第3章机械工程CAD图形学基础3pptx

1、 机械CAD13.9 图形库1. OpenGLOpenGL是在SGI等多家世界闻名的计算机公司的倡导下，以SGI的GL三维图形库为基础制定的一个通用共享的开放式三维图形标准。目前，包括Microsoft、SGI、IBM、SUN、HP等大公司都采用了OpenGL做为三维图形标准，许多软件厂商也纷纷以OpenGL为基础开发出自己的产品。其中比较著名的产品包括：动画制作软件Softimage和3D Studio MAX、仿真软件Open Inventor、VR软件World Tool Kit、CAM软件Pro/Engineer、GIS软件ARC/INFO等等。 机械CAD2OpenGL的优越性独立于

2、窗口系统和操作系统以它为基础开发的应用程序可以十分方便地在各种平台间移植使用简便，效率高 机械CAD3OpenGL图形库的功能一共有100多个函数。l建模功能。除了提供基本的点、线、多边形的绘制函数外，还提供了复杂的三维物体（球、锥、多面体、茶壶等）以及复杂曲线和曲面（如Bezier、NURBS等曲线或曲面）绘制函数。 l变换功能。基本几何变换和投影变换 l颜色模式设置l光照和材质设置 l纹理映射功能l位图显示和图像增强l双缓存(Double Buffering)动画 机械CAD4毕业设计 机械CAD52. DirectXDirectX是一种应用程序接口（API），它可让以windows为平台

3、的游戏或多媒体程序获得更高的执行效率，加强3d图形和声音效果，并提供设计人员一个共同的硬件驱动标准，让游戏开发者不必为每一品牌的硬件来写不同的驱动程序，也降低用户安装及设置硬件的复杂度。DirectX是由很多API组成的，按照性质分类，可以分为四大部分，显示部分、声音部分、输入部分和网络部分。 机械CAD6基于COM标准设计，包含许多组件每一个组件服务于图形、声音、输入、网络等特定需求DirectX AudioDirectX GraphicsDirectInputDirectPlayDirectShow 机械CAD73. Java3D用于处理、控制和绘制三维场景的编程接口，能支持三维物体生成（

4、或载入其他软件生成的三维物体）光照纹理映射透明效果雾化效果动画物体变形立体图像碰撞检测用户与三维场景交互 机械CAD8 用Java 3D编写的程序可运行于不同的平台和Internet之上对OpenGL和DirectX等进行了有效封装 机械CAD9毕业设计 机械CAD104. 三维几何造型引擎l ACISl Parasolid 三维几何造型引擎ACISACIS是一个基于面向对象软件技术的三维几何造型引擎，它是美国Spatial公司的产品。它可以为应用软件系统提供功能强大的几何造型功能。ACIS作为一个世界级的几何造型平台，集成了当今先进的造型方法与技术，以他为基础开发图形系统或者作为学习研究几何

5、造型技术的工具都可以获得事半功倍的效果。ACIS一词有英国剑桥博士Ian Braid及其同窗Alan Grayer、导师Charles Lang三人的名字的第一个字母再加上Solid（实体）的第一个字母组合而成。 ACIS是用C+技术构造的，它包含了一整套C+类（包括数据成员和方法）和函数，开发人员可以使用这些类和函数构造有关某些终端用户的2/3维软件系统。ACIS可以向应用程序提供一个包括曲线、曲面和实体造型的统一开发环境，它提供了通用的基本造型功能，用户也可以根据自己的特殊需要采用其中的一部分，也可以在这个基础上扩展它的功能。在ACIS中集成了线框造型、曲面造型以及实体造型方法，而且这些造

6、型方法可以在一个统一的数据结构中共存，因此，一个ACIS实体可以用上述方法中的一种和多种同时表示。 从应用角度看，初学者（尤其是在C+环境下的ACIS的初学者）可以把ACIS看成C+环境中的一个图形开发类库，而C+是它的运行环境。C+应用程序与ACIS的接口可以通过API（Application Procedural Interface，应用程序接口）、C+类及其直接接口函数来实现。对于Microsoft的Windows平台，开发人员也可以在MFC（Microsoft Foundation Class，微软基本类库）中使用ACIS接口 ACIS是用C+构造的图形系统开发平台，它包括一系列的C+

7、函数和类（包括数据成员和方法）。开发者可以利用这些功能开发面向终端用户的三维造型系统。ACIS是一个实体造型器，但是线框和曲面模型也可以在ACIS中表示。ACIS通过一个统一的数据结构来同时描述线框、曲面和实体模型，这个数据结构用分层的C+类实现。ACIS利用C+的特点构造了标准的、可维护的接口。API函数在不同ACIS版本之间保持一致性，而类及其接口函数则可能改变。 ACIS中应用到的主要C+概念包括：数据封装、类构造重载、构造拷贝、类方法和操作符重载以及函数重载等。C+没有提供描述几何体的数学基本类，ACIS提供了一些C+基类实现这个功能，并且利用C+的特性可以对它进行了扩充，这样ACIS

8、就可以支持任意几何体的定义和构造功能。 通用实体造型平台Parasolid与Acis均出自剑桥大学Ian Braid于1973年的博士论文他和导师Charles Lang，以及同窗Alan Grayer都有很强的商业意识，1974年在剑桥买下了一幢小住宅楼，创办了Shape Data公司，并于1978年开发出第一代实体造型软件Romulus。1981年美国E&S公司买下Shape Data，着手开发第二代产品Parasolid,1988年并入UG l 1986年美国Spatial Technology公司再次找到Ian Braid等合作，开发了ACISl ACI是Alan Grayer，Cha

9、rles Lang和Ian Braid的名字字首，S是Solid（实体）的字首l ACIS于1989年上市l 由于它的技术性能好，很多CAD厂商都用它替换了自己产品中的原有模块,包括Autodesk公司的MDT等 1993年6月Autodesk与Spatial签约，用ACIS平台开发了MDT三维机械设计系统，成为ACIS的最大用户。之后又重新研制了操作性能更好的Inventor系统。Autodesk的技术副总裁Dominic Gallello依然感到不满足，还想改进Inventor，于是从Spatial买下ACIS版权，从体系结构上加强它对装配件建模的支持。改造中的ACIS称作Shape Ma

10、nager。2000年7月达索收购ACIS后，Braid等宣布退出业界。从1970年算起，Braid等三人合作共事，专注于发展实体造型软件长达30年之久，使之达到国际领先。这在CAD发展史上可能是独一无二的范例。 机械CAD193.10 计算机图形学逆问题图形图像学逆问题研究一直是一个研究热点和难点，正问题指实现3D建模到生成2D图形、图像、视图再标注尺寸过程，这是一种降维过程。逆问题正好相反，是一种升维过程。 机械CAD201. 鼠标定位鼠标只能输入相对(x y)坐标即CRT显示的坐标，三维模型又需要（x,y,z）三个坐标。常用的交互处理技术是指定一个工作平面和当前有效可选集，并采用预显、加

11、亮、三维球等技术，实质是以2D输入来确定受限3D量。3D鼠标。 机械CAD212. 尺寸驱动设计技术人员期望用手勾画出图形轮廓并标上尺寸后，计算机就能自动识别作图思路及潜在的定性约束，如平行、垂直、水平、竖直、相切、相交等，并自动予以变换驱动，并能对非法情况例如尺寸欠约束与过约束、封闭与否等予以处理。计算机二维绘图的理想状态是实现随意的草图勾画和计算机自动理解定性拓扑约束。增加定量尺寸约束后实现自动求解，从而满足参数化系列化设计的工程目标。 机械CAD22常见约束的数学方程描述 机械CAD23 机械CAD24 机械CAD253. 图像矢量化扫描仪和数码相机拍摄的2D图像文件矢量化很有价值。对于

12、黑白图像点阵文件，进行轮廓抽取，实现图形分析、图形识别及尺寸驱动。其技术难点在于达到100准确率、定性定量约束的校正与识别、对于近水平直线、近圆曲线、近相交和虚实线的正确理解，以及尺寸标注、BOM文字数字信息的抽取问题。图像文件矢量化是图像识别与图形理解的关键性基础工作。 机械CAD264. 三维重构三维重构是一种挑战性研究工作，应用潜力巨大。简单而言就是利用获得的多幅2D的图形或图像文件，重构现实空间的3D对象并作智能判断。1）已知工程三视图或双眼视图等，模拟实现工程图技术人员读图思维，重构3D实体过程。难点在于处理隐藏线、面。 机械CAD272）利用多角度拍摄的图像序列（已知相机位置等）。难点在于相机校正及图像内外关节点（轮廓线、面识别）。现有成熟技术仍处于点图像重构识别。3）利用曲面的点集信息（三坐标测量仪或激光测距仪获得）进行曲面器件测绘和三维地形重构。难点在于特殊情况如悬崖峭壁及深堑、凹部处理。 机械CAD295. 内外识别一种