CADCAM讲稿3.ppt

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1、姚平喜太原理工大学机械工程学院计算机辅助设计与制造（第三讲）第三章计算机图形学基础CAD/CAM是计算机图形学最早的，也是最重要的一个应用领域，而计算机图形学又是它的重要基础。因此，本章介绍计算机图形学的有关基础知识。3.1图形学的数学基础在计算机绘图中，其图形变换、几何造型等与数学中的许多概念有关，如坐标矢量、矩阵、交点计算等等，下面分别介绍。3.1.1坐标系为了定量地描述空间物体的几何形状、大小和方位，必须使用坐标系。在计算机图形学中主要使用笛卡尔直角坐标系。下面介绍计算机绘图中需要用到的几种坐标系。(1)世界坐标系（WorldCoordinat

2、es）简称WC，它是右手三维直角坐标系。它一般是用户绘图时所用的坐标系，也称为用户坐标系。其坐标系的单位可以是微米(μm)、毫米(mm)、千米(km)、英尺或英寸等，一般均使用实数，取值范围并无限制。(2)设备坐标系（DeviceCoordinates）简称DC，它往往使用在设备这一级，是与设备的物理参数有关的坐标系，如图形显示器使用屏幕坐标系，绘图仪使用绘图坐标系。该坐标系的单位是像素或绘图笔的步长等（也即设备的分辨率），它们都是整数，且有固定的取值范围。（3）规范化设备坐标系（NormalizedDeviceCoordinates）简称NDC，使

3、用这种坐标系是为了使图形支撑软件能摆脱对具体物理设备的依赖性，也是为了能在不同应用和不同系统之间交换图形信息，所以规范化设备坐标系是一种中间坐标系。其坐标的取值范围约定在区间[0,1]上。3.1.2齐次坐标技术在前述的坐标系中，我们能定量地描述三维或二维物体的形状、大小和方位，但在计算机图形学中，为了能方便地描述各种图形变换算法，就需要引入几何学中的齐次坐标表示法，齐次坐标在点、线、面的表示和形体的处理等方面都是很有用的工具。所谓齐次坐标表示法就是用n+1维向量表示n维向量。n维空间中点的位置向量具有n个坐标分量（P1,P2,...,Pn），且是唯一

4、的。若用齐次坐标表示时，此向量有n+1个坐标分量（hP1,hP2,…,hPn,h），且不唯一。图2-2是一个早期CAD硬件配置系统，每一个图形设备直接与主机通讯，其外存设备为磁盘和磁带。工作站1工作站2图2-2典型CAD/CAM硬件配置(微机型)图2-3目前CAD系统的硬件配置这种配置具有简单、直接的优点，但不能充分发挥系统的整体性能，不能支持更多的外部设备。在CAD系统中，当前倾向是采用工作站，图2-3是一个分布式系统配置方案。工作站实际上是一个硬件集合，也是各类硬件各自能力的结合，从而形成了一个完成特定任务的独立系统。一个工作站有它自己的计算机和

5、辅助存储器。每一个CAD工作站是一个具有基本处理功能的实体，它通过数据通讯线路同主机相连。这个主机具有中央数据库的作用，用以存储设计、绘图和其它用户工作站生成的数据。此外，主机还能运行某些工作站不能运行的大型分析软件。工作站按分布式配置有很多优点，例如，如果使用的CAD系统需要扩大并容纳更多的用户，只要在网中插入更多的工作站即可。这是因为，每一个用户都是在一个独立的工作站上工作。工作站可以通过网络系统支持所有图形显示功能。用户之间不必争夺系统的资源，并保持一致的响应时间。图形输磁　盘图形输出设备主机磁盘和磁带出设备主机绘图机和磁带本地微机图形输入设备

6、图形显示设备附加工作站(图形输入板)(图形终端)DGIGD2.1.1主要硬件简介2.1.1.1微机随着个人微机性能的不断提高，目前采用个人微机进行CAD/CAM不仅成为可能，而且发展较快。一般均采用386及其以上档次的个人微机，配置20英寸高分辨率（1280×1024）图形显示器、鼠标器或图形输入板、打印机和绘图机等，组成一个微机CAD/CAM工作站；并采用局域网将多台微机联接起来，以实现部分硬、软件资源的共享。由于目前个人微型机的功能尚有限，用个人微机进行CAD/CAM仅适用于产品结构比较简单，产品的系列化、通用化和标准化程度较高的企业。即使有的企

7、业采用超级微机工程工作站的配置、也常在网络系统中联接几台个人微机，一方面作为模拟终端使用，另一方面可以作为一个软件输入/输出的通道，将别人的软件移植进来和把自己开发的软件拷贝出去，移植给别人。个人微型计算机的CAD/CAM系统由于处理速度慢、容量小、支撑软件件能低等原因，几乎没有完整的几何造型功能，因此，目前的用途与其说是设计，不如说是绘图（Drawing）或者制图（Drafting）更恰如其分，即CADD或CAGD。但由于其价格低廉、使用方便，随着其硬、软件功能的不断提高，将在CAD/CAM技术的推广应用和普及中发挥越来越大的作用。微机很适合于中小

8、企业开发CAD/CAM系统使用。微机主要由中央处理器、内存储器、外存储器和输入输出设备四部分组成。⑴中央处理