重庆科创学院-现代设计方法之第1章计算机辅助设计CAD

1、2022-4-29第一章第一章 计算机辅助设计（计算机辅助设计（CAD）现代设计方法现代设计方法 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29主要内容主要内容l1.1 CAD1.1 CAD系统的发展与应用系统的发展与应用l1.2 CAD1.2 CAD硬件系统硬件系统l1.3 CAD1.3 CAD软件系统软件系统l1.4 1.4 系统接口技术系统接口技术l1.5 CAD1.5 CAD系统的图形处理系统的图形处理重庆科创职业学院第一章第一章 计算机辅助设计（计算机辅助设计（CADCAD） 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院20

2、22-4-29考试重点考试重点lCADCAD的图形输入和输出设备的图形输入和输出设备lCADCAD系统的图形处理系统的图形处理l参数化绘图参数化绘图l实体造型实体造型重庆科创职业学院第一章第一章 计算机辅助设计（计算机辅助设计（CADCAD） 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29考试难点考试难点lCADCAD图形的二维变换图形的二维变换lCADCAD图形的三维变换图形的三维变换l立体图形的消隐立体图形的消隐l参数化绘图参数化绘图重庆科创职业学院第一章第一章 计算机辅助设计（计算机辅助设计（CADCAD） 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创

3、职业学院重庆科创职业学院2022-4-29l1.1.1 CAD1.1.1 CAD的概念的概念 CADCAD是指人们在计算机是指人们在计算机软、硬件软、硬件的辅助的辅助下对产品或工程进行下对产品或工程进行设计、绘图、分析计设计、绘图、分析计算、修改算、修改和和编制技术文件编制技术文件以及以及显示、输出显示、输出的一种设计方法。的一种设计方法。现代设计方法现代设计方法1.1 CAD1.1 CAD系统的发展与应用系统的发展与应用 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29l概念理解概念理解 CADCAD把人类的决策判断、创造能力与计把人类的决策判断、创造能力

4、与计算机的高速运算、信息存储等功能有机结算机的高速运算、信息存储等功能有机结合起来，从而达到缩短工程产品设计周期、合起来，从而达到缩短工程产品设计周期、提高设计质量的目的。提高设计质量的目的。现代设计方法现代设计方法1.1.1 CAD1.1.1 CAD的概念的概念 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29lCADCAD概念的实质在于：概念的实质在于： （1 1）人机各尽所长；）人机各尽所长； （2 2）人机交互结合；）人机交互结合； （3 3）最佳设计效率。）最佳设计效率。1.1.1 CAD1.1.1 CAD的概念的概念 重庆科创职业学院重庆科创职业

5、学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29现代设计方法现代设计方法 1需求分析需求分析2问题定义问题定义3综合设计综合设计4分析、优化分析、优化5评价评价6表示表示7几何造型几何造型8工程分析工程分析1需求分析需求分析2问题定义问题定义3综合设计综合设计4分析、优化分析、优化5评价评价6表示表示9产生设计产生设计结果并评价结果并评价10自动绘图自动绘图常规设计常规设计CAD设计设计1.1.1 CAD1.1.1 CAD的概念的概念 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29专家系统专家系统 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院

6、重庆科创职业学院2022-4-29l准备和酝酿阶段（准备和酝酿阶段（5050年代）年代）初步图形输出能力：图形显示器；滚筒式绘图机；初步图形输出能力：图形显示器；滚筒式绘图机；平板绘图仪；电子管水平平板绘图仪；电子管水平l成长和发展阶段（成长和发展阶段（6060年代）年代）晶体管取代电子管：阴极射线显示器，直接存储器晶体管取代电子管：阴极射线显示器，直接存储器等；等；FORTRANFORTRAN语言的发展与完善；数据处理能力语言的发展与完善；数据处理能力的提高：文件系统的出现。的提高：文件系统的出现。1.1.2 CAD1.1.2 CAD的发展概况的发展概况 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重

7、庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29l 成熟和推广阶段（成熟和推广阶段（7070年代）年代）光栅扫描显示器、光笔、数字化仪等图形输入、输出设备光栅扫描显示器、光笔、数字化仪等图形输入、输出设备不断涌现；完整的不断涌现；完整的CADCAD系统出现人机交互图形技术日臻系统出现人机交互图形技术日臻善，各种现代设计计算和分析方法，以及现代设计方法得善，各种现代设计计算和分析方法，以及现代设计方法得到发展和完善。到发展和完善。CAD/CAMCAD/CAM系统逐步进入中小企业。系统逐步进入中小企业。l 广泛应用阶段（广泛应用阶段（8080年代至今）年代至今）CADCAD系统由小型计算机向微型计

8、算机转化；在发达国家，系统由小型计算机向微型计算机转化；在发达国家，CADCAD技术在制造业得到广泛应用。技术在制造业得到广泛应用。现代设计方法现代设计方法 1.1.2 CAD1.1.2 CAD的发展概况的发展概况 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29 CAD CAD技术曾被美国国家工程科学院评技术曾被美国国家工程科学院评为当代十项最杰出的工程技术成就之一。为当代十项最杰出的工程技术成就之一。 无论是军事工业还是民用工业，无论无论是军事工业还是民用工业，无论是建筑行业还是制造加工行业，无论是机是建筑行业还是制造加工行业，无论是机械、电子、轻纺行业

9、还是文体、影视广告械、电子、轻纺行业还是文体、影视广告行业等都离不开行业等都离不开CADCAD技术。技术。1.1.3 CAD1.1.3 CAD的应用的应用 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29现代设计方法现代设计方法 制造业中的应用：如波音制造业中的应用：如波音777777飞机是世界上第一飞机是世界上第一架实现无纸设计与制造的飞机。架实现无纸设计与制造的飞机。 工程领域中的应用：如建筑设计工程领域中的应用：如建筑设计CADCAD、电子沙盘；、电子沙盘；机械设计机械设计CADCAD等。等。 仿真模拟和动画制作：仿真模拟和动画制作：在电影制作中的成功

10、应用，在电影制作中的成功应用，如如“未来世界未来世界”、“玩具总动员玩具总动员”、“侏罗记公园侏罗记公园”等等 轻工行业的应用：如模具轻工行业的应用：如模具CADCAD和服装和服装CADCAD等。等。 医学中的应用：医学中的应用：计算机辅助手术规划和手术模拟。计算机辅助手术规划和手术模拟。 电子电路中的应用：电子电路中的应用：超大规模集成电路的设计制造。超大规模集成电路的设计制造。 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29l什么是什么是CADCAD系统？系统？以以计算机硬件为基础计算机硬件为基础，系统软件和支撑软件为主系统软件和支撑软件为主体体，应用

11、软件为核心应用软件为核心组成的面向工程设计问题的组成的面向工程设计问题的信息处理系统。信息处理系统。lCADCAD系统与一般计算机系统的差别：系统与一般计算机系统的差别：一般计算机系统：一般计算机系统：计算机计算机+ +外围设备。外围设备。CADCAD系统：系统：人与计算机及外围设备协调运行的系人与计算机及外围设备协调运行的系统。其基本功能是交互性（对话功能）。统。其基本功能是交互性（对话功能）。 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29 按照按照CADCAD系统中采用的计算机类型、外系统中采用的计算机类型、外围设备以及它们之间的联系方式，围设备以及

12、它们之间的联系方式，CADCAD系统系统可分为可分为主机型主机型CADCAD系统、工程工作站系统、工程工作站CADCAD系统、系统、微机微机CADCAD系统和基于网络环境的系统和基于网络环境的CADCAD系统。系统。 1.2.1 CAD系统的分类系统的分类 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29l（1 1）工程工作站系统）工程工作站系统 具有高速的科学计算、丰富的图形处理、灵具有高速的科学计算、丰富的图形处理、灵活的窗口及网络管理功能的交互式计算机系统。活的窗口及网络管理功能的交互式计算机系统。 特点：一个用户用一台计算机，并且具有联特点：一个用户

13、用一台计算机，并且具有联网功能。这也是它与具有分时系统的超级小型机网功能。这也是它与具有分时系统的超级小型机的不同之处。的不同之处。1.2.1 CAD系统的分类系统的分类 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29（2 2）微机）微机CADCAD系统系统 是以一台微机为主的单用户系统。是以一台微机为主的单用户系统。现代设计方法现代设计方法 主机主机操作系统操作系统显示设备：图形显示器显示设备：图形显示器输入设备输入设备外存储器外存储器输出设备输出设备通讯接口通讯接口1.2.1 CAD系统的分类系统的分类 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学

14、院重庆科创职业学院2022-4-29（3 3）网络分布）网络分布CADCAD系统系统 应用计算机技术和通信技术，将分布于各地应用计算机技术和通信技术，将分布于各地的各类计算机以网络形式连接起来进行产品的设的各类计算机以网络形式连接起来进行产品的设计工作计工作.现代设计方法现代设计方法 TCP/IPServerClient文件服务器文件服务器数据库服务器数据库服务器微机微机 工作站工作站.1.2.1 CAD系统的分类系统的分类 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29重庆科创职业学院1.2.2 CAD1.2.2 CAD系统的硬件配置系统的硬件配置CAD

15、CAD硬件硬件 计算机主机计算机主机 图形输入设备图形输入设备图形绘制设备图形绘制设备 图形显示设备图形显示设备扫描仪扫描仪 数字化仪数字化仪 数码相机数码相机 光栅扫描显示器光栅扫描显示器 液晶显示器液晶显示器 打印机打印机 绘图机绘图机 笔式绘图笔式绘图 机机喷墨绘图机喷墨绘图机 光光 笔笔键盘键盘 数据存储设备数据存储设备 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29（1 1）计算机主机）计算机主机 目前目前CADCAD所使用的计算机系统主要有所使用的计算机系统主要有工作工作站和高档微机两种站和高档微机两种，它们的主要特征是，都，它们的主要特征是，

16、都具备很强的图形处理能力，速度较高，使用具备很强的图形处理能力，速度较高，使用较大的内外存以适应较大的内外存以适应CADCAD应用软件的需求。应用软件的需求。 重庆科创职业学院现代设计方法现代设计方法 1.2.2 CAD1.2.2 CAD系统的硬件配置系统的硬件配置 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29 计算机的技术指标主要有计算机的技术指标主要有3 3个方面：一是个方面：一是运运算速度算速度，以，以CPUCPU（中央处理单元）的每秒执行指（中央处理单元）的每秒执行指令数目（令数目（MIPSMIPS，百万次，百万次/ /秒）来衡量，时钟频率秒）来

17、衡量，时钟频率（主频）是影响速度的主要方面；二是（主频）是影响速度的主要方面；二是字长字长，即，即CPUCPU每执行一条指令可以内存提取和处理的数据每执行一条指令可以内存提取和处理的数据位数，例如位数，例如386386、486486为为3232位，位，pentiumpentium是是6464位并位并采用了较新的采用了较新的RISCRISC（精简指令集）技术；三是（精简指令集）技术；三是内内存容量存容量，内存越大，可容纳和处理的程序和数据，内存越大，可容纳和处理的程序和数据量就愈大。量就愈大。重庆科创职业学院现代设计方法现代设计方法1.2.2 CAD1.2.2 CAD系统的硬件配置系统的硬件配置

18、 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29 选用何种计算机系统，应取决于选用何种选用何种计算机系统，应取决于选用何种CADCAD应用软件及应用开发方面的要求。应用软件及应用开发方面的要求。一般来说，高一般来说，高档微机于中小型档微机于中小型CADCAD系统，系统，如二维绘图、如二维绘图、CAD/CAMCAD/CAM、产品信息管理等，具有价廉物美、共享资源丰富产品信息管理等，具有价廉物美、共享资源丰富的特点。而的特点。而工作站适用于集成化工作站适用于集成化CAD/CAM/CAECAD/CAM/CAE系统系统，包括三维建模、分析，数控加工和数据库等，但包

19、括三维建模、分析，数控加工和数据库等，但无论在硬件还是在软件方面均需要较大的投资额无论在硬件还是在软件方面均需要较大的投资额度。度。 重庆科创职业学院现代设计方法1.2.2 CAD1.2.2 CAD系统的硬件配置系统的硬件配置 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29（2 2）图形输入设备）图形输入设备 CADCAD作业中，常需要交互输入和修改产品设计作业中，常需要交互输入和修改产品设计方案的图形，方案的图形，对对。仅用键盘输。仅用键盘输入不能满足快速作业的要求，因而出现了各种各样入不能满足快速作业的要求，因而出现了各种各样的输入设备，如光笔、鼠标器

20、、扫描仪等。的输入设备，如光笔、鼠标器、扫描仪等。 重庆科创职业学院现代设计方法现代设计方法 重庆科创职业学院重庆科创职业学院键盘键盘 光笔光笔 扫描仪扫描仪 鼠标器鼠标器 数字化仪数字化仪由一组按阵列方式装配在一起的按键开关组成由一组按阵列方式装配在一起的按键开关组成可以方便、准确地移动光标进行定位可以方便、准确地移动光标进行定位跟踪控制光标位置和选择菜单跟踪控制光标位置和选择菜单直接把图形扫描进入计算机，以像素信息保存直接把图形扫描进入计算机，以像素信息保存检测装置，将屏幕上的显示状态转换为电信号检测装置，将屏幕上的显示状态转换为电信号1.2.2 CAD1.2.2 CAD系统的硬件配置系统

21、的硬件配置 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29（3 3）图形显示设备）图形显示设备 图形适配器图形适配器是图形显示设备与是图形显示设备与CPUCPU的接口，并控制图形的接口，并控制图形显示的电子器件。显示的电子器件。 图形显示器图形显示器的主要器件是阴极射线管的主要器件是阴极射线管( (CRTCRT) )，目前交互，目前交互图形系统广泛使用的是图形系统广泛使用的是光栅扫描式显示器光栅扫描式显示器，它的显示原理与，它的显示原理与电视机相似。分逐行扫描（水平扫描频率高，应用较多）和电视机相似。分逐行扫描（水平扫描频率高，应用较多）和隔行扫描（质量不

22、太好）。隔行扫描（质量不太好）。衡量图形显示器清晰度的主要指标是分辨率。衡量图形显示器清晰度的主要指标是分辨率。 重庆科创职业学院现代设计方法 重庆科创职业学院重庆科创职业学院1.2.2 CAD1.2.2 CAD系统的硬件配置系统的硬件配置 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29（4 4）图形绘制设备）图形绘制设备 CADCAD设计结果通常以数据表的形式或工程图的设计结果通常以数据表的形式或工程图的形式输出到打印纸或图纸上，以形成后续生产的指形式输出到打印纸或图纸上，以形成后续生产的指导性文件。导性文件。用于输出报表和图纸的硬拷贝设备有打用于输出报

23、表和图纸的硬拷贝设备有打印机和绘图机等。印机和绘图机等。滚筒式、平板式、静电式等滚筒式、平板式、静电式等现代设计方法1.2.2 CAD1.2.2 CAD系统的硬件配置系统的硬件配置 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29（5 5）数据存储设备）数据存储设备l主要指外存储器。主要指外存储器。l应用广泛的是磁带、磁盘（软磁盘和硬应用广泛的是磁带、磁盘（软磁盘和硬磁盘）和光盘几类。磁盘）和光盘几类。 1.2.2 CAD1.2.2 CAD系统的硬件配置系统的硬件配置 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29 软件

24、是实现软件是实现CADCAD各项功能技术的核心。各项功能技术的核心。CADCAD系系统的软件分为三类：统的软件分为三类：系统软件，支撑软件和应用软系统软件，支撑软件和应用软件。件。系统软件与硬件和操作系统环境相关，支撑软系统软件与硬件和操作系统环境相关，支撑软件主要指各种工具软件，应用软件指以支撑软件为件主要指各种工具软件，应用软件指以支撑软件为基础的各种面向工程应用的软件，其中大量的由各基础的各种面向工程应用的软件，其中大量的由各行业的工程设计人员开发。行业的工程设计人员开发。1.3 CAD系统软件系统软件 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29

25、 主要用于计算机管理，维护，控制及运行，以及主要用于计算机管理，维护，控制及运行，以及计算机程序的翻译和执行，它分为以下几类计算机程序的翻译和执行，它分为以下几类: :1.1.操作系统操作系统 操作系统的主要功能是管理文件及各操作系统的主要功能是管理文件及各种输入输出设备。种输入输出设备。Windows 95/98Windows 95/98、 UNIXUNIX、Windows NT Windows NT 2.2.计算机语言（编译系统）计算机语言（编译系统） 是将高级语言编制是将高级语言编制的程序转换成可执行指令的程序。的程序转换成可执行指令的程序。Visual C/C+Visual C/C+、

26、Visual Basic Visual Basic 3.3.网络通信及管理软件网络通信及管理软件。 1.3.1 1.3.1 系统软件系统软件4.4.数据库及数据库管理软件数据库及数据库管理软件。工程数据的管理。工程数据的管理 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29 支撑软件是在系统软件的基础上开发的支撑软件是在系统软件的基础上开发的满足满足CADCAD用户一些共同需要的通用软件或工具用户一些共同需要的通用软件或工具软件，软件，它是它是CADCAD软件系统的核心。软件系统的核心。近近1010多年，多年，由于计算机应用领域的扩大，由于计算机应用领域的扩

27、大，CADCAD支撑软件产支撑软件产品及市场飞速发展，根据应用需求分为以下品及市场飞速发展，根据应用需求分为以下几类几类。1.3.2 1.3.2 支撑软件支撑软件 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29(1)(1)计算机分析软件计算机分析软件 主要用于解决工程设计中的各种数值计算和分析。主要用于解决工程设计中的各种数值计算和分析。1)1)常用数学方法库（函数库）及其可视化软件。常用数学方法库（函数库）及其可视化软件。2)2)工程分析及计算软件。工程分析及计算软件。目前，有限元理论和方法已趋目前，有限元理论和方法已趋成熟，而且求解总是的范围及规模日益

28、扩大，除弹性力学和成熟，而且求解总是的范围及规模日益扩大，除弹性力学和流体力学外，也应用于流动分析、电磁场分析等方面。商品流体力学外，也应用于流动分析、电磁场分析等方面。商品化的有限元分析软件很多，如化的有限元分析软件很多，如SAP-5SAP-5、ADINAADINA、NASTRANNASTRAN、ANSYSANSYS等，一些软件还具有较强的前后置处理功能。等，一些软件还具有较强的前后置处理功能。现代设计方法现代设计方法1.3.2 1.3.2 支撑软件支撑软件 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-293)3)优化设计软件。优化设计软件。优化设计建立在

29、最优化数优化设计建立在最优化数学理论和现代计算技术的基础上，通过迭代学理论和现代计算技术的基础上，通过迭代寻求设计的最优方案。已有不少成熟的优化寻求设计的最优方案。已有不少成熟的优化程序库，如程序库，如LBMLBM公司的公司的ODLODL，我国自主版权的，我国自主版权的“优化方法程序库优化方法程序库OPBOPB-2”-2”等。等。现代设计方法现代设计方法1.3.2 1.3.2 支撑软件支撑软件 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29(2)(2)集成化集成化CAD/CAMCAD/CAM软件软件- -解决几何图形设计问题解决几何图形设计问题l早期主要致

30、力于实现交互式绘图，如早期主要致力于实现交互式绘图，如CADAMCADAM、AUTOCADAUTOCAD的早期版本均主要以二维交互式绘图为主。的早期版本均主要以二维交互式绘图为主。l8080年代中期开始，实体造型技术日趋完善，不少年代中期开始，实体造型技术日趋完善，不少CADCAD系统转向采用实体造型技术定义产品零件的几何系统转向采用实体造型技术定义产品零件的几何模型，进行分析、数控加工、输出工程图等。模型，进行分析、数控加工、输出工程图等。现代设计方法现代设计方法1.3.2 1.3.2 支撑软件支撑软件 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29 现

31、代设计方法现代设计方法l今天，参数化技术、装配设计、并行设计方法今天，参数化技术、装配设计、并行设计方法为各个模块共享几何模型和最终的集成创造了条为各个模块共享几何模型和最终的集成创造了条件。件。目前较流行的目前较流行的CADCAD集成系统有：集成系统有：I-DEASI-DEAS、Pro/EngineerPro/Engineer、UGUG、CADDS-5CADDS-5、CATICATIA A、Siemens-Siemens-DesignDesign等。国内由清华大学和华中理工大学共同等。国内由清华大学和华中理工大学共同开发的开发的CAD-MLSCAD-MLS也初步实现了也初步实现了CADCAD

32、、CAMCAM、FCAFCA、2D2D、数据库管理的集成，但商品化程度仍较低。数据库管理的集成，但商品化程度仍较低。1.3.2 1.3.2 支撑软件支撑软件 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29(3)3)数据库管理系统数据库管理系统(DBMS)(DBMS) 管理庞大的数据信息，提供数据的增删、查询、管理庞大的数据信息，提供数据的增删、查询、共享、安全维护等操作，是用户与数据之间的接口。共享、安全维护等操作，是用户与数据之间的接口。数据库管理系统使用数据库管理系统使用3 3种数据模型，即层次模型、网种数据模型，即层次模型、网状模型、关系模型。状模型

33、、关系模型。目前流行的系统有目前流行的系统有FoxbaseFoxbase、oracleoracle等，它们都属于关系型数据库管理系统，常等，它们都属于关系型数据库管理系统，常用于商业、事务管理。适用于用于商业、事务管理。适用于CAD/CAMCAD/CAM的工程数据库的工程数据库管理系统，数据类型及关系很复杂。管理系统，数据类型及关系很复杂。现代设计方法现代设计方法1.3.2 1.3.2 支撑软件支撑软件 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29在系统软件、支撑软件的基础上，针对某一专门应在系统软件、支撑软件的基础上，针对某一专门应用领域的需要而研制的

34、软件。用领域的需要而研制的软件。这类软件通常由用户这类软件通常由用户结合当前设计工作需要自行开发，也称结合当前设计工作需要自行开发，也称“二次开二次开发发”。如模具设计软件、电器设计软件、机械零件。如模具设计软件、电器设计软件、机械零件设计软件、飞机气流分析软件等均属应用软件。能设计软件、飞机气流分析软件等均属应用软件。能否充分发挥已有否充分发挥已有CADCAD硬件的特点，应用软件的技术开硬件的特点，应用软件的技术开发工作是关键，也是发工作是关键，也是CADCAD工作者的主要任务。工作者的主要任务。1.3.3 1.3.3 应用软件应用软件 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆

35、科创职业学院2022-4-29 开发应用软件应充分利用已有开发应用软件应充分利用已有CADCAD支撑软件的支撑软件的技术及其二次开发功能，而不是从头开始，这样技术及其二次开发功能，而不是从头开始，这样才能保证应用技术的先进性和开发高效性。才能保证应用技术的先进性和开发高效性。需要需要说明的是，应用软件与支撑软件之间并没有本质说明的是，应用软件与支撑软件之间并没有本质的区别，当某一行业的应用软件逐步商品化形成的区别，当某一行业的应用软件逐步商品化形成通用软件产品时，它也可以称为一种支撑软件。通用软件产品时，它也可以称为一种支撑软件。1.3.3 1.3.3 应用软件应用软件 重庆科创职业学院重庆科

36、创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29 专家系统也是一种应用软件。专家系统也是一种应用软件。在设计过程中有在设计过程中有相当一部分工作不是计算机绘图，而是依赖领域专相当一部分工作不是计算机绘图，而是依赖领域专家丰富的实践经验和专门知识，经过专家们进行思家丰富的实践经验和专门知识，经过专家们进行思考、推理和判断才获得解决。使计算机模拟专家解考、推理和判断才获得解决。使计算机模拟专家解决问题的工作过程而编制的智能型计算机程序称为决问题的工作过程而编制的智能型计算机程序称为专家系统。专家系统。1.3.3 1.3.3 应用软件应用软件 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创

37、职业学院重庆科创职业学院2022-4-29CADCAD硬件硬件 计算机主机计算机主机 图形输入设备图形输入设备图形绘制设备图形绘制设备 图形显示设备图形显示设备扫描仪扫描仪 数字化仪数字化仪 数码相机数码相机 图形显示器图形显示器 图形适配器图形适配器 打印机打印机 绘图机绘图机 笔式绘图机笔式绘图机喷墨绘图机喷墨绘图机 光光 笔笔键盘键盘 数据存储设备数据存储设备光栅扫描显示器光栅扫描显示器液晶显示器液晶显示器滚筒式绘图机滚筒式绘图机 图形输出设备图形输出设备光盘光盘 磁带磁带 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29CADCAD软件软件 支撑软件

38、支撑软件 系统软件系统软件应用软件应用软件操作系统操作系统 计算机语言计算机语言 网络通信管理软件网络通信管理软件 数据库及数据库管理软件数据库及数据库管理软件计算机分析软件计算机分析软件 集成化集成化CAD/CAMCAD/CAM软件软件 优化设计软件优化设计软件 数据库管理系统数据库管理系统 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29 图形处理是图形处理是CAD/CAMCAD/CAM中的关键技术，要求全面中的关键技术，要求全面掌握图形处理技术的基础知识掌握图形处理技术的基础知识，包括图形生成、，包括图形生成、编辑和图形变换；掌握图形的消隐算法、实体造

39、编辑和图形变换；掌握图形的消隐算法、实体造型的方法和参数化绘图的概念与原理。型的方法和参数化绘图的概念与原理。重点重点：图形的几何变换、实体造型图形的几何变换、实体造型 难点：难点：图形的几何变换、消隐算法、参数化绘图图形的几何变换、消隐算法、参数化绘图 1.5 CAD1.5 CAD系统的图形处理系统的图形处理 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29 一幅图最简单的几何成份是点和直线，此外一幅图最简单的几何成份是点和直线，此外还有曲线、多边形以及字符串等等。为在输出设还有曲线、多边形以及字符串等等。为在输出设备上输

40、出一个点，就要把应用程序中的坐标信息备上输出一个点，就要把应用程序中的坐标信息转换成所用输出设备的响应指令。转换成所用输出设备的响应指令。 l直线直线 在图形设备上输出一条直线，是通过在应用在图形设备上输出一条直线，是通过在应用程序中对这条直线端点坐标的描述，在输出设备程序中对这条直线端点坐标的描述，在输出设备上将一对端点间的路径加以描述来实现的。上将一对端点间的路径加以描述来实现的。1.5.1 CAD1.5.1 CAD中图形的生成方法中图形的生成方法 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29l二次曲线二次曲线 圆、

41、椭圆、抛物线、双曲线等，将曲线离散成圆、椭圆、抛物线、双曲线等，将曲线离散成小直线段，通过连接各直线段来逼近所要的曲线。小直线段，通过连接各直线段来逼近所要的曲线。n规则的曲线曲面，按照其参数方程实际画出。规则的曲线曲面，按照其参数方程实际画出。n不能用简单的数学模型进行描述的线、面，需由不能用简单的数学模型进行描述的线、面，需由不规则的、离散数据加以构造，通常采用插值法或不规则的、离散数据加以构造，通常采用插值法或曲线拟合法。除此之外还包括曲线曲面的拼接、分曲线拟合法。除此之外还包括曲线曲面的拼接、分解、过渡、光顺、整体修改、局部修改等。解、过渡、光顺、整体修改、局部修改等。 现代设计方法

42、重庆科创职业学院重庆科创职业学院1.5.1 CAD1.5.1 CAD中图形的生成方法中图形的生成方法 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29l字符字符为了在终端显示器或绘图仪上输出字符，系统中必为了在终端显示器或绘图仪上输出字符，系统中必须装备有相应的字符库。字符库中存储了每个字符须装备有相应的字符库。字符库中存储了每个字符的形状信息，分为矢量型、点阵型两种。的形状信息，分为矢量型、点阵型两种。矢量字符矢量字符库库采用矢量代码序列表示字符的各个笔画。采用矢量代码序列表示字符的各个笔画。点阵字点阵字符库符库为每个字符定义了一个字符掩码，即表示该字为每

43、个字符定义了一个字符掩码，即表示该字符的象素图案的一个点阵。符的象素图案的一个点阵。现代设计方法 重庆科创职业学院重庆科创职业学院1.5.1 CAD1.5.1 CAD中图形的生成方法中图形的生成方法 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29l世界坐标系统（世界坐标系统（WCSWCS）CADCAD的基本坐标系统，处于屏幕的左下角，的基本坐标系统，处于屏幕的左下角，由三个相互垂直并相交的坐标轴由三个相互垂直并相交的坐标轴X X、Y Y和和Z Z组成。组成。在绘制和编辑图形的过程中，在绘制和编辑图形的过程中，WCSWCS的坐标原点和的坐标原点和坐标轴方向都

44、不会改变。在系统默认的情况下，坐标轴方向都不会改变。在系统默认的情况下，X X轴正方向水平向右，轴正方向水平向右，Y Y轴正方向垂直向上，轴正方向垂直向上，Z Z轴轴的正方向垂直屏幕平面向外，指向用户。绘制平的正方向垂直屏幕平面向外，指向用户。绘制平面图时，面图时，Z Z轴坐标值为轴坐标值为0 0。 现代设计方法 重庆科创职业学院重庆科创职业学院1.5.2 CAD1.5.2 CAD的坐标系统的坐标系统 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29l设备坐标系设备坐标系(DC)(DC) 绘图软件用于计算机图形显示和绘图绘图软件用于计算机图形显示和绘图仪时，

45、使用的是与图形输出设备有关的绘仪时，使用的是与图形输出设备有关的绘图坐标系，又称之为设备坐标系，即定义图坐标系，又称之为设备坐标系，即定义屏幕域所使用的坐标系统。屏幕域所使用的坐标系统。 现代设计方法现代设计方法 重庆科创职业学院重庆科创职业学院1.5.2 CAD1.5.2 CAD的坐标系统的坐标系统 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29设备坐标系因设备不同而不同，例如，设备坐标系因设备不同而不同，例如，计算机屏计算机屏幕坐标系的坐标原点在屏幕的左上角，向右为幕坐标系的坐标原点在屏幕的左上角，向右为x x方向，向下为方向，向下为y y方向，坐标系

46、中的单位是屏幕的方向，坐标系中的单位是屏幕的最小分辨率单位，取值范围只能为整数，具体的最小分辨率单位，取值范围只能为整数，具体的取值范围与屏幕的分辨率有关。取值范围与屏幕的分辨率有关。对于分辨率设为对于分辨率设为10241024768768的显示器而言，坐标取值为的显示器而言，坐标取值为0010231023与与00767767之间。之间。1.5.2 CAD1.5.2 CAD的坐标系统的坐标系统 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29绘图仪的坐标系绘图仪的坐标系轴向与数学上的笛卡儿坐轴向与数学上的笛卡儿坐标系相同，向

47、上为标系相同，向上为y y轴，向右为轴，向右为x x轴。但原轴。但原点或位于绘图幅面的左下角，或位于中间。点或位于绘图幅面的左下角，或位于中间。坐标单位是绘图仪脉冲当量，多数绘图仪坐标单位是绘图仪脉冲当量，多数绘图仪的一个脉冲当量等于的一个脉冲当量等于0.025mm0.025mm。1.5.2 CAD1.5.2 CAD的坐标系统的坐标系统 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29在系统中，几何图形是最基本的元素。图形在系统中，几何图形是最基本的元素。图形由图形的顶点坐标、顶点之间的拓扑关系以由图形的顶点坐标、顶点之间的

48、拓扑关系以及组成图形的面和线的表达模型所决定。及组成图形的面和线的表达模型所决定。图图形的几何变换归根结底是点的坐标变换。形的几何变换归根结底是点的坐标变换。 1.5.3 1.5.3 图形几何变换的基本原理图形几何变换的基本原理 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29对于平面上的点，有如下齐次变换矩阵：对于平面上的点，有如下齐次变换矩阵：其中其中(x,y(x,y) )为变换之前的点坐标，为变换之前的点坐标，(x(x,y,y) )为变为变换以后的点坐标，换以后的点坐标，T T为变换矩阵。为变换矩阵。1.5.3 1.5

49、.3 图形几何变换的基本原理图形几何变换的基本原理 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29现代设计方法 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 对于由多个点、线、面组成的二维、三维图形，对于由多个点、线、面组成的二维、三维图形， 式中：式中：V-V-变换以前图形的顶点坐标矩阵；变换以前图形的顶点坐标矩阵； - -变换以后图形的顶点坐标矩阵；变换以后图形的顶点坐标矩阵； T- T-图形变换矩阵。图形变换矩阵。 对于二维图形，对于二维图形，T T是是3 3* *3 3阶齐次矩阵；对于三阶齐次矩阵；对于三维图形，维图形，T T

50、是是4 4* *4 4阶齐次矩阵。图形变换的主要工阶齐次矩阵。图形变换的主要工作就是求解变换矩阵作就是求解变换矩阵T T。 1.5.3 1.5.3 图形几何变换的基本原理图形几何变换的基本原理 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29现代设计方法 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 在二维空间中，图形变换矩阵可表示为：在二维空间中，图形变换矩阵可表示为： 其中：其中：a a、b b、c c、d d是对图形进行缩放、对称、旋转、错切是对图形进行缩放、对称、旋转、错切 等变换；等变换； c c、f f是对图形进行平移变换；是对图形进行平移变换； p p、q

51、 q对图形进行透视变换；对图形进行透视变换； s s是对图形进行整体伸缩变换。当是对图形进行整体伸缩变换。当s1s1s1时，图形缩小；当时，图形缩小；当s=1s=1时，图形大小不时，图形大小不 变。即变换后的坐标均为原坐标变。即变换后的坐标均为原坐标x x，y y的的1/s1/s倍。倍。 1.5.3 1.5.3 图形几何变换的基本原理图形几何变换的基本原理 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29现代设计方法 重庆科创职业学院重庆科创职业学院(1)(1)二维图形的基本变换包括以下几种：二维图形的基本变换包括以下几种：平平移变换移变换、比例变换比例变换

52、、对称变换对称变换、旋转变换旋转变换、错切变换错切变换。 1.5.3 1.5.3 图形几何变换的基本原理图形几何变换的基本原理 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29l旋转变换旋转变换 将图形绕固定点顺时针或逆时针方向进行旋转。将图形绕固定点顺时针或逆时针方向进行旋转。规定：逆规定：逆时针方向为正，顺时针方向为负。时针方向为正，顺时针方向为负。下面讨论图形绕原点沿下面讨论图形绕原点沿逆时针方向旋转逆时针方向旋转角的旋转变换。如果点（角的旋转变换。如果点（x, yx, y）沿逆时）沿逆时针旋转针旋转角，变换后的点（角，变换后的点（x x, y, y）

53、，的数学表达式为），的数学表达式为: :现代设计方法 重庆科创职业学院重庆科创职业学院(x, y)yOx1.5.3 1.5.3 图形几何变换的基本原理图形几何变换的基本原理 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29例：在直角坐标系中取关键点例：在直角坐标系中取关键点 依次连接依次连接ABAB，BCBC，所得图形构成字母，所得图形构成字母L L，试确定图形，试确定图形L L经经过绕原点旋转过绕原点旋转4545之后的图形及关键点的坐标。之后的图形及关键点的坐标。1.5.3 1.5.3 图形几何变换的基本原理图形几何变换的基本原理 重庆科创职业学院重庆科创

54、职业学院解：将各关键点坐标组成矩阵解：将各关键点坐标组成矩阵 121111 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29比例变换比例变换比例变换使用比例因子乘以图形的点集，使图形放比例变换使用比例因子乘以图形的点集，使图形放大或缩小的变换。点的比例变换的数学表达式为大或缩小的变换。点的比例变换的数学表达式为: : 齐次坐标变换比例为：齐次坐标变换比例为：现代设计方法 重庆科创职业学院重庆科创职业学院1.5.3 1.5.3 图形几何变换的基本原理图形几何变换的基本原理 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29 (

55、1)(1)当当a = e =1a = e =1时，为恒等比例变换，即图形不变；时，为恒等比例变换，即图形不变；(2)(2)当当a = ea = e1 1时，图形沿两个坐标轴方向等比放大。时，图形沿两个坐标轴方向等比放大。(3)(3)当当a = e 1a = e 0b0，图形沿，图形沿+x+x方向做错切；方向做错切；b0,b0d0，图形沿图形沿+y+y方向做错切；方向做错切；d0,d1s1，则整个图，则整个图形缩小；若形缩小；若s1s1，则整个图形放大。，则整个图形放大。 现代设计方法现代设计方法 重庆科创职业学院重庆科创职业学院1.5.3 1.5.3 图形几何变换的基本原理图形几何变换的基本原

56、理 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29三维对称变换三维对称变换标准的三维空间对称变换标准的三维空间对称变换是相对于坐标平面进行的。是相对于坐标平面进行的。l对对XOYXOY平面的对称变换平面的对称变换, ,其变换矩阵为：其变换矩阵为：现代设计方法 重庆科创职业学院重庆科创职业学院1.5.3 1.5.3 图形几何变换的基本原理图形几何变换的基本原理 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29l 对对YOZYOZ平面的对称

57、变换平面的对称变换, ,其变换矩阵为：其变换矩阵为： l 对对XOZXOZ平面的对称变换平面的对称变换, ,其变换矩阵为：其变换矩阵为：现代设计方法 重庆科创职业学院重庆科创职业学院1.5.3 1.5.3 图形几何变换的基本原理图形几何变换的基本原理 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29三维错切变换三维错切变换 与二维类似，指图形沿与二维类似，指图形沿X X、Y Y、Z Z三个方向的错切三个方向的错切变换。其变换矩阵为：变换。其变换矩阵为：可见，主对角线四个元素均为可见，主对角线四个元素均为1 1，第，第4 4行和第行和第4 4列列其它元素均为其

58、它元素均为0 0。错切变换是画斜轴测图的基础，。错切变换是画斜轴测图的基础，按方向不同，可分为六种基本变换。按方向不同，可分为六种基本变换。 现代设计方法 重庆科创职业学院重庆科创职业学院1.5.3 1.5.3 图形几何变换的基本原理图形几何变换的基本原理 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29l沿沿X X轴含轴含Y Y向错切向错切，变换矩阵为：，变换矩阵为：错切变换为错切变换为: :即即: : x=x+Dy, y=y, z=z ,如下图所示如下图所示: :现代设计方法 重庆科创职业学院重庆科创职业学院错切平面沿错切平面沿X X向滑移向滑移1.5.

59、3 1.5.3 图形几何变换的基本原理图形几何变换的基本原理 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29现代设计方法 重庆科创职业学院重庆科创职业学院1.5.3 1.5.3 图形几何变换的基本原理图形几何变换的基本原理 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-291.5.3 1.5.3 图形几何变换的基本原理图形几何变换的基本原理 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29l沿沿Y Y轴含轴含Z Z向错切向错切，变换矩阵为：，变换矩阵为：

60、 错切变换为错切变换为: :现代设计方法 重庆科创职业学院重庆科创职业学院1.5.3 1.5.3 图形几何变换的基本原理图形几何变换的基本原理 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29现代设计方法 重庆科创职业学院重庆科创职业学院1.5.3 1.5.3 图形几何变换的基本原理图形几何变换的基本原理 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科创职业学院2022-4-29现代设计方法 重庆科创职业学院重庆科创职业学院1.5.3 1.5.3 图形几何变换的基本原理图形几何变换的基本原理 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 重庆科创职业学院重庆科