第三章 计算机辅助工业设计技术.pptVIP

第三章计算机辅助工业设计的技术 ■计算机图形学 ■计算机辅助几何设计 ■CAD实体造型技术 ■参数化设计与特征建模技术 ■智能CAD技术 第一页 3.1 计算机图形学 3.1.1图形与图象 从广义上说，凡是我们眼中所见的一切景物，无论是照片、艺术品、工程图，还是用数学方法描述的形状，都可称为图形。计算机图形学正是研究这些图形在计算机中如何计算、生成，在屏幕上如何显示 . 点阵法（用具有灰度或色彩的点阵表示图形） 参数法（用计算机中所记录图形的形状和属性的参数表示图形） “图形”和”图象” “图形” [矢量图形（vector graphics）] ：用参数描述的图形。 “图像” [光栅图形（raster graphics）] ：以点阵法描述的图形。 第二页 第三页 3.1.2 坐标系与齐次坐标 要清楚地定义描述一个几何图形，或在屏幕上生成相应的几何图形，必须建立相应的坐标系。(根据物体的构造特点建立的坐标系统称世界坐标系,我们在操作许多三维软件时，物体缺省的一般都是世界坐标系.) 图形设备、显示器等使用自己相对独立的坐标系来绘制或显示图形，因此又称屏幕坐标系。(相对于屏幕来说，x轴一直表示水平方向；y轴表示垂直方向；z轴表示深度方向.如图3-1) 在三维形体的生成过程中，常常会使用到视点坐标系。 (坐标的原点位于视点，坐标的一个方向与视线方向一致，这样建立起来的直角坐标系称为视点坐标系.) 坐标系的建立和应用对计算机图形学来说具有重要的意义。而在图形学中具有更重要几何意义的应该是规格化三维齐次坐标系的建立。 第四页 第五页 3.1.4 图形变换 对图形实施移动、旋转、缩放等操作称为图形变换; (例如“把图形先平移，再旋转”这一操作过程，在计算时可用平衡矩阵和旋转矩阵相乘来实现。多个矩阵的接连相乘可以表示任意复杂的图形变换。) 3.1.5 光照明计算 光照明技术主要有两大要素：光源属性, 物体表面属性. (光照明计算的技术在许多三维软件中都有体现。如在3DSMAX中就有各种属性的光源， 以及在材质编辑器中的各种材料属性，它们能真实地营造一种场景效果。 ) 第六页 3.1.6 图形交互技术 (交互技术是计算机辅助设计中重要的部分) 人——机进行信息交流的过程: 设计师在进行操作时，首先要通过交互设备将自己的想法输入计算机，计算机通过计算将结果呈现在设计师面前。设计师通过自己的判断对反馈的信息进行分析把握，然后对其进行修改、调整，再把修改后的信息输入计算机再次处理，如此循环往复，直到设计的东西达到要求为止。 人机交互界面（或称用户接口):人——机之间的一个高效、快捷的信息传递系统;完成任务的方法就叫交互技术. 图形的交互技术包括：交互设备、交互任务和交互控制技术 交互设备包括定位设备、键盘设备、取数设备、选择设备和三维交互设备等方面内容, 它是实现交互技术，完成交互任务的基础。 交互任务是用户输入到计算机的一个信息单元，它包括：定位、字符串输入、选择、 取数等基本任务。 交互控制技术的实现很大程度上依赖于交互设备及支撑环境。 第七页 3.1.7 二维基本几何图形的描述 图形的基本几何元素：点、直线和圆弧 点：一般是用其坐标值定义三维空间P（x,y,z），平面P（x,y） 直线：计算机图形学中采用两点式、直线的参数方程、直线的标准方程及直线的法线方程来表示 圆和圆弧： 给定圆心、半径，绘出一个整圆。R＞0时顺时针；R＜0时逆时针绘制。 给定圆心、半径、起点和终点、圆心角或起止点坐标，绘制一段圆弧。 给定起点、终点和弦高。 在创作复杂的几何图形时，可以通过对基本几何形进行并、交、差运算来生成。 第八页 第九页 3.2 计算机辅助几何设计 3.2.1几何设计的概念及曲线 曲面的数学描述方法 在对自由曲线或曲面的描述中，常用特征点、型值点和插值点这三种类型的点来描述。 特征点：是用来确定曲线或曲面的形状位置，但曲线或曲面不一定经过的点。 型值点：是指用于确定曲线或曲面的位置与形状，并且曲线（面）经过的点。 插值点是指为提高曲线或曲面的精度，在型值点之间插入的一系列的点。 第十页 3.2.2 Bezier曲线 Bezier是法国雷诺汽车公司的一位工程师。他于1962年在研究近似意义上的曲线曲面时，建立了一种自由曲线（面）的设计方法，被称为Bezi