重庆科创学院-现代设计方法之第1章计算机辅助设计CAD.ppt

第一章 计算机辅助设计（CAD） 主讲人 魏良庆 2010年9月 主要内容 1.1 CAD系统的发展与应用 1.2 CAD硬件系统 1.3 CAD软件系统 1.4 系统接口技术 1.5 CAD系统的图形处理 考试重点 CAD的图形输入和输出设备 CAD系统的图形处理 参数化绘图 实体造型 考试难点 CAD图形的二维变换 CAD图形的三维变换 立体图形的消隐 参数化绘图 1.1 CAD系统的发展与应用 1.1.1 CAD的概念 CAD是指人们在计算机软、硬件的辅助下对产品或工程进行设计、绘图、分析计算、修改和编制技术文件以及显示、输出的一种设计方法。 1.1.1 CAD的概念 概念理解 CAD把人类的决策判断、创造能力与计算机的高速运算、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、提高设计质量的目的。 CAD概念的实质在于： （1）人机各尽所长； （2）人机交互结合； （3）最佳设计效率。 准备和酝酿阶段（50年代） 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 成长和发展阶段（60年代） 晶体管取代电子管：阴极射线显示器，直接存储器 等；FORTRAN语言的发展与完善；数据处理能力 的提高：文件系统的出现。 成熟和推广阶段（70年代） 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CAD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 到发展和完善。CAD/CAM系统逐步进入中小企业。 广泛应用阶段（80年代至今） CAD系统由小型计算机向微型计算机转化；在发达国家， CAD技术在制造业得到广泛应用。 CAD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。 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，无论是机械、电子、轻纺行业还是文体、影视广告行业等都离不开CAD技术。 制造业中的应用：如波音777飞机是世界上第一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CAD、电子沙盘；机械设计CAD等。 仿真模拟和动画制作：在电影制作中的成功应用，如“未来世界”、“玩具总动员”、“侏罗记公园”等 轻工行业的应用：如模具CAD和服装CAD等。 医学中的应用：计算机辅助手术规划和手术模拟。 电子电路中的应用：超大规模集成电路的设计制造。 1.2 CAD硬件系统 什么是CAD系统？ 以计算机硬件为基础，系统软件和支撑软件为主体，应用软件为核心组成的面向工程设计问题的信息处理系统。 CAD系统与一般计算机系统的差别： 一般计算机系统：计算机+外围设备。 CAD系统：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）。 1.2.1 CAD系统的分类 按照CAD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，CAD系统可分为主机型CAD系统、工程工作站CAD系统、微机CAD系统和基于网络环境的CAD系统。 （1）工程工作站系统 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。 特点：一个用户用一台计算机，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的不同之处。 （2）微机CAD系统 是以一台微机为主的单用户系统。 （3）网络分布CAD系统 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计工作. （5）数据存储设备 主要指外存储器。 应用广泛的是磁带、磁盘（软磁盘和硬磁盘）和光盘几类。 图形处理是CAD/CAM中的关键技术，要求全面掌握图形处理技术的基础知识，包括图形生成、编辑和图形变换；掌握图形的消隐算法、实体造型的方法和参数化绘图的概念与原理。 重点：图形的几何变换、实体造型 难点：图形的几何变换、消隐算法、参数化绘图 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。 直线 　　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，在输出设备上将一对端点间的路径加以描述来实现的。 二次曲线 　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。 规则的曲线曲面，按照其参数方程实际画出。 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。 字符为