端點位于視見體的上邊，否則為0；第5位為“1”表示端點位于視見體的前邊，否則為0；第6位為“1”表示端點位于視見體的后邊；否則為0；若一線段的兩端點編碼均為零，則此線段的兩端點可見，此線段也可見。若線段兩端點編碼相與(AND)不為零，則該線段為完全不可見線段；否則該線段可能部分可見或完全不可見,此時需要計算視見體與線段交點，方可最后決定。2)

三維Cohen-Sutherland算法68與二維直線裁剪算法一樣，三維Cohen-Sutherla692.3.3真實感圖形生成原理計算機生成真實感圖形需解決的問題（1）場景造型—對景物外形的描述（2）投影變換（3）消隱處理（4）光照模型—模擬光在場景中的傳播與分布（5）畫面繪制—根據(jù)光照模型，計算畫面光度與色度（6）繪圖處理—透明、陰影、表面紋理（7）圖形反混淆—消除細節(jié)失真692.3.3真實感圖形生成原理計算機生成真實感圖形需解決70圖形消隱的基本概念消隱算法的基本測試方法常用的消隱算法

下面圖形代表哪一種情況呢?？？三維圖形由于投影變換失去了深度信息，往往導(dǎo)致圖形的二義性70圖形消隱的基本概念下面圖形代表哪一種情況呢?？？三維712.3.3.1消隱處理

要消除二義性，就必須在繪制時消除實際不可見的線和面，習(xí)慣上將這些隱藏線或隱藏面消除的過程稱為消隱

當(dāng)沿投影視線觀察一個三維物體時，由于物體中各種表面或其它物體的遮擋，某些線段或面不可見，這些不可見的線段或面稱為隱藏線或隱藏面

查找、確定并消除隱藏線和隱藏面的技術(shù)稱為消隱技術(shù)

712.3.3.1消隱處理要消除二義性，就必須在繪721）消隱處理的實質(zhì)與算法選擇（1）消隱處理顯示的圖形與三維空間至二維空間的投影方式有關(guān)。（2）消隱處理面對對象復(fù)雜。線、面、個體（3）消隱處理的實質(zhì)是一種幾何分類，在一定條件下，區(qū)分形體的可見與不可見部分。（4）幾何分類的復(fù)雜性，導(dǎo)致計算機內(nèi)部數(shù)據(jù)的復(fù)雜性。（5）為提高消隱處理算法的效率，要充分利用形體內(nèi)部存在的在可見性問題上的區(qū)域相關(guān)性。（6）消隱處理可以分別在形體空間和圖像空間進行。

消隱算法是面向特點對象的，要減少進行隱藏性判別的工作量。721）消隱處理的實質(zhì)與算法選擇（1）消隱處理顯示的圖形與三732.Roberts方法物體由若干個多面體組成。算法(1)對每個凸多面體,找出所有的朝前面,朝前面的邊棱的集合作為潛在的可見棱。(2)再對這些潛在的可見棱,相對其它多面體依次進行遮擋測試。(3)確定互為貫穿物體的相貫線，并判別其可見性732.Roberts方法物體由若干個多面體組成。算法(743.深度緩存算法深度緩沖器算法的基本思想：對于顯示屏上每一點像素，記錄下位于該像素內(nèi)最靠近觀測者的那個景物面的深度坐標(biāo)，同時相應(yīng)記錄下用來顯示該物景的顏色（灰度），那么所有記錄下的這些像素對應(yīng)的顏色就可以形成最后要輸出的圖形。743.深度緩存算法深度緩沖器算法的基本思想：752.3.3.2光照模型1.圖形的光照處理技術(shù)

采用消隱技術(shù)消除了隱藏線和隱藏面后，圖形沒有了二義性問題，但要創(chuàng)造真實感圖形需要光照處理技術(shù)。光照處理是繪制真實感圖形所需的重要技術(shù)之一

光照處理方法是對真實世界的一種近似模擬

模擬光線照射在物體上，物體反映出來的感觀效應(yīng)，通過必要的算法實現(xiàn)實際物體在計算機上的虛擬752.3.3.2光照模型1.圖形的光照處理技術(shù)76光照處理目的是希望光照射在物體上模擬眼睛看物體的效果

物體吸收某些波長的光，而反射或折射其它波長的光，則物體呈現(xiàn)某種顏色。從物體表面反射或折射出來的光的強度取決于光源的性質(zhì)、物體的表面性質(zhì)、周圍環(huán)境、視點位置以及不同人對光的感覺差異等諸多因素。

對物體進行光照處理需要建立合適的光照模型，并通過顯示算法將物體在顯示器上顯示出來。

光的亮度由光的強度決定，光的顏色由波長決定2.光照處理的基本原理76光照處理目的是希望光照射在物體上模擬眼睛看物體的效果77簡單的光照模型

點光源的幾何形狀為一個點，位于空間的某個位置向周圍所有方向上輻射等強度光在點光源的照射下，物體表面的不同部分亮度不同，亮度的大小依賴于它的朝向以及它與點光源之間的距離

光照處理模型常通過點光源照射物體說明:

光源發(fā)光照射在物體上，然后傳遞到人的眼里，實際上構(gòu)成了一個光照系統(tǒng)

理想鏡面反射L

N

P

R

V

一般光滑表面鏡面反射L

N

P

R

L

N

P

R

粗糙表面鏡面反射77簡單的光照模型點光源的幾何形狀為一個點，位于空間78漫反射

光線照射到表面粗糙、無光澤的物體上，物體表面表現(xiàn)為漫反射形式，即光線沿各不同方向都做相同的散射。

從各個角度觀察，物體都有相同的亮度

78漫反射光線照射到表面粗糙、無光澤的物體79

光滑的物體表面(如金屬、塑料)在點光源的照射下會形成一塊特別亮的區(qū)域，即所謂的“高光”，它是物體表面對入射光進行鏡面反射引起的

鏡面反射遵循反射定律，反射光與入射光位于表面法向兩側(cè)。鏡面反射的光強取決于入射光的角度、波長和反射表面的材料性質(zhì)…鏡面反射

79光滑的物體表面(如金屬、塑料)在點光源的照80環(huán)境光

光線在場景中經(jīng)過復(fù)雜的傳播之后，形成彌漫于整個空間的光線，稱為環(huán)境光(或泛光

)。環(huán)境光使沒有光源的直接照射的景物表面仍有一定的亮度而可見。

環(huán)境光在空間中近似地均勻分布，即在任何位置、任何方向上，強度都一樣。環(huán)境光通常由多個物體經(jīng)多重反射形成，因而無法精確地計算光強。

80環(huán)境光光線在場景中經(jīng)過復(fù)雜的傳播之后，形成彌漫81光照效果：反射

地面

反射

背景

石頭

墻面

紋理

六邊形

反射

圓環(huán)

金屬

方錐

光滑

球體

平面漫反射

圓柱體

材質(zhì)效果

物件

81光照效果：反射地面反射背景石頭墻面紋理六邊82

根據(jù)光照強度的計算，對于具有彎曲表面的物體，可以用其曲面方程算出每點的法線，然后按光照強度的計算模型計算每一點的亮度進行表達問題：1.運算量相當(dāng)大

2.很多曲面無法用合適的方程表示通常仍然用多面體來逼近的方法模擬曲面物體平面多面體表面上各點亮度計算通常用二種基本算法:

1．恒定亮度法

2．Gouraud插值法

整個多邊形只算出一個單獨的亮度值，用這個亮度顯示物體上多邊形所在的那個面這種方法只適合在特定條件:1.考慮點光源照射時，總假定點光源和觀察點離物體表面足夠遠2.物體表面僅暴露于背景光下，沒有表面圖案、紋理或者陰影時，才會產(chǎn)生準(zhǔn)確的結(jié)果3.光照處理的基本算法82根據(jù)光照強度的計算，對于具有彎曲表面的物體，可以83這個效應(yīng)是奧地利物理學(xué)家ErnstMach首先發(fā)現(xiàn)而得名的。當(dāng)我們觀察畫面上具有恒定亮度的區(qū)域時，在區(qū)域邊界處眼睛所感受到的明暗程度常常會超出實際值，似乎光強發(fā)生了變化，這一現(xiàn)象稱之為馬赫帶效應(yīng)。當(dāng)亮度急劇變化時將出現(xiàn)這一效應(yīng)．它夸大了任何一條邊界上亮度的變化，常顯得更亮或更暗。

Gouraud插值法解決了恒定亮度法中的亮度不連續(xù)問題，在一定程度上消除了馬赫帶效應(yīng)，顯示畫面的效果得到大大改善。但亮度插值法僅保證在多邊形兩側(cè)亮度的連續(xù)性，而不能保證亮度變化的連續(xù)性，故Gouraud插值法并不能完全消除馬赫帶。同時，由于采用插值的方法，使得鏡面反射所產(chǎn)生的高光形狀與位置有很大的變異，甚至模糊不清或不能產(chǎn)生高光。因而Gouraud插值法對于只考慮漫反射的模型效果較好。83這個效應(yīng)是奧地利物理學(xué)家ErnstMach首先發(fā)現(xiàn)而得84

陰影是由于物體遮擋光源的光線而形成的，有助于顯示畫面中各物體之間的空間位置及深度關(guān)系，使人感到物體的遠近深淺，極大增加畫面的真實感。

陰影一般由兩部分組成：本影和半影本

半

區(qū)

影

區(qū)

影

區(qū)

影

無

光源

本影：任何光線都照不到的區(qū)域，呈現(xiàn)為全黑的、輪廓分明的區(qū)域半影：可接收到分布光源照射的部分光線的區(qū)域，通常位于本影周圍，呈現(xiàn)為半明半暗的區(qū)域，受到的光照依次增加4.陰影的處理84陰影是由于物體遮擋光源的光線而形成的，有助于顯示畫面85自身陰影和投射陰影本影包括兩類：自身陰影和投射陰影自身陰影：由于物體自身遮擋而使光線照射不到的某些面，它與視點在光源位置時的自隱藏面一致投射陰影：物體遮擋光線從而使畫面中位于它后面的物體或區(qū)域（如基平面）的全部或一部分受不到光的照射而形成

自身陰影

投射陰影

投射陰影的投影面與畫面中其它平面的交線組成陰影多邊形，它被標(biāo)記為陰影后存入畫面的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。85自身陰影和投射陰影本影包括兩類：自身陰影和投射陰影自身陰862.4工程數(shù)據(jù)的處理將國家標(biāo)準(zhǔn)和工程設(shè)計規(guī)范等手冊中的數(shù)據(jù)改為計算機程序可調(diào)用或計算機可進行檢索查詢的形式。處理設(shè)計數(shù)據(jù)的方法：（1）設(shè)計數(shù)據(jù)程序化。（對數(shù)表及線圖采用編程方法進行處理）①數(shù)據(jù)以數(shù)組形式存儲在程序中，可檢索②數(shù)據(jù)擬合成公式編入程序，供計算（2）利用數(shù)據(jù)庫管理設(shè)計數(shù)據(jù)。（數(shù)據(jù)庫獨立，可共享）將數(shù)表數(shù)據(jù)或線圖離散化后按規(guī)定格式存放在數(shù)據(jù)庫中，由數(shù)據(jù)庫自身進行管理862.4工程數(shù)據(jù)的處理將國家標(biāo)準(zhǔn)和工程設(shè)計規(guī)范等手冊中的872.4.1數(shù)表（來源不同）的程序處理1.一維數(shù)表表2-2三角膠帶傳動的彎曲影響系數(shù)kw(×10-3)變量型號kw[i]0.391.032.657.526.649.8i012345OABCDE型號代碼inti;floatkw[6]={0.39e-3,1.03e-3,2.65e-3,7.5e-3,26.6e-3,49.8e-3}872.4.1數(shù)表（來源不同）的程序處理1.一維數(shù)表表2-882.二維數(shù)表表2-3齒輪傳動的工況系數(shù)KA(用kk[i,j]表示)原動機載荷特性工作機載荷特性工作平穩(wěn)i=11.01.251.75輕度沖擊i=21.251.52.0中等沖擊i=31.51.752.25工作平穩(wěn)輕度沖擊中等沖擊j=1j=2j=3開始原動機載荷特性,請選擇i=？1-工作平穩(wěn),2-輕度沖擊,3-中度沖擊i<1&i>3工作機載荷特性,請選擇j=？1-工作平穩(wěn),2-輕度沖擊,3-中度沖擊j<1&j>3KA=kk[i,j]結(jié)束YNYN882.二維數(shù)表表2-3齒輪傳動的工況系數(shù)KA(用kk893.多維數(shù)表（略）2.4.2線圖的程序處理工程設(shè)計中有些參數(shù)之間的關(guān)系使用線圖表示的。線圖的程序化有三種處理方法：

1.找到線圖原有的公式。

2.將線圖離散化為數(shù)表。

3.用曲線擬合方法求出線圖的經(jīng)驗公式，再將公式編入程序。893.多維數(shù)表（略）2.4.2線圖的程序處理工程設(shè)計中902.5工程數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫管理

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是在文件系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的數(shù)據(jù)管理技術(shù)。數(shù)據(jù)庫可簡單看成“為滿足某一組織中多個用戶的多種需要，在計算機系統(tǒng)上按照一定的數(shù)據(jù)模型組織、存儲和使用的相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)集合”。數(shù)據(jù)庫技術(shù)解決了數(shù)據(jù)共享，數(shù)據(jù)的獨立性、安全性、保密性等問題。數(shù)據(jù)庫是進行信息管理及數(shù)據(jù)處理的主要工具和手段。為了適應(yīng)工程領(lǐng)域,人們將數(shù)據(jù)庫技術(shù)應(yīng)用于管理生產(chǎn)和管理工程數(shù)據(jù)庫,發(fā)展稱為工程數(shù)據(jù)庫。902.5工程數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫管理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是在文件系912.5.1數(shù)據(jù)庫的發(fā)展歷史及發(fā)展動向1.歷史回顧數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)是數(shù)據(jù)庫技術(shù)的核心部分,其發(fā)展歷史反映了數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展歷史.第一代以層次及網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型為基礎(chǔ)第二代以關(guān)系數(shù)據(jù)模型為基礎(chǔ)第三代為可擴充的DBMS前兩代以商業(yè)管理和一般信息處理為背景,管理的是規(guī)范的、有結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù),為靜態(tài)模型。工程數(shù)據(jù)不僅有一般信息，還有圖形、聲音等多媒體數(shù)據(jù)，還要求支持動態(tài)變化的數(shù)據(jù)模式912.5.1數(shù)據(jù)庫的發(fā)展歷史及發(fā)展動向1.歷史回顧數(shù)據(jù)庫922.發(fā)展動態(tài)第三代DBMS處于發(fā)展階段1)分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的研究2)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化3)實時響應(yīng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)4)用戶界面設(shè)計5)有關(guān)海量存儲及并行處理等硬件技術(shù)的研究922.發(fā)展動態(tài)第三代DBMS處于發(fā)展階段1)分布式數(shù)據(jù)庫93本章內(nèi)容結(jié)束93本章內(nèi)容結(jié)束94第2章計算機輔助設(shè)計（CAD）2.1CAD概述2.2CAD系統(tǒng)2.3CAD系統(tǒng)的圖形處理2.4工程數(shù)據(jù)的處理2.5數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及其應(yīng)用1第2章計算機輔助設(shè)計（CAD）2.1CAD概述95案例CAD的應(yīng)用

英國的三叉戟飛機比美國的波音747飛機早開工，卻晚一年完成，其原因是美國波音747設(shè)計采用了CAD技術(shù)。美國GM公司汽車設(shè)計中應(yīng)用CAD技術(shù)，使新型汽車的設(shè)計周期由5年縮短為3年，新產(chǎn)品的可信度由20%提高到60%。2案例CAD的應(yīng)用英國的三叉戟飛機比美國的波音74962.1CAD概述1.是一種（工程或產(chǎn)品）設(shè)計方法。2.是信息技術(shù)（計算機、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)管理）和設(shè)計技術(shù)融合的產(chǎn)物。3.是先進制造技術(shù)群中的一項主體關(guān)鍵技術(shù)。

計算機輔助設(shè)計是一種利用計算機硬件、軟件系統(tǒng)輔助設(shè)計者對產(chǎn)品進行規(guī)劃、分析、計算、綜合、模擬、評價、繪圖和編寫技術(shù)文件等設(shè)計活動的總稱。32.1CAD概述1.是一種（工程或產(chǎn)品）設(shè)計方法。972.1.1CAD技術(shù)的起源、發(fā)展和應(yīng)用情況1.1950年，MIT研制WhirlwindⅠ；1958年Calcomp研制滾筒式繪圖機，Cerber研制平板繪圖機。2.薩瑟蘭德1962年發(fā)表“SKETC-PAD—人機對話系統(tǒng)”論文，1963年實現(xiàn)了繪圖交互技術(shù)。1964年IBM公司推出商品化繪圖設(shè)備。3.20世紀(jì)70年代，廉價硬件設(shè)備使CAD進入實用階段。80年代后，形成分布式工作站系統(tǒng)Apollo、Sun等，目前各種專業(yè)軟件層出不窮。42.1.1CAD技術(shù)的起源、發(fā)展和應(yīng)用情況1.1950年982.1.2CAD技術(shù)的內(nèi)涵1.基礎(chǔ)技術(shù)

1）圖形處理技術(shù)52.1.2CAD技術(shù)的內(nèi)涵1.基礎(chǔ)技術(shù)992）工程分析技術(shù)，如有限元分析、優(yōu)化設(shè)計等3）數(shù)據(jù)管理與交換技術(shù)，如數(shù)據(jù)庫管理、PDM等4）文檔處理技術(shù)5）軟件設(shè)計技術(shù)，如接口界面設(shè)計、軟件工具、軟件工程規(guī)范等。62）工程分析技術(shù)，如有限元分析、優(yōu)化設(shè)計等1002.現(xiàn)代CAD技術(shù)的概念1）面向設(shè)計自動化的技術(shù)2）包含設(shè)計理論和方法、設(shè)計環(huán)境及設(shè)計工具3）集成化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化是其追求的功能目標(biāo)4）服務(wù)于先進制造技術(shù)72.現(xiàn)代CAD技術(shù)的概念1）面向設(shè)計自動化的技術(shù)1013.現(xiàn)代CAD技術(shù)的研究內(nèi)容1）現(xiàn)代設(shè)計理論與方法學(xué)

并行設(shè)計、協(xié)同設(shè)計、虛擬設(shè)計、大規(guī)模定制設(shè)計2）與設(shè)計環(huán)境相關(guān)的技術(shù)

支持技術(shù)（B/S和C/S）、管理技術(shù)3）與設(shè)計工具相關(guān)的技術(shù)

產(chǎn)品數(shù)字化定義及建模、集成的CAX和DFX工具4）智能技術(shù)83.現(xiàn)代CAD技術(shù)的研究內(nèi)容1）現(xiàn)代設(shè)計理論與方法學(xué)1022.2CAD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能

CAD系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)硬件平臺：網(wǎng)絡(luò)，計算機，繪圖機，打印機...操作系統(tǒng)：Windows3.x/95/98/NT/2000/xp,UNIX網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：TCP/IP,SPX/IPX數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：Oracle,Sybase,Forpro…CAD工具軟件：AutoCAD,Solidworks,Pro/E...CAD工程應(yīng)用軟件...硬件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件支撐軟件應(yīng)用軟件92.2CAD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能CAD系統(tǒng)的體系103

CAD系統(tǒng)的硬件一般由計算機主機、外存儲器、圖形輸入設(shè)備、圖形輸出設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成。2.2.1CAD系統(tǒng)的硬件外存儲器硬盤、軟盤、光盤、磁帶計算機主機中央處理器內(nèi)存儲器通信設(shè)備串行接口、網(wǎng)絡(luò)接口輸入設(shè)備圖形終端鼠標(biāo)、鍵盤數(shù)字化儀掃描儀圖形輸入板……

輸出設(shè)備圖形終端繪圖機打印機……10CAD系統(tǒng)的硬件一般由計算機主機、外存儲器、圖形輸入104（系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件）1.CAD系統(tǒng)軟件

概念：系統(tǒng)軟件指操作系統(tǒng)及語言等，它們不是用戶的具體應(yīng)用程序，而是著眼于計算機資源的有效管理，用戶任務(wù)的有效完成，以及操作的方便，目的是要構(gòu)成一個良好的軟件工作環(huán)境，供應(yīng)用程序的開發(fā)使用。2.2.3CAD系統(tǒng)的軟件11（系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件）1.CAD系統(tǒng)軟件概念：系105系統(tǒng)軟件包括以下軟件：操作系統(tǒng)（OS:OperatingSystem）

具有五方面的管理功能目前最常見的是多用戶、多任務(wù)操作系統(tǒng)，UNIX,Windows。

計算機語言

低級語言（匯編語言）和高級語言。窗口系統(tǒng)

從直觀來看，窗口系統(tǒng)是由窗口、菜單、按鈕等圖形對象組成的一個圖形用戶界面，用戶的操作就是對這些圖形對象的操作。12系統(tǒng)軟件包括以下軟件：操作系統(tǒng)（OS:Operati106網(wǎng)絡(luò)通信及管理軟件

現(xiàn)在CAD系統(tǒng)都是聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，用戶能共享網(wǎng)內(nèi)全部硬軟件資源，可以使工作小組共同進行某個產(chǎn)品的輔助設(shè)計或開發(fā)同一軟件系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)庫管理軟件

數(shù)據(jù)庫是以一定的組織方式存儲在計算機中的相關(guān)的數(shù)據(jù)的集合。支持人們建立、使用和修改數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的軟件稱為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。13網(wǎng)絡(luò)通信及管理軟件1072.CAD應(yīng)用軟件

基本圖形資源軟件

面向設(shè)備驅(qū)動的CGI，面向應(yīng)用的圖形程序包GKS

解決圖形設(shè)計問題二、三維繪圖軟件，幾何造型軟件

解決工程分析與計算問題計算方法庫，優(yōu)化方法庫，有限元分析及其前后置處理程序，機械系統(tǒng)動態(tài)分析軟件，注塑模分析軟件

解決文檔寫作與生成問題142.CAD應(yīng)用軟件基本圖形資源軟件1083.典型CAD軟件簡介1）AutoCAD

AutoCAD是當(dāng)今最流行的二維繪圖軟件，它在二維繪圖領(lǐng)域擁有廣泛的用戶群。AutoCAD有強大的二維功能，如繪圖、編輯、剖面線和圖案繪制、尺寸標(biāo)注以及二次開發(fā)等功能，同時有部分三維功能。AutoCAD提供AutoLISP、ADS、ARX作為二次開發(fā)的工具。

機械、建筑、電子等領(lǐng)域AutoCAD得到廣泛的應(yīng)用153.典型CAD軟件簡介1）AutoCAD機械、建筑1092）Unigraphics(UG)

UG是從二維繪圖、數(shù)控加工編程、曲面造型等功能發(fā)展起來的軟件。UG是UnigraphicsSolutions公司拳頭產(chǎn)品，該公司首次突破傳統(tǒng)CAD/CAM模式，為用戶提供一個全面的產(chǎn)品建模系統(tǒng)。在UG中，優(yōu)越的參數(shù)化和變量化技術(shù)與傳統(tǒng)的實體、線框和表面功能結(jié)合在一起，這一結(jié)合被實踐證明是強有力的，并被大多數(shù)CAD/CAM軟件廠商所采用。3）SolidEdge

(UnigraphicsSolutions)

SOLIDEDGE是真正Windows軟件。SOLIDEDGE是基于參數(shù)和特征實體造型的新一代機械設(shè)計CAD系統(tǒng)，它是為設(shè)計人員專門開發(fā)的，易于理解和操作的實體造型系統(tǒng)。

162）Unigraphics(UG)3）SolidE1104）SolidWorks

SolidWorks是基于Windows平臺的全參數(shù)化特征造型軟件，它可以十分方便地實現(xiàn)復(fù)雜的三維零件實體造型、復(fù)雜裝配和生成工程圖。圖形界面友好，用戶上手快。該軟件可以應(yīng)用于以規(guī)則幾何形體為主的機械產(chǎn)品設(shè)計及生產(chǎn)準(zhǔn)備工作中，其價位適中。

5）ANSYS

ANSYS是最大的有限元分析軟件公司之一的ANSYS公司開發(fā)的，它能與多數(shù)CAD軟件接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，是經(jīng)典的CAE產(chǎn)品。它包括結(jié)構(gòu)分析，流體動力學(xué)分析，電磁場分析等具有靈敏度分析及優(yōu)化分析的能力。174）SolidWorks5）ANSYS1116）Pro/Engineer

Pro/Engineer系統(tǒng)是美國參數(shù)技術(shù)公司(ParametricTechnologyCorporation，簡稱PTC)產(chǎn)品。PTC公司提出單一數(shù)據(jù)庫、參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)的概念改變了機械CAD/CAE/CAM的傳統(tǒng)觀念，這種全新的概念已成為當(dāng)今世界機械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)。可以實現(xiàn)所謂的并行工程。

Pro/Engineer系統(tǒng)主要功能如下:

(1)真正全相關(guān)性，任何修改都會自動反映到所有相關(guān)地方。

(2)具有真正管理并發(fā)進程、實現(xiàn)并行工程的能力。

(3)具有強大的裝配功能，能夠始終保持設(shè)計者的設(shè)計意圖。

(4)容易使用，可以極大地提高設(shè)計效率。

186）Pro/Engineer1127）CATIA

CATIA是由法國DassaultSystem公司開發(fā)，它的集成解決方案覆蓋所有的產(chǎn)品設(shè)計與制造領(lǐng)域，CATIA提供了強大的曲面與曲線造型能力。它是航空航天工業(yè)的主流軟件。一汽集團，上海