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CAD 系统的硬件 陈渭 2009.10 CAD 系统的硬件 2.1 计算机系统 2.2 输入和输出装置 2.3 3D 数据获取及其应用 2.1 计算机系统 1、 大型计算机和图形终端  * 功能强大 * 不方便 * 成本高 2、 专用 CAD 系统 * 专门 用于CAD, 由一个超小型机和几个设计工作站组成 * 遵循 “中心控制概念 * 不方便和不 够强以处理3D复杂建模 3、 工作站 高端个人计算机 * 支持多任务 * 支持网络和文件共享 * 成本低 * 现在和趋势 2.2 输入和输出装置 2.1.1 图形输出设备 两种光栅显示设备 (CRT 和 LCD) 图形输出技术 图形输出设备－矢量设备 图形输出设备-光栅设备 图形输出设备-光栅设备 LCD 和 等离子显示 CRT、LCD 、PDP、LED比较 关键技术术语 CRT的刷新率 是指每秒屏幕重新画多少次. 低的刷新率会使屏幕闪烁和眼睛疲劳. 17英寸显示器刷新率 75 Hz 大的是 85 Hz. LCD 不闪烁，所以刷新率不重要. 点距是同色磷点之间的距离，单位是毫米. 点距越小图像越好. 优化的点距是 0.26 mm 或更小 (通常以点距问价). 亮度: LCD 提供不同背景亮度. 亮度单位为 nits. 大多 LCDs 提供大多用户觉得可以地150-200 nits. LCD 背景亮度可以工作1－5万小时. 数字光处理? -DLP? 由德州仪器公司生产的基于半导体, 的显示 (1993) 一个小平镜安装 在DLP? 投影系统的小悬臂上可以倾斜或离开光源 (ON/OFF)-生成亮或暗点在投影平面. DLP? 投影系统的的灯泡产生白光当它投到投影平面时通过一个彩色转轮. DLP? 投影系统 1-芯片和 3-芯片系统 光真空管显示 高性能计算与高端虚拟化 图形输入设备 图形输入设备: 图形输入设备: 图形输入设备: 图形输入设备: 图形输入设备: 2.3 3D 数据获取及其应用 2D 图形: (对每个象素: X 和 Y 坐标 和光强). 强度可以时灰色 (8 bits: 0 – 255) 或彩色 RGB (24 bits). 从测距传感设备或3D 摄像机得到的3D 图像/数据–根据它们的 x, y, z 坐标定义数据点 (可以是点数据). * 机械传感器 (测量和扫描) * 激光扫描 * 基于三角测量测距传感设备 * 基于消耗时间测距传感设备 * 基于 CAD模型的机器视觉生成: * 反求工程 * 机器视觉和智能机器人 * 车辆尺寸测量和交通监视 * 扫描 3D 物体, 人体, 艺术作品 以自由形状的汽车设计为例 汽车设计和CAD模型生成 根据3D CAD模型用5轴CNC铣床加工的全尺寸泡沫塑料汽车模型 根据3D CAD模型用5轴CNC铣床加工的全尺寸泡沫塑料汽车模型 利用多个图像3D测距和物体/工作空间建模 用 3D 位置传感器 (3D 摄像机) 获得 3D 云点数据 两种选择: 基于三角测量: 可见激光, 短距, 准确 基于消耗时间: 激光和微波, 长程, 不够准确 基于三角测量测距仪 基于消耗时间的测距仪 反求工程中处理 3D 位置数据获得 3D CAD 模型 处理 3D 位置数据 – 3D 云点数据 →基于截面的 CAD 模型 – 生成物体及空间的完全描述 – 传感器融合 形成表面模型和 进行反求工程 –基于截面的 CAD 模型 → 表面模型 → CNC 加工; RP等. 多视图融合和模型生成 用于商业和超尺寸车辆的自动车辆尺寸测量系统 可在收费站实施 实时车辆尺寸测 量 复杂车辆形状 速度120 km/小时地车辆尺寸测量 恶劣天气条件 高度和宽度误差: 15 cm 长度精度: 30 cm 用红外激光测距仪对运动车辆进行自动实时尺寸测量 反求工程和自动 CNC 工具路径生成 用于高效和高质量装饰件加工 基于 3D 扫描的几何建模 挑战: – 准确/照明/范围 (选择正确的 3D 传感器技术) – 阻塞 (障碍)/多视点融合 – 多层建模: 云点 /截面/表面/实体 应用: – 反求工程 (e.g. Face Mask) – 尺寸测量 (e.g. Moving Vehicle) – 物体辨识 (e.g. Moving Vehicle) – 3D CAD 模型生成 – 3D 雕刻文件 – 做鞋 – 电影人物制作/计算机游戏 作业: – 找和阅读 3D 长程传感器 用机械传感器扫描 基于三角测量测距仪 * * 计算机