第一讲cad系统、图形生成的基本原理

工程建设计算机辅助设计课程类型：技术基础课学时： 48教学安排：讲课 24学时，上机联系 24学时考核：平时成绩与考试成绩综合一、计算机辅助设计与计算机绘图1、计算机辅助设计（ computer aided design,CAD）是一种用计算机软、硬件系统辅助人们对产品或工程进行设计的方法和技术，包括设计、绘图、工程分析与文档制作等设计活动。2、计算机绘图利用计算机软、硬件系统绘制和标注图形的一种方法和技术。第 1章 计算机辅助设计系统二、计算机辅助设计的特点和应用1、计算机辅助设计的特点设计周期短、设计质量高、设计成本低2、计算机辅助设计的应用领域军事、民用工业、建筑业、制造工业、电力、化工、轻纺、文体、影视广告等。三、 CAD硬件系统CAD硬件系统由计算机主机、图形输入设备、图形输出设备、网络通信设备及其他一些常用外部设备组成。四、 CAD软件系统CAD软件系统包括系统软件和 CAD支撑软件1、系统软件：操作系统、窗口系统、网络通信软件、数 据库管理系统、其他管理软件。2、 CAD支撑软件：指支撑 CAD工作的一些软件。其具有以下功能（ 1）分析程序：对零部件进行分析计算，如优化程序、有限元分析程序、动态分析程序、注塑模具分析程序 等。（ 2）产品数据管理软件：对 CAD过程的图纸、文档、数据文件的电子化管理。五、配置 CAD系统配置 CAD系统应从以下方面考虑1、系统的性能价格比2、系统的开放性与可移植性3、系统的可靠性与可维护性4、系统是否具有良好的版本兼容性5、厂家的信誉、技术力量、才力、培训资料、售后服务等方面的情况如何6、系统是否具有较高的市场占有率第 2章 图形生成的基本原理一、基本概念1、用户坐标系和设备坐标系用户坐标系：是符合右手定则的空间直角坐标系或平面直角坐标系，用于用户作图的自然空间。包括绝对直角坐标系和相对直角坐标系。数据的类型和范围不受限制。设备坐标系：是指物理设备提供的作图范围。它只能是平面的（二维的）。数据的范围受物理设备的限制，只能是整型。如图所示2、窗口和视口窗口（ window）： 指用户坐标系内的一个矩形区域。用窗口可确定用户要显示的图形范围。视口（ viewport）： 屏幕上的一个矩形区域。用视口、可确定在屏幕的哪个位置以及多大的矩形区域，显示窗口内的图形。窗口和视口的数量可不只一个。一个视口只能对应一个窗口，一个窗口可以对应多个视口。一般情况是将屏幕的作图区域作为一个视口。 如图所示3、裁剪和变换（ 1）裁剪：为了保证窗口内的图形显示到屏幕上，需要用窗口的边框对图形进行裁剪，去掉窗口以外的部分，这一过程称为裁剪。 如图所示（ 2）变换：将窗口内的图形映射到屏幕视口内的过程。变换过程中涉及比例变换、旋转变换和平移。 如图所示二、图形生成的过程图形生成的过程包括以下五个步骤：1、定义图形2、用当前视口对应的窗口裁剪图形3、将裁剪后的图形变换到屏幕坐标系的视口4、写入视口所对应的缓冲区（先将矢量图形转换成图象，然后再将图象信息写入缓冲区）5、显示缓冲区的内容如图所示三、图形编辑的原理图形编辑是绘图软件的主要优势（相对于人工编辑而言），图形编辑操作的过程为：（ 1）选择待编辑的图形对象（ 2）根据命令的提示给出所要求的数据（ 3）生成修改后的图形对象或构造出新的图形对象要弄清楚图形编辑的原理，首先要了解图形元素的数据结构。1、图形元素的数据结构图形元素是构成图形的基本单元，如点、直线、圆、圆弧、多边形等。一个图形元素应包含以下信息：（ 1）图形元素的种类（ 2）图形元素的几何信息（ 3）图形元素的非几何信息（ 4）图形元素的指针（存放图形元素的地址）信息如图所示为图形元素的数据结构生成一个新的图形元素的步骤如下：（ 1）根据图形元素的种类，动态地为新节点申请存储空间（ 2）根据用户输入的数据。画出新的图形元素（ 3）将新图形元素的数据存入新节点的相应数据域，再将新节点的后继数据域赋空值（ 4）将图形链表尾节点的后继域存入该新节点的地址，将新节点的前趋域存放当前尾节点的地址，使新节点成为图形链表的尾节点2、选择图形对象（ 1）选择方法 常见图形选择方法有以下几种： 单点选择 通过一个矩形窗口，选择窗口内、与窗口相交或窗口外的图形对象 通过一个圆，选择圆内、与圆相交或圆外的图形对象 通过一个多边形，选择多边形内、与多边形相交或多边形之外的图形对象 通过一条折线，选择与该折线相交的图形对象 “Last”， 即选择最后生成的图形对象（ 2）选择集操作被选择的图形对象有时必须是单个，有时可以是多个。被选择的图形对象的集合称为选择集。 单个图形对象的选择 多个图形对象的选择 图形系统一般设置了三种选择集的操作模式1） Add（ 添加模式）2） Remove（ 移去模式）3） Undo（ 取消最近一次选择结果）选择集存放的是被选择的图形对象的地址，为了便于实现对选择集的增、删操作，通常以线性链表作为其数据结构， 如图所示 。3、图形编辑的过程图形编辑的命令很多，但都是由选择、修改、删除、增加这几个基本编辑过程构成。（ 1） 删除一个图形元素（ 2） 修改一个图形元素（ 3） 增加一个图形元素有些编辑命令不仅能产生新的图形元素，而且还要修改原有图形元素，甚至改变图形元素的种类。如图所示 为复制一条直线的运算示意图。返回返回返回返回删除一个图形元素（ 1）根据选择集提供的图形元素的地址，得到这个图形元素的所有信息。（ 2）根据这个图形元素的种类、线型、几何数据，用背景色画出这个图形元素，从表面上看