cad復(fù)習(xí)

1、開(kāi)發(fā)焊接CAD軟件作業(yè)作業(yè)結(jié)果：1、1/3同學(xué)交白卷。2、1/3同學(xué)僅有軟件的功能設(shè)想，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)辦法。3、部分實(shí)現(xiàn)方法不切實(shí)際，如用掃描儀去掃描實(shí)際結(jié)構(gòu)。,作業(yè)亮點(diǎn)：1、多數(shù)同學(xué)考慮到了工程數(shù)據(jù)的重要性，提到了相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立。2、思路較多，涵蓋范圍較廣包括：工藝、組織、使用性能、檢測(cè)、監(jiān)控、反饋控制、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、仿真、全自動(dòng)化、autocad菜單開(kāi)發(fā)、lisp程序與數(shù)據(jù)處理、紅外測(cè)量、溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、語(yǔ)音輸入等。,1、明確

2、設(shè)計(jì)目標(biāo)軟件擬實(shí)現(xiàn)什么功能？用戶輸入什么？軟件輸出什么？用戶與軟件交互方式？2、考慮軟件運(yùn)行流程，以確定軟件框架。3、考慮軟件各組成部分如何實(shí)現(xiàn)。,復(fù)習(xí),相關(guān)術(shù)語(yǔ)CG(Computer Graphics）—計(jì)算機(jī)繪圖CAD(Computer Aided Design) —計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAPP(Process Planning) —計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃CAM(Computer Aided Manufacturing

3、) —計(jì)算機(jī)輔助制造CAE(Computer Aided Engineerring) —計(jì)算機(jī)輔助工程分析CAQ(Computer Aided Quality) —計(jì)算機(jī)輔助質(zhì)量CAD/CAM—計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造MIS (Management Information System) —管理信息系統(tǒng)PDM (Product Data Management) —產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理CIMS (Computer Intergrated

4、Manufacturing) —計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)IMS (Inteligent Manufacturing System) —智能制造系統(tǒng)VMS (Virtual Manufacturing System) —虛擬制造系統(tǒng),為什么要使用CAD/CAE/CAM,人與計(jì)算機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)比較,CAD技術(shù)是工程技術(shù)人員與計(jì)算機(jī)相結(jié)合、各盡所長(zhǎng)、應(yīng)用多學(xué)科的技術(shù)方法綜合有效地進(jìn)行問(wèn)題求解的先進(jìn)信息處理技術(shù)。 定義的實(shí)質(zhì)：1）人機(jī)各盡所長(zhǎng)

5、。 2）人機(jī)交互結(jié)合。 3）最佳設(shè)計(jì)效率。 4）CAD與設(shè)計(jì)自動(dòng)化,計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的發(fā)展： 80年代以來(lái)，32位微機(jī)工作站和微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展和普及和功能強(qiáng)大的外圍設(shè)備，極大地推動(dòng)了CAD技術(shù)的發(fā)展。 軟件技術(shù)的發(fā)展：如DOS系統(tǒng)到WINDOWS平臺(tái)。 C

6、AD造型技術(shù)理論發(fā)展：線框造型、曲面造型、實(shí)體造型、參數(shù)化設(shè)計(jì)及變量化設(shè)計(jì)等。 數(shù)值計(jì)算方法的發(fā)展,計(jì)算機(jī)輔助工程泛指包括分析、計(jì)算和仿真在內(nèi)的一切研發(fā)活動(dòng)。其核心是有限元理論和數(shù)值計(jì)算方法。,狹義和廣義兩種含義。廣義的指借助計(jì)算機(jī)來(lái)完成從生產(chǎn)準(zhǔn)備到產(chǎn)品制造過(guò)程的各項(xiàng)活動(dòng)，包括工藝過(guò)程設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控加工編程、生產(chǎn)作業(yè)規(guī)劃、制造過(guò)程控制、質(zhì)量檢測(cè)與分析等。狹義的通常指數(shù)控編程技術(shù)。其核心技術(shù)是數(shù)控加工技

7、術(shù)和機(jī)器人技術(shù)。,CAM定義：計(jì)算機(jī)輔助制造是利用計(jì)算機(jī)對(duì)制造過(guò)程進(jìn)行設(shè)計(jì)、管理和控制。一般說(shuō)來(lái)，計(jì)算機(jī)輔助制造包括工藝設(shè)計(jì)、數(shù)控編程和機(jī)器人編程等內(nèi)容。工藝設(shè)計(jì)主要是確定零件的加工方法、加工順序和所用設(shè)備。近年來(lái)，計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)(CAPP)已逐漸形成了一門獨(dú)立的技術(shù)分支。當(dāng)采用NC(Numerical Control數(shù)控)機(jī)床加工零件時(shí)，需要編制NC機(jī)床的控制程序。計(jì)算機(jī)輔助編制NC程序，不但效率高，而且錯(cuò)誤率很低。在自動(dòng)

8、化的生產(chǎn)線上，采用機(jī)器人完成裝配和傳送等項(xiàng)任務(wù)。利用計(jì)算機(jī)也可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人編程。,CAM (computer Aided Manufacturing，計(jì)算機(jī)輔助制造)：利用計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備管理控制和操作的過(guò)程。它輸入信息是零件的工藝路線和工序內(nèi)容，輸出信息是刀具加工時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡(刀位文件)和數(shù)控程序。,CAD系統(tǒng)的功能1、造型功能2、優(yōu)化功能3、綜合評(píng)價(jià)功能4、信息交換功能,1、建模2、工程分析有限元分析：結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析

9、、動(dòng)力學(xué)分析、結(jié)構(gòu)非線性分析、熱傳導(dǎo)分析、流體力學(xué)分析、空氣動(dòng)力學(xué)分析等。機(jī)構(gòu)分析：分析和評(píng)估平面連桿機(jī)構(gòu)及空間機(jī)構(gòu)的功能、多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析等3、模擬仿真機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)分析得到的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、動(dòng)畫顯示、裝備過(guò)程、切削、鑄造、焊接、成型、物流等工藝過(guò)程的分析預(yù)測(cè)等。,制造過(guò)程有關(guān)信息的采集及對(duì)過(guò)程的控制、計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)(CAPP)、計(jì)算機(jī)輔助質(zhì)量控制、計(jì)算機(jī)集成生產(chǎn)管理、計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控加工編程、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理 （ PDM ）等。,第

10、二節(jié) CAD/CAM系統(tǒng)的分類,可以從不同的角度加以分類： 按系統(tǒng)的功能范圍：CAD/CAM系統(tǒng)可分為通用系統(tǒng)和專用系統(tǒng)兩類。 按運(yùn)行方式，CAD/CAM系統(tǒng)可分為交互式系統(tǒng)和自動(dòng)化系統(tǒng)。,按系統(tǒng)所用的計(jì)算機(jī)類型和終端與主機(jī)構(gòu)成方式不同一般可分為四類。 1．大型機(jī)直連型(集中型) 這種系統(tǒng)以大(中、小)型計(jì)算機(jī)為主機(jī)，通過(guò)遠(yuǎn)程分時(shí)終端與主機(jī)連接。 2．功能分散型(智能終端

11、)系統(tǒng) 這種系統(tǒng)是集中型的改進(jìn)，使負(fù)荷分散在幾個(gè)CPU上。 3 ．獨(dú)立使用型(交鑰匙)系統(tǒng) 它是以小型或高檔微機(jī)作為主機(jī)，直接與終端(或工作站)相連。 4．微機(jī)／PC機(jī)型系統(tǒng)。微機(jī)／PC機(jī)CAD系統(tǒng)，是一類單用戶以微機(jī)為主機(jī)的基本系統(tǒng)。,按工作方式和功能分類 ： 1）檢索型CAD系統(tǒng)。 2）自動(dòng)型CAD系統(tǒng)。 3）交互型C

12、AD系統(tǒng)。 4）智能型CAD系統(tǒng)。,第2章 CAD/CAM系統(tǒng)的組成,2.1 硬件組成2.2 軟件組成2.3 CAD系統(tǒng)的分類,目錄,返回,2.1.1 計(jì)算機(jī)主機(jī)2.1.2 外存儲(chǔ)器2.1.3 輸入/輸出設(shè)備,2.1 硬件組成,目錄,返回,硬件是CAD/CAM系統(tǒng)運(yùn)行的物質(zhì)基礎(chǔ)。主要包括：計(jì)算機(jī)主機(jī)輸入設(shè)備輸出設(shè)備存儲(chǔ)器生產(chǎn)設(shè)備以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等CAD系統(tǒng)的基本硬件構(gòu)成如圖2.

13、1所示。,,,圖2.1 CAD系統(tǒng)的基本硬件構(gòu)成,2.2.1 系統(tǒng)軟件2.2.2 支撐軟件2.2.3 應(yīng)用軟件,2.2 軟件組成,目錄,返回,軟件一般指計(jì)算機(jī)運(yùn)行所需的各種程序、數(shù)據(jù)及相關(guān)的文檔。CAD/CAM系統(tǒng)的軟件根據(jù)其功能可分為系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用軟件等三個(gè)層次。圖2.3表示了這些軟件間的層次關(guān)系。,,圖2.3 CAD系統(tǒng)的軟件組成,2.2.1 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件指使用、管理、控制計(jì)算機(jī)運(yùn)行的操作系統(tǒng)及語(yǔ)言

14、處理程序等的集合，是用戶與計(jì)算機(jī)硬件的連接紐帶。是支撐軟件和應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)，主要包括操作系統(tǒng)和編譯系統(tǒng)。1. 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件的核心，主要功能是處理機(jī)管理、存貯管理、設(shè)備管理、文件管理和作業(yè)管理。工作站：UNIX、WindowsNT/2000/XP等微機(jī)上主要采用Windows系列操作系統(tǒng)。,2. 編譯系統(tǒng)將用匯編語(yǔ)言、高級(jí)語(yǔ)言編寫的程序翻譯成計(jì)算機(jī)能夠直接執(zhí)行的機(jī)器指令。有了編譯系統(tǒng)，用戶就可以用接近人類自然語(yǔ)

15、言和數(shù)學(xué)語(yǔ)言的方式編寫程序，而翻譯成機(jī)器指令的工作則由編譯系統(tǒng)完成。目前，國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用的高級(jí)語(yǔ)言，如FORTRAN、PASCAL、Visual C++、Visual Basic等均有各自的編譯系統(tǒng)。,2.2.2 支撐軟件在系統(tǒng)軟件基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的、滿足CAD用戶某些需要的通用軟件或工具軟件。支撐軟件所提供的功能可分為以下幾種：1. 圖形軟件基本圖形軟件是根據(jù)各種圖形標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范實(shí)現(xiàn)的軟件包，大多是供各種應(yīng)用程序調(diào)

16、用的圖形程序庫(kù)或函數(shù)庫(kù)。如CGI、GKS、PHIGS、OpenGL等。這類圖形資源軟件通常與設(shè)備無(wú)關(guān)。,2. 幾何建模軟件通常，幾何造型軟件包括實(shí)體造型、曲面造型以及近年來(lái)得到迅速發(fā)展的特征造型、參數(shù)化造型、裝配造型等。例如I-DEAS、Pro/ENGINEER、Unigraphics(簡(jiǎn)稱UG)等軟件都提供了很完善的幾何建模功能。3. 工程分析和計(jì)算軟件滿足實(shí)際生產(chǎn)各種工程分析和計(jì)算的需要。這些功能不可能也不必要在CA

17、D應(yīng)用軟件中全部實(shí)現(xiàn)，而是以這些工程分析和計(jì)算軟件作為支撐。,主要包括：1) 常用數(shù)學(xué)方法庫(kù)用于解決各類數(shù)學(xué)問(wèn)題，如提供解微分方程、線性方程組、數(shù)值積分、有限差分、曲線(面)擬合等的計(jì)算機(jī)程序。2) 有限元分析軟件常見(jiàn)的有限元分析軟件有SAP、SKA、NASTRAN、ANSYS等。3) 優(yōu)化方法軟件4) 模擬仿真軟件如機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析軟件ADAMS。,4. 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(Da

18、ta Base Management System，DBMS)是在操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立的操縱和管理數(shù)據(jù)庫(kù)的軟件。用戶需通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)使用數(shù)據(jù)庫(kù)，因而它是用戶和數(shù)據(jù)庫(kù)之間的接口。目前廣泛應(yīng)用的商用數(shù)據(jù)庫(kù)管理如INGRES、PB、ORACLE、SYBASE、FOXPRO等關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。CAD/CAM涉及大量的圖形信息，需要工程數(shù)據(jù)庫(kù)的支持，但這類軟件尚不夠成熟。,5. 網(wǎng)絡(luò)工程軟件網(wǎng)絡(luò)工程軟件包括服務(wù)器操作系統(tǒng)、文件

19、服務(wù)器軟件、通信軟件等。應(yīng)用這些軟件可進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)管理、存儲(chǔ)管理、任務(wù)調(diào)度、用戶間通信、軟硬件共享等工作。6. NC編程軟件供CAD/CAM系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換和輸出NC加工指令之用。另外，有些CAD軟件中已經(jīng)集成了CAE，其功能涵蓋了設(shè)計(jì)、建模、工程分析等方面的功能，例如UG軟件。,2.2.3 應(yīng)用軟件 應(yīng)用軟件是用戶為解決實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題而自行開(kāi)發(fā)或委托開(kāi)發(fā)的程序系統(tǒng)。它是在系統(tǒng)軟件的基礎(chǔ)上，或用高級(jí)語(yǔ)言編程，或基

20、于某種支撐軟件，針對(duì)特定的問(wèn)題設(shè)計(jì)研制，既可為一個(gè)用戶使用，也可為多個(gè)用戶使用的軟件。當(dāng)前，幾乎所有的CAD系統(tǒng)軟件都提供相應(yīng)的二次開(kāi)發(fā)工具。如：AutoCAD內(nèi)置的VisualLisp開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，支持面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的Activex接口；UG的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)工具UG/Open API等。,2.3.1 按硬件組成分類2.3.2 按工作方式分類2.3.3 按功能分類,2.3 CAD系統(tǒng)的分類,目錄,返回,2.3.2 按工作方式

21、分類CAD系統(tǒng)按其工作方式可分為檢索型、自動(dòng)型、交互型和智能型CAD系統(tǒng)4大類。1. 檢索型預(yù)先將已定型的產(chǎn)品資料(圖樣、技術(shù)文件等)存入計(jì)算機(jī)，并設(shè)計(jì)檢索程序。系統(tǒng)根據(jù)用戶輸入的設(shè)計(jì)參數(shù)，選擇標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品圖樣及有關(guān)數(shù)據(jù)，并調(diào)用系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)程序庫(kù)及圖形庫(kù)，計(jì)算相應(yīng)的參數(shù)及繪制圖形。適用于產(chǎn)品定型之后標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的設(shè)計(jì)。不適于新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。,2. 自動(dòng)型自動(dòng)型系統(tǒng)是設(shè)計(jì)者預(yù)先將待解決的問(wèn)題建立數(shù)學(xué)模型，找到目

22、標(biāo)函數(shù)，將其求解過(guò)程編制程序形成的系統(tǒng)。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，根據(jù)輸入的參數(shù)自動(dòng)進(jìn)行數(shù)學(xué)模型求解，不需人工介入。適用于事先能夠用數(shù)學(xué)模型描述的一類設(shè)計(jì)問(wèn)題。其工作流程圖如圖2.4所示。,,圖2.4 自動(dòng)型CAD系統(tǒng)工作流程圖,3. 交互型交互型系統(tǒng)是利用輸入、輸出設(shè)備，通過(guò)人機(jī)對(duì)話的方式工作的。圖2.5為交互式CAD系統(tǒng)的工作流程圖。由于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)是一個(gè)設(shè)計(jì)、分析、計(jì)算、顯示、修改，不斷反復(fù)的過(guò)程，計(jì)算機(jī)不能代替人的全部思維活動(dòng)，

23、將人的創(chuàng)造性與計(jì)算機(jī)特性充分結(jié)合的系統(tǒng)，是現(xiàn)代CAD應(yīng)用系統(tǒng)的主要類型，適合于新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)工作。,,圖2.5 交互型CAD系統(tǒng)工作流程圖,4. 智能型將人工智能技術(shù)應(yīng)用于CAD系統(tǒng)，就可以形成智能型CAD系統(tǒng)，用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)上述問(wèn)題的求解。人工智能就是讓計(jì)算機(jī)擁有人類的智能，在遇到問(wèn)題時(shí)能像人類一樣進(jìn)行思考和解決問(wèn)題。就某一領(lǐng)域來(lái)講，實(shí)現(xiàn)人工智能目的主要是要讓計(jì)算機(jī)通過(guò)利用計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)的該領(lǐng)域知識(shí)，按照一定

24、的方式進(jìn)行推理，這一類系統(tǒng)我們稱之為專家系統(tǒng)。,圖2.6為智能型CAD系統(tǒng)工作的流程圖。它主要由知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)、實(shí)時(shí)系統(tǒng)、知識(shí)獲取系統(tǒng)和人機(jī)接口等組成。,,圖2.6 智能型CAD系統(tǒng)工作流程圖,2.3.3 按功能分類按系統(tǒng)的功能及適應(yīng)范圍，CAD/CAM系統(tǒng)可分為通用系統(tǒng)和專用系統(tǒng)兩類。通用的CAD/CAM系統(tǒng)功能全面，適用范圍廣。如，CATIA、I-DEAS、CADDS5、Pro/ENGINEER和UG等系統(tǒng)均屬此類。

25、專用的CAD/CAM系統(tǒng)指的是那些為特定的應(yīng)用而開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)。這類系統(tǒng)通常只能適用于一定的專業(yè)領(lǐng)域，或用于解決某一類問(wèn)題。如沖模CAD/CAM系統(tǒng)和注塑模CAD/CAM系統(tǒng)皆屬此類。,第3章 工程數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)處理,教學(xué)提示：進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，需要引用各類手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的數(shù)據(jù)資料。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，這些數(shù)據(jù)都是通過(guò)人工查詢來(lái)獲取的。但在CAD中這些數(shù)據(jù)須由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，然而這些設(shè)計(jì)信息(數(shù)表、線圖等)并不一定能直接被計(jì)算機(jī)接收，要實(shí)現(xiàn)

26、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)就必須將這些信息處理成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別和使用的形式。因此，工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)處理是CAD的一項(xiàng)重要技術(shù)內(nèi)容，也是CAD編程中的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作和衡量CAD系統(tǒng)的指標(biāo)之一。,在工程設(shè)計(jì)中，經(jīng)常需要引用一系列的數(shù)據(jù)資料，如圖表、各種標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范、試驗(yàn)曲線等。而在CAD過(guò)程中，這些數(shù)據(jù)則應(yīng)由計(jì)算機(jī)來(lái)處理。要將這些工程數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)處理，我們要考慮以下問(wèn)題：(1) 工程數(shù)據(jù)的特點(diǎn)。工程數(shù)據(jù)的形式很多，主要包括各種類型的數(shù)表和線圖。

27、(2) 手工處理工程數(shù)據(jù)時(shí)的方法和步驟。 (3) 計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)方式的選擇和數(shù)據(jù)的使用。(4) 算法設(shè)計(jì)。,3.1 數(shù)表的程序化處理,對(duì)那些可以找到計(jì)算公式的數(shù)表來(lái)說(shuō)，只需要將其公式寫入程序，程序運(yùn)行時(shí)自動(dòng)完成程序化處理。本節(jié)主要針對(duì)沒(méi)有現(xiàn)成公式的數(shù)表的程序化處理。3.1.1 一維數(shù)表的程序化處理一維數(shù)表的形式最為簡(jiǎn)單，只包含一行數(shù)據(jù)項(xiàng)，如表3-1所列。從該表我們?nèi)菀卓闯觯痪S數(shù)表只有一個(gè)因變量(如表中的密度)，表格體現(xiàn)為一行多

28、列的形式。每個(gè)自變量與因變量之間為一對(duì)一的關(guān)系，即對(duì)應(yīng)每一種材料(自變量值)有一個(gè)唯一確定的密度(因變量值)。,3.1.2 二維數(shù)表及多維數(shù)組的程序化處理與一維數(shù)組程序化處理的思路是一樣的，只不過(guò)數(shù)表的自變量和因變量的數(shù)目在發(fā)生變化，查詢的流程要復(fù)雜一些。表3-2所列的二維數(shù)表中可以看出，對(duì)于一個(gè)自變量(材料厚度)有3個(gè)因變量(h、α和β)。,多維數(shù)組的自變量和因變量數(shù)目較多，通常情況下如果用多維數(shù)組存儲(chǔ)，在查詢使用的時(shí)候可能會(huì)比

29、較復(fù)雜，經(jīng)常將其分解為幾個(gè)一維或二維數(shù)組來(lái)進(jìn)行存儲(chǔ)，這樣在邏輯上和編程思路上都大大簡(jiǎn)化，對(duì)提高處理效率也有一定的幫助。,注意：數(shù)組的存儲(chǔ)方式為順序存儲(chǔ)占用內(nèi)存中連續(xù)的一塊存儲(chǔ)空間。如果數(shù)據(jù)量比較大，建議使用文件化處理，必要的時(shí)候采用數(shù)據(jù)庫(kù)管理。另外，使用數(shù)組形式進(jìn)行存儲(chǔ)相當(dāng)于將這些工程數(shù)據(jù)固化在程序中，除了修改程序之外無(wú)法進(jìn)行修改和更新，同時(shí)會(huì)因不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享而造成數(shù)據(jù)的重復(fù)輸入(即產(chǎn)生冗余)。因此，以數(shù)組方式進(jìn)行的程序化處理適

30、合于數(shù)據(jù)量較小，使用比較頻繁，不需要進(jìn)行修改和共享的場(chǎng)合。,3.2 數(shù)表的文件化處理,對(duì)于大型數(shù)表或需要進(jìn)行共享的數(shù)表來(lái)說(shuō)，進(jìn)行程序化很顯然是不合適的。這種情況下最好進(jìn)行文件化處理，使數(shù)據(jù)與程序分離。提高運(yùn)行的效率也可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，更新和維護(hù)也很方便。文件化處理是將工程數(shù)據(jù)以一定的格式存放于文件當(dāng)中，使用時(shí)程序打開(kāi)該文件并進(jìn)行查詢等操作，當(dāng)然程序?qū)?shù)據(jù)的操作與數(shù)據(jù)文件的格式是一一對(duì)應(yīng)的。數(shù)據(jù)文件可以是簡(jiǎn)單的文本類型的文件也可以

31、是數(shù)據(jù)庫(kù)文件。,3.2.1 數(shù)據(jù)文件格式對(duì)于文本類型的數(shù)據(jù)文件來(lái)說(shuō)，其存儲(chǔ)和使用的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)文件的格式，使用時(shí)程序就要針對(duì)這種格式進(jìn)行讀取。各種編程語(yǔ)言都包含有文件處理的功能。要進(jìn)行數(shù)表文件化，需要在程序中實(shí)現(xiàn)文件操作(如新建、打開(kāi)、保存等)，并能夠按一定的格式存取數(shù)據(jù)。,3.3 數(shù)表的解析化處理,在CAD中，有兩類數(shù)表需要進(jìn)行處理。數(shù)表的數(shù)據(jù)彼此之間沒(méi)有函數(shù)關(guān)系的數(shù)表，如材料的機(jī)械性能、物理性能等，這一類數(shù)表的數(shù)據(jù)本身就是

32、離散的，數(shù)據(jù)之間沒(méi)有關(guān)聯(lián)，查詢時(shí)只需要表中所列數(shù)據(jù)；數(shù)表的數(shù)據(jù)彼此之間是相關(guān)的，這些數(shù)據(jù)滿足一定的函數(shù)關(guān)系，只是為了使用方便才以表格形式給出，查詢時(shí)所需數(shù)據(jù)可能并非數(shù)表中的離散值。對(duì)于第二類數(shù)表來(lái)說(shuō)，通常在存儲(chǔ)和使用中需要采用解析的方法處理。數(shù)表解析化處理通常采用函數(shù)插值和數(shù)據(jù)擬合兩種方法。解析化處理的主要目的是通過(guò)數(shù)學(xué)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)非離散值數(shù)據(jù)的查詢，并希望盡量減小誤差，忠實(shí)原始數(shù)據(jù)。,3.3.1 函數(shù)插值插值的基本思想是在插

33、值點(diǎn)附近選取幾個(gè)合適的節(jié)點(diǎn)，利用這些節(jié)點(diǎn)構(gòu)造一個(gè)函數(shù)，使經(jīng)過(guò)所選取的所有節(jié)點(diǎn)，在插值點(diǎn)確定的區(qū)間上近似用代替原來(lái)的函數(shù)，那么，插值點(diǎn)的函數(shù)值可以用所構(gòu)造的插值函數(shù)的值來(lái)代替。下面從插值的幾何意義出發(fā)，分別介紹一元函數(shù)插值和二元函數(shù)插值。,一般來(lái)說(shuō)，拋物線插值比線性插值的精度高，適當(dāng)提高插值階數(shù)可以提高插值精度，但并非階數(shù)越高，精度就越高，而且階次升高對(duì)應(yīng)的是計(jì)算量的大幅度增加。實(shí)際插值時(shí)，若發(fā)現(xiàn)二、三階插值精度不理想，可采用分段插值，即

34、將插值區(qū)間分為若干段，在每個(gè)分段上進(jìn)行低階插值。應(yīng)用低階插值的關(guān)鍵是盡量在插值點(diǎn)附近挑選插值節(jié)點(diǎn)，以減小誤差。同時(shí)，采用分段插值時(shí)，還應(yīng)注意分段處的連續(xù)性或可導(dǎo)性。,2. 二元函數(shù)插值從幾何意義上講，二元函數(shù)插值是在三維空間內(nèi)選定若干個(gè)節(jié)點(diǎn)，構(gòu)造一曲面 ，用該曲面近似地表示由選定點(diǎn)所確定區(qū)間上原有曲面 ，從而得到插值后的函數(shù)值。1) 直線—直線插值直線—直線插值原理如圖3.7所示。通過(guò)選擇插值點(diǎn)k

35、所在的區(qū)域abdc，以直線AB和直線CD為導(dǎo)線，作平行于yoz平面運(yùn)動(dòng)的直線母線(如EF)，直母線的運(yùn)動(dòng)構(gòu)成了曲面 ，用該曲面代替原來(lái)的曲面 ，從而得到插值后的函數(shù)值。,,,,,圖3.7 直線—直線插值,3.3.2 曲線擬合 用插值的方法將數(shù)表解析化存在以下兩個(gè)主要缺點(diǎn)： (1) 用插值方法建立的公式必然保留了原有誤差，這顯然是不合理的。 (2) 嚴(yán)格通過(guò)所有節(jié)點(diǎn)的函數(shù)是一個(gè)次

36、數(shù)很高的多項(xiàng)式，求解比較困難，用分段插值雖然可降低插值階數(shù)，但分段后分段曲線的連接點(diǎn)若不能保證曲線的光滑連接，這在某些輪廓設(shè)計(jì)中是不允許的。,鑒于上述情況，在CAD中常采用近似的方法來(lái)進(jìn)行解析化處理，所得函數(shù)的曲線如圖3.10(b)所示。此曲線不嚴(yán)格通過(guò)所有節(jié)點(diǎn)，而是盡可能反映所給數(shù)據(jù)點(diǎn)的變化趨勢(shì)，這種方法稱為曲線擬合。在工程中最常用的建立經(jīng)驗(yàn)公式的方法是最小二乘法。,,(a) 函數(shù)插值

37、 (b) 曲線擬合圖3.10 數(shù)表的解析化處理,1. 最小二乘法的原理設(shè)由數(shù)表中n個(gè)節(jié)點(diǎn)值構(gòu)造了函 ，用數(shù)表中自變量的值代入可以求出其函數(shù)值 ，用 表示，即,,,,,i=1,2,…,n (3-6),在各節(jié)點(diǎn)處所構(gòu)造函數(shù)的值與原函數(shù)的值存在的誤差 ，稱其為殘差。最小二乘法要求所構(gòu)造出來(lái)的函數(shù)保證殘差的平方

38、和最小，即,,,(3-7),為最小。式中，,為數(shù)表中的函數(shù)值；,為構(gòu)造函數(shù)值。,結(jié)合最小二乘法的原理，可以使用不同的擬合函數(shù)形式。擬合函數(shù)的類型通常是初等函數(shù)，如線性方程、多項(xiàng)式、對(duì)數(shù)方程、指數(shù)方程等。一般是先將各數(shù)據(jù)點(diǎn)繪制在坐標(biāo)紙上，然后根據(jù)數(shù)據(jù)的分布形態(tài)確定所采用的函數(shù)類型。利用最小二乘法目的在于確定擬合曲線的待定系數(shù)從而得到擬合函數(shù)(或者說(shuō)經(jīng)驗(yàn)公式)。,4. 線性方程組求解線性方程組的求解算法有很多，其中高斯消元法是一個(gè)古老的

39、直接法，由它改進(jìn)得到的選主元的消元法，是目前計(jì)算機(jī)上常用于求低階稠密矩陣方程組的有效方法，其特點(diǎn)是通過(guò)消元將一般線性方程組的求解問(wèn)題轉(zhuǎn)化為三角方程組的求解問(wèn)題。其步驟包括消元和回代。1) 消元如果未知量的個(gè)數(shù)為n，而且關(guān)于這些未知量 的冪次都是一次(線性)的，那末，n個(gè)方程,,2) 回代求解(3-23)方程組，從最后一個(gè)方程開(kāi)始，先解出 ，然后，用已經(jīng)求出

40、的值依次求解出 ，這樣就完成了三角方程組的求解過(guò)程。這種解三角形方程組的方法稱為回代法。 以上介紹僅為高斯消元法的基本概念和步驟，實(shí)際應(yīng)用中還涉及到選主元等問(wèn)題，具體內(nèi)容可參考有關(guān)資料或借用通用標(biāo)準(zhǔn)程序求解。,,,3.4 線圖的程序化,工程設(shè)計(jì)中有許多設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)是用線圖給出的。但線圖本身不能直接被計(jì)算機(jī)引用，參與設(shè)計(jì)的是對(duì)線圖進(jìn)行處理后獲得的相應(yīng)數(shù)據(jù)。線圖計(jì)算機(jī)處理的方法有兩種：(1)

41、 找到線圖原來(lái)的公式，進(jìn)行程序化處理。(2) 將線圖離散化為數(shù)表，再用前述的數(shù)表處理方法進(jìn)行處理。將線圖轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)表(離散化)；利用前述數(shù)表程序化、文件化、解析化的方法進(jìn)行處理。,注意：節(jié)點(diǎn)的選取隨曲線的形狀而異，選取的基本原則是使各點(diǎn)的函數(shù)值不致相差太大，函數(shù)值變化快的地方，節(jié)點(diǎn)區(qū)間可取小些，反之可取大一些，以提高插值或擬合精度。對(duì)于復(fù)雜的線圖可根據(jù)情況進(jìn)行分段處理。,3.5 通用數(shù)據(jù)處理軟件,MathWorks公司開(kāi)發(fā)

42、的MATLAB就是較為流行的通用數(shù)據(jù)處理軟件。一方面用于數(shù)值分析、優(yōu)化、統(tǒng)計(jì)、偏微分方程數(shù)值解、自動(dòng)控制模擬、數(shù)字信號(hào)處理等若干個(gè)領(lǐng)域的數(shù)學(xué)計(jì)算；另一方面可以實(shí)現(xiàn)二維、三維圖繪制、三維場(chǎng)景創(chuàng)建和渲染、科學(xué)計(jì)算可視化、圖像處理、虛擬現(xiàn)實(shí)和地圖制作等圖像方面的處理。本節(jié)簡(jiǎn)要介紹MATLAB在多項(xiàng)式插值及曲線擬合方面的應(yīng)用。,3.6 工程數(shù)據(jù)庫(kù)簡(jiǎn)介,商用數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)大多為關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，其功能已非常完善。但商用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)

43、類型比較簡(jiǎn)單，且基本上是靜態(tài)數(shù)據(jù)模式。而工程數(shù)據(jù)關(guān)系復(fù)雜，屬動(dòng)態(tài)模式。因此，商用數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)并不能完全適應(yīng)工程數(shù)據(jù)管理的需求。,3.7 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù),生產(chǎn)相關(guān)的各環(huán)節(jié)中CAD技術(shù)應(yīng)用日益成熟，但各個(gè)自動(dòng)化環(huán)節(jié)自成體系，彼此之間缺乏有效的信息溝通與協(xié)調(diào)，形成一個(gè)個(gè)“信息孤島”。產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(Product Data Management，PDM)技術(shù)正是圍繞這一問(wèn)題發(fā)展起來(lái)的。,3.7.1 PDM的概念及其發(fā)展1. PDM的概

44、念PDM是Product Data Management的縮寫，是指某一類軟件的總稱。CIMdata定義：“PDM是一種幫助工程師和其他人員管理產(chǎn)品數(shù)據(jù)和產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程的工具。PDM系統(tǒng)確保跟蹤設(shè)計(jì)、制造所需的大量數(shù)據(jù)和信息，并由此支持和維護(hù)產(chǎn)品”。從產(chǎn)品來(lái)看，對(duì)于不同行業(yè)、不同企業(yè)來(lái)說(shuō)，PDM的實(shí)現(xiàn)不僅僅是技術(shù)問(wèn)題還要結(jié)合行業(yè)特色和企業(yè)文化。,因此，我們不妨這樣定義PDM：PDM系統(tǒng)是面向產(chǎn)品全生命周期，以產(chǎn)品為核心，將產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

45、過(guò)程中的產(chǎn)品數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)活動(dòng)、人員構(gòu)成以及相關(guān)的設(shè)計(jì)環(huán)境統(tǒng)一組織起來(lái)的一個(gè)管理軟件系統(tǒng)。PDM是依托IT技術(shù)實(shí)現(xiàn)企業(yè)最優(yōu)化管理的有效方法，是科學(xué)的管理框架與企業(yè)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題相結(jié)合的產(chǎn)物，是計(jì)算機(jī)技術(shù)與企業(yè)文化相結(jié)合的一種產(chǎn)品。,第4章計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù),齊次坐標(biāo)齊次坐標(biāo)(Homogeneous Coordinate)是用n+1維矢量表示n維向量，即將n維空間的點(diǎn)用n+1維坐標(biāo)表示。例如，二維坐標(biāo)系中的點(diǎn)P(x,y)矢量矩陣[x y]用齊次

46、坐標(biāo)表示為[Hx Hy H],其中最后一維坐標(biāo)H為一標(biāo)量。因此，只要給出點(diǎn)P的齊次坐標(biāo)矢量[X Y H]，可求得其二維坐標(biāo)，即,上述求n維坐標(biāo)的過(guò)程稱為正?；幚怼｝R次坐標(biāo)中，由于H取值是任意的，因此，點(diǎn)的齊次坐標(biāo)表示時(shí)不唯一的。若點(diǎn)A的齊次坐標(biāo)為P，B點(diǎn)齊次坐標(biāo)為Q，當(dāng)P=K Q （k為常數(shù)）時(shí)，實(shí)際上P和 Q是同一點(diǎn)。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，常令H=1。此時(shí)，二維點(diǎn)(x,y)的齊次坐標(biāo)表示為[x y 1]。

47、在幾何上，是把發(fā)生在三維空間的變換限制在H=1的平面內(nèi)。采用齊次坐標(biāo)，提供了將圖形處理中的各種變幻用統(tǒng)一形式處理的方法。,第一節(jié) 圖形幾何變換的基本原理　　圖形變換是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的一個(gè)重要內(nèi)容。一個(gè)簡(jiǎn)單的圖形，通過(guò)各種變換(例如:比例、旋轉(zhuǎn)、鏡象、錯(cuò)切、平移等)可以形成一個(gè)復(fù)雜的、豐富多采的圖形或圖案。圖形是依據(jù)什么樣的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)各種變換的呢?圖3.1表示了一個(gè)正方形經(jīng)過(guò)不同變換以后形成的不同結(jié)果。圖(a)表示將原正方形進(jìn)行等比

48、例放大，圖中(b)表示將正方形沿x向壓縮, 圖中(c)表示將正方形繞角點(diǎn)旋轉(zhuǎn), 圖中(d)表示將正方形沿y軸方向錯(cuò)切?？偨Y(jié)所有這些變化后的圖形結(jié)果，可以得到這樣的結(jié)論: （1）圖形變化了，但原圖形的連邊規(guī)則(拓?fù)潢P(guān)系)沒(méi)有改變； （2）圖形的變化，是因?yàn)轫旤c(diǎn)位置(幾何關(guān)系)的改變決定的。,所以，我們說(shuō)，變換圖形就是要變換圖形的幾何關(guān)系，即改變頂點(diǎn)的坐標(biāo)；同時(shí)，保持圖形的原拓?fù)潢P(guān)系不變。在系統(tǒng)中，幾何圖形是最基本的元素。

49、圖形由圖形的頂點(diǎn)坐標(biāo)、頂點(diǎn)之間的拓?fù)潢P(guān)系以及組成圖形的面和線的表達(dá)模型所決定。圖形的幾何變換，歸根結(jié)底是點(diǎn)的坐標(biāo)變換。 對(duì)于平面上的點(diǎn)，有如下齊次變換矩陣：,第二節(jié) 二維圖形的基本變換    在二維空間中，圖形變換矩陣可表示為：,其中a、b、c、d是對(duì)圖形進(jìn)行縮放、對(duì)稱、旋轉(zhuǎn)、錯(cuò)切等變換；e、f是對(duì)圖形進(jìn)行平移變換；p、q對(duì)圖形進(jìn)行透視變換；s是對(duì)圖形進(jìn)行整體伸縮變換。當(dāng)s1時(shí)，圖形縮??；當(dāng)s=1時(shí)，圖

50、形大小不變。即變換后的 坐標(biāo)均為原坐標(biāo)x，y的1/s倍     二維圖形的基本變換包括以下幾種：平移變換、比例變換、對(duì)稱變換、旋轉(zhuǎn)變換、錯(cuò)切變換。,第三節(jié) 二維圖形的組合變換,由多個(gè)基本變換組合而成為復(fù)雜變換的過(guò)程稱為組合變換或稱作基本變換的級(jí)聯(lián)，相應(yīng)的多個(gè)基本變換矩陣的級(jí)聯(lián)矩陣稱為組合變換矩陣。 解決這個(gè)問(wèn)題的思路是這樣的：先將任意點(diǎn)移向坐標(biāo)原點(diǎn)，再用前述變換矩陣加以變換，最后

51、反向移回任意點(diǎn)。,3.順序?qū)M合變換結(jié)果的形響,由于矩陣的乘法運(yùn)算不適用交換律，即當(dāng)A、B為矩陣的時(shí)候，A·B≠B·A。所以矩陣的乘法中，由于先后次序不同，得到的結(jié)果是不同的。這就是說(shuō)，用基本變換的級(jí)聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)圖形的組合變換時(shí)，矩陣級(jí)聯(lián)的順序不同，則所得到的最終結(jié)果圖形也不同。,第四節(jié) 三維圖形的變換 　　和二維圖形一樣，用適當(dāng)?shù)淖儞Q矩陣也可以對(duì)三維圖形進(jìn)行各種幾何變換。對(duì)三維空間的點(diǎn)如（x，y，z），可用齊次坐標(biāo)表

52、示為（x，y，z，1），或（X，Y，Z，H），因此，三維空間里的點(diǎn)的變換可寫為,其中[M]是4X4階變換矩陣，即：,此方陣可分為四部分，其中左上角部分產(chǎn)生比例、對(duì)稱、錯(cuò)切和旋轉(zhuǎn)變換；左下角部分產(chǎn)生平移變換；右上角部分產(chǎn)生透視變換；右下角部分產(chǎn)生全比例變換。,第五節(jié) 工程圖的生成1.投影變換 把三維坐標(biāo)表示的幾何形體變?yōu)槎S圖形的過(guò)程叫投影變換,根據(jù)投影中心與投影平面之間距離的不同，投影可分為平行投影和透視投影。,,(a)原圖形 (

53、b)透視投影 (c)平行投影,透視投影的投影中心到投影面之間的距離是有限的，而平行投影的投影中心到投影面之間的距離是無(wú)限的。,2.正平行投影（三視圖） 　　投影方向垂直于投影平面時(shí)稱為正平行投影，我們通常說(shuō)的三視圖（主視圖、俯視圖、左視圖）均屬正平行投影。,3．軸測(cè)投影圖軸測(cè)圖是一種簡(jiǎn)單的立體圖形，能給人一種直觀的立體形狀，以幫助建立空間的概念。由于它的繪制方法比較簡(jiǎn)便，所以在工程制圖中經(jīng)常用到。可分為正軸測(cè)和斜軸測(cè)投影變換。軸

54、測(cè)軸和軸間角：原坐標(biāo)軸OX、OY、OZ經(jīng)軸測(cè)投影變換后變成OX´、OY´、OZ´，我們把他們稱為軸測(cè)軸，而兩軸測(cè)軸之間的夾角∠X´O Y´、∠X´O Z´、∠Z´O Y´叫做軸間角。軸向變形系數(shù)：原坐標(biāo)軸經(jīng)投影變換后，其在V面上的投影長(zhǎng)度發(fā)生變化，我們把OX´/OX=ηX、OY´/OY=ηY、OZ´/OZ=ηZ分別稱

55、為OX、OY、OZ軸的軸向變形系數(shù)。,3）．軸測(cè)圖的編程步驟下面，我們通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的立體例子，來(lái)說(shuō)明設(shè)計(jì)和編寫繪制軸測(cè)圖的繪圖程序的步驟。假設(shè)所要繪制的立體如圖4·18所示，則編程步驟如下：,軸測(cè)圖,① 在草稿紙上給出草圖，并確定各個(gè)頂點(diǎn)的序號(hào)和相應(yīng)頂點(diǎn)的坐標(biāo)值，建立頂點(diǎn)表和連邊表。如表4·1所示。 注意，表中的左邊第一列是為了說(shuō)明而附加的，真實(shí)的頂點(diǎn)表和連邊表中是不需要的。頂點(diǎn)的序號(hào)可以以頂點(diǎn)表中的行號(hào)為

56、序。 ② 在程序中定義兩個(gè)數(shù)組，用于存放頂點(diǎn)表和連邊表。通過(guò)數(shù)組的初始化手段或通過(guò)建立磁盤數(shù)據(jù)文件和讀入數(shù)據(jù)文件的方式，給兩個(gè)數(shù)組賦初值。 ③ 實(shí)施對(duì)立體進(jìn)行正軸測(cè)投影變換。即用正軸測(cè)投影變換矩陣乘頂點(diǎn)表實(shí)現(xiàn)，這樣可以得到一個(gè)變換后的新頂點(diǎn)表。 ④ 用新頂點(diǎn)表的頂點(diǎn)坐標(biāo)值，注意此時(shí)只有x坐標(biāo)和z坐標(biāo)，y坐標(biāo)已在正投影中消掉，所以是以x坐標(biāo)為繪圖x坐標(biāo)，以z坐標(biāo)為繪圖y坐標(biāo)，按連邊表的連邊規(guī)則，用line函數(shù)在頂點(diǎn)

57、之間兩兩連線。,頂點(diǎn)表 連邊表,在繪圖程序中要注意兩點(diǎn): 在建立立體模型的時(shí)候，為了取頂點(diǎn)坐標(biāo)值簡(jiǎn)便，我們把立體的一個(gè)頂點(diǎn)放置在坐標(biāo)系的原點(diǎn)，所以，整個(gè)軸測(cè)投影變換后的圖形是以該原點(diǎn)為中心的。但圖形輸出時(shí)的中心應(yīng)以屏幕中央為宜。,4、透視投影變換透視投影屬于中心投影，比軸測(cè)圖更富有立體感和真實(shí)感。這種投影是將投影面置于投影中心和投影對(duì)象之間

58、。視點(diǎn)S：觀察點(diǎn)的位置，亦即投影中心。畫面：即投影面。點(diǎn)P的透視：PS與畫面的交點(diǎn)P´直線的滅點(diǎn)：直線上無(wú)窮遠(yuǎn)點(diǎn)的透視。一組平行線有一個(gè)共同的滅點(diǎn)，若該組平行線與某坐標(biāo)軸平行，則此滅點(diǎn)稱為主滅點(diǎn)。根據(jù)主滅點(diǎn)的個(gè)數(shù)，透視投影可分為：一點(diǎn)透視，只有一個(gè)主滅點(diǎn)，此時(shí)畫面平行于投影對(duì)象的一個(gè)坐標(biāo)平面，因此也成為平行透視；二點(diǎn)透視，有兩個(gè)主滅點(diǎn)，此時(shí)畫面平行于投影對(duì)象的一根坐標(biāo)軸（例如Z軸），而與兩個(gè)坐標(biāo)平面成一定的角度（一般為

59、20-30°），因此也稱之為成像透視；三點(diǎn)透視，有三個(gè)主滅點(diǎn)，此時(shí)畫面與投影對(duì)象的三根坐標(biāo)軸均不平行，因此也叫斜透視。,2．生成透視投影圖的方法生成透視投影圖的過(guò)程分為兩步；先是對(duì)立體進(jìn)行透視變換；然后是將其投影到V面上，形成正投影圖。用矩陣的形式表示為：,,第六節(jié) 圖形的消隱一、消隱的概念在使用顯示設(shè)備描繪物體的圖形時(shí)，必須把三維信息經(jīng)過(guò)某種投影變換，在二維的顯示表面上繪制出來(lái)。例如，軸測(cè)圖和透視圖，就是通過(guò)軸測(cè)變換或

60、透視變換，求出所有頂點(diǎn)的投影點(diǎn)，再把各點(diǎn)連結(jié)起來(lái)。下圖中第一個(gè)圖形代表的是后邊哪一個(gè)呢?,由于投影變換失去了深度信息，往往導(dǎo)致圖形的二義性。要消除二義性，就必須在繪制時(shí)消除實(shí)際不可見(jiàn)的線和面，習(xí)慣上稱作消除隱藏線和隱藏面，或簡(jiǎn)稱為消隱。這些線和面是由于物體自身遮擋或者物體之間相互遮擋而無(wú)法看見(jiàn)的線或者面，我們稱之為消隱線和消隱面。若消除的是物體上不可見(jiàn)的線段，稱為線消隱；若消除的是物體上不可見(jiàn)的面，稱為面消隱。在前面的三維圖形的顯示算

61、法中，物體所有部分，包括可見(jiàn)和不可見(jiàn)部分均被投影到投影平面上并被顯示出來(lái)。消隱的問(wèn)題主要集中在算法正確、運(yùn)算速度快、占內(nèi)存空間小等目標(biāo)來(lái)進(jìn)行。消隱算法的發(fā)展受它們所支持的圖形顯示設(shè)備類型和算法所用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和模型的影響。消隱的基本思想很簡(jiǎn)單，但要真正實(shí)現(xiàn)卻要耗費(fèi)很長(zhǎng)的判別和運(yùn)算時(shí)間。消隱算法的處理效率將是決定能否被有效采用的關(guān)鍵。,眾多的消隱算法可以被分為兩大類：物空間算法和象空間算法。物空間算法：利用物體之間的幾何關(guān)系來(lái)判斷這些

62、物體的消隱與可見(jiàn)部分，這種算法利用計(jì)算機(jī)硬件的浮點(diǎn)精度來(lái)完成幾何計(jì)算（如相交），因此這種方法精度高，不受顯示器分辯率的影響。但隨著物體復(fù)雜程度的增加，物空間算法的計(jì)算時(shí)間比象空間算法時(shí)間增加的多。這類算法是將物體表面上的k個(gè)多邊形中的每一面與其余的k-1個(gè)面進(jìn)行比較，精確地求出物體上每條棱邊或每個(gè)面的遮擋關(guān)系。,象空間消隱算法：則把注意力集中在最終的圖像上，對(duì)光柵掃描顯示器而言，即對(duì)每一像素進(jìn)行判斷，確定哪些是可見(jiàn)部分。這種算法只能以與

63、顯示器分辯率相適應(yīng)的精度來(lái)完成，使得這種方法不夠精確。一般地，大多數(shù)隱藏面消除算法用象空間法，而大多數(shù)隱藏線消除算法用物空間法。隱藏線和隱藏面消除所討論的對(duì)象是一個(gè)三維圖形，消隱后要在二維空間中輸出，因此消隱后現(xiàn)實(shí)的圖形將和三維空間至二維空間的投影方式有關(guān)。下面討論消隱算法時(shí)，都假定采用正投影，投影面為XOY平面，如果不是這種情況，可對(duì)被消隱對(duì)象先做變換，然后再做消隱計(jì)算。在消隱算法中，圖像空間就是上述的屏幕坐標(biāo)空間。這類算法對(duì)屏幕的每

64、一像素進(jìn)行判斷，以決定物體上哪個(gè)多邊形在該像素點(diǎn)上是可見(jiàn)的。若屏幕上有m*n個(gè)像素點(diǎn)，物體表面上有k個(gè)多邊形，則該類消隱算法的計(jì)算量將正比于m*n*k。,第七節(jié) 圖形的剪裁一、坐標(biāo)系與坐標(biāo)變換1．坐標(biāo)系迪卡爾坐標(biāo)系：我們最常用的直角坐標(biāo)系。1）.世界坐標(biāo)系（world coordinate system,簡(jiǎn)稱WC），是一個(gè)符合右手定則的直角坐標(biāo)系。是用來(lái)定義用戶在二維或三維世界中的物體，因此也稱為用戶坐標(biāo)系。理論上，世界坐標(biāo)系是

65、無(wú)限大且連續(xù)的，即它的定義域?yàn)閷?shí)數(shù)域。2）.設(shè)備坐標(biāo)系圖形輸出設(shè)備（如顯示器等）自身都有一個(gè)坐標(biāo)系，稱之為設(shè)備坐標(biāo)系Device coordinate system,簡(jiǎn)稱DC，或物理坐標(biāo)系。它是一個(gè)二維平面坐標(biāo)系，他的度量單位是步長(zhǎng)（繪圖儀）或像素（顯示器），因此它的定義域是整數(shù)域且是有界的。,3）.規(guī)格化設(shè)備坐標(biāo)系由于用戶的圖形是定義在用戶坐標(biāo)系里，，而圖形的輸出定義在設(shè)備坐標(biāo)系里，它依賴于具體的圖形設(shè)備。由于不同的圖形設(shè)備具有

66、不同的設(shè)備坐標(biāo)系，且不同設(shè)備之間坐標(biāo)范圍也不盡相同，使得應(yīng)用程序與具體的圖形輸出設(shè)備有關(guān)，給圖形處理及應(yīng)用程序的移植帶來(lái)不便，因此有必要定義一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，引入與具體圖形設(shè)備無(wú)關(guān)的規(guī)格化的設(shè)備坐標(biāo)系(Normalized device coordinate system,簡(jiǎn)稱NDC，)采用一種無(wú)量綱的單位代替設(shè)備坐標(biāo)，輸出圖形時(shí)，在轉(zhuǎn)換為具體的設(shè)備坐標(biāo)。它的取值范圍是左下角(0.0，0.0)，又上角（1.0，1.0）。用戶的圖形數(shù)據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn)換

67、成規(guī)格化的設(shè)備坐標(biāo)系中的值，是應(yīng)用程序與圖形設(shè)備隔離開(kāi)，增加了程序的可移植性。,2．窗口與視區(qū)窗戶 取景器 局部視圖窗口：在用戶坐標(biāo)系中定義的確定顯示內(nèi)容的一個(gè)矩形區(qū)域，只有在這個(gè)區(qū)域內(nèi)的圖形才能在設(shè)備坐標(biāo)系下輸出，窗口外的部分則被裁掉。視區(qū)：在設(shè)備坐標(biāo)系中（通常是顯示器）定義的一個(gè)矩形區(qū)域，用于輸出窗口中的圖形。視區(qū)決定了窗口中的圖形要顯示于屏幕上的位置和大小。視區(qū)的大小應(yīng)小于等于屏幕區(qū)域，可在一個(gè)屏幕上定義幾個(gè)視區(qū)。,3．窗

68、口——視區(qū)變換由于窗口和視區(qū)是在不同的坐標(biāo)系中定義的，因此，再把窗口中的圖形信息傳送到視區(qū)去輸出之前，必須進(jìn)行坐標(biāo)變換，即把用戶坐標(biāo)系的坐標(biāo)值轉(zhuǎn)化為設(shè)備坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值，這個(gè)變換即是窗口——視區(qū)變換。用戶坐標(biāo)系下定義的窗口，左下角(Wxl,Wyb),右上角(Wxr,Wyt)設(shè)備坐標(biāo)系中定義的視區(qū)為，左下角(Vxl,Vyb),右上角(Vxr,Vyt),,,,或者矩陣形式,,二、二維圖形的裁剪通過(guò)定義窗口和視區(qū)，可以把圖形的某一部顯

69、示于屏幕上的指定位置，這不僅要進(jìn)行上述的窗口-視區(qū)變換，更重要的是必須要正確認(rèn)識(shí)圖形在窗口內(nèi)部分（可見(jiàn)部分）和窗口外部分（不可見(jiàn)不分），以便把窗口內(nèi)的圖形信息輸出，而窗口外的部分則不輸出。我們把這種選擇可見(jiàn)信息的方法稱為裁剪。當(dāng)然，為適應(yīng)某種需要亦可以裁剪掉窗口內(nèi)的圖形，是流出的窗口空白區(qū)作文字說(shuō)明或其他用途，這種處理方法稱為“覆蓋”。裁剪問(wèn)題是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本問(wèn)題之一。裁減的邊界（即窗口）可以是任意多邊形，常用的是矩形。被裁減的對(duì)