四年級(jí)品社下冊(cè)《在希望的田野上》課件1-北師大版

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

技術(shù)基礎(chǔ)教程清華大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育課程系列教材唐龍等編著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

技術(shù)基礎(chǔ)教程清華大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育課程系列教第1章CAD技術(shù)概述1.1CAD技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展概況1.2

CAD系統(tǒng)的軟硬件技術(shù)基礎(chǔ)

第1章CAD技術(shù)概述1.1CAD技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展概況1.1CAD技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展概況1.1.1計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)的概念

CAD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)。它把人類的決策判斷、創(chuàng)造能力與計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)算、信息存儲(chǔ)等功能有機(jī)結(jié)合起來(lái)，從而達(dá)到縮短工程產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期、提高設(shè)計(jì)質(zhì)量的目的。簡(jiǎn)單地講，CAD是工程技術(shù)人員利用計(jì)算機(jī)達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)目的。

1.1CAD技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展概況CAD概念的實(shí)質(zhì)在于：（1）人機(jī)各盡所長(zhǎng)；（2）人機(jī)交互結(jié)合；（3）最佳設(shè)計(jì)效率。

CAD技術(shù)的主要作用如下:

（1）提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率。（2）能夠充分發(fā)揮設(shè)計(jì)人員創(chuàng)造性。（3）縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期。CAD概念的實(shí)質(zhì)在于：1.1.2CAD技術(shù)的重要應(yīng)用

CAD是計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程設(shè)計(jì)學(xué)科相結(jié)合形成的新興技術(shù)，是計(jì)算機(jī)在工程中最有影響的應(yīng)用技術(shù)之一。CAD技術(shù)曾被美國(guó)國(guó)家工程科學(xué)院評(píng)為當(dāng)代十項(xiàng)最杰出的工程技術(shù)成就之一。無(wú)論是軍事工業(yè)還是民用工業(yè)，無(wú)論是建筑行業(yè)還是制造加工行業(yè)，無(wú)論是機(jī)械、電子、輕紡行業(yè)還是文體、影視廣告行業(yè)等都離不開(kāi)CAD技術(shù)。CAD技術(shù)是企業(yè)界爭(zhēng)奪市場(chǎng)份額和生存發(fā)展不可缺少的手段。

1.1.2CAD技術(shù)的重要應(yīng)用

在制造業(yè)中的應(yīng)用：如波音777飛機(jī)是世界上第一架實(shí)現(xiàn)無(wú)紙?jiān)O(shè)計(jì)與制造的飛機(jī)。在工程領(lǐng)域中的應(yīng)用：如建筑設(shè)計(jì)CAD、電子沙盤；機(jī)械設(shè)計(jì)CAD等。仿真模擬和動(dòng)畫制作：在電影制作中的成功應(yīng)用，如“未來(lái)世界”、“玩具總動(dòng)員”、“侏羅記公園”等在輕工行業(yè)的應(yīng)用：如模具CAD和服裝CAD等。在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用：計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)規(guī)劃和手術(shù)模擬。在電子電路中的應(yīng)用：超大規(guī)模集成電路的設(shè)計(jì)制造。在制造業(yè)中的應(yīng)用：如波音777飛機(jī)是世界上第

我國(guó)科學(xué)技術(shù)部在CAD應(yīng)用工程2000年規(guī)劃綱要中指出：“到2000年，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)主要部門的科研、設(shè)計(jì)單位和企業(yè)中全面普及推廣CAD技術(shù)，實(shí)現(xiàn)‘甩掉圖板’（指?jìng)鹘y(tǒng)設(shè)計(jì)中的描圖板），提高智能勞動(dòng)效率，推廣我國(guó)CAD市場(chǎng)，扶持發(fā)展以CAD為突破口的我國(guó)自主創(chuàng)新的軟件產(chǎn)業(yè)，建立起我國(guó)的CAD產(chǎn)業(yè)”。到2000年，我國(guó)機(jī)械制造業(yè)應(yīng)用CAD技術(shù)的普及率和覆蓋率均達(dá)70%以上；工程設(shè)計(jì)行業(yè)CAD技術(shù)的普及率和覆蓋率均達(dá)100%。我國(guó)科學(xué)技術(shù)部在CAD應(yīng)用工程2000年規(guī)劃CAD技術(shù)在我國(guó)工程和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一些應(yīng)用實(shí)例：（1）沈陽(yáng)變壓器廠用CAD技術(shù)輸出三峽工程項(xiàng)目三維彩色產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖和計(jì)算機(jī)分析的數(shù)據(jù)，從而贏得了三峽工程的招標(biāo)項(xiàng)目。（2）瀘東造船廠應(yīng)用CAD技術(shù)后，生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備周期縮短1/3以上，造船的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)能力提高一倍。（3）西北電力設(shè)計(jì)院用CAD系統(tǒng)建渭河電廠主廠房三維模型，對(duì)該廠原設(shè)計(jì)方案自動(dòng)校驗(yàn)，共查出6處隱藏在圖紙中的錯(cuò)誤，當(dāng)即進(jìn)行了修改。（4）寰球化工工程公司應(yīng)用CAD技術(shù)，在盤綿乙烯裝置工程中，進(jìn)行碰撞檢測(cè)后，使95%以上的錯(cuò)誤得以糾正，在總長(zhǎng)20多萬(wàn)米的管道設(shè)計(jì)中，施工結(jié)束后剩余鋼管不到10米。CAD技術(shù)在我國(guó)工程和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一些應(yīng)用實(shí)例：1.1.3CAD技術(shù)應(yīng)用實(shí)例圖示

一些圖形網(wǎng)站如/gallery/id/具有豐富的圖片，可顯示CAD技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用效果。1.1.3CAD技術(shù)應(yīng)用實(shí)例圖示一些圖2024/4/310CADForProducts2024/4/210CADForProducts2024/4/311CADInArchitecture2024/4/211CADInArchitecture2024/4/3122024/4/2122024/4/3132024/4/2132024/4/314Simulation/Trainning2024/4/214Simulation/Trainning2024/4/315Advertisement2024/4/215Advertisement2024/4/316Entertainment2024/4/216Entertainment2024/4/317Entertainment2024/4/217Entertainment2024/4/318VisualizationStudyonhowtotransferthescientificdatasetintovisibleimages,tohelpthepeopletounderstandtheirmeaningeasily.2024/4/218VisualizationStudy2024/4/319Visualization2024/4/219Visualization2024/4/3202024/4/2202024/4/3212024/4/2212024/4/3222024/4/2222024/4/323VirtualReality2024/4/223VirtualReality2024/4/324WireframeVs.SolidModels-Illustration2024/4/224WireframeVs.Solid2024/4/325ModellingwithCurvedSurfaces2024/4/225ModellingwithCurve2024/4/326WireframeVs.SolidModels-Illustration2024/4/226WireframeVs.Solid2024/4/3272024/4/2272024/4/3282024/4/2282024/4/3292024/4/2292024/4/330DistributedArchitectureVRSystem

(SupportedbyNationalHi-tech863Program)VRisintroducedindesignprocedureTheeffectsofmodel,illuminationandsoundcanbeexperiencedinthevirtualworld.CSCWteamworkissupported.2024/4/230DistributedArchitec2024/4/3312024/4/2312024/4/332ImagebasedModelingandRendering1232024/4/232ImagebasedModeling2024/4/333

2024/4/2332024/4/334SpecialEffectsofInk-WashDrawing2024/4/234SpecialEffectsofI2024/4/3352024/4/2351.1.4CAD技術(shù)發(fā)展歷程

CAD技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)及其外圍設(shè)備、圖形輸入輸出設(shè)備、軟件技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。（1）準(zhǔn)備和誕生時(shí)期（20世紀(jì)50~60年代）電子管計(jì)算機(jī)

1950MIT能夠顯示簡(jiǎn)單圖形的圖形顯示器

1958Calcomp滾筒式繪圖機(jī)

20世紀(jì)50年代末SAGE戰(zhàn)術(shù)防空系統(tǒng)

1.1.4CAD技術(shù)發(fā)展歷程（2）蓬勃發(fā)展和進(jìn)入應(yīng)用的時(shí)期（20世紀(jì)60年代）

1962，IvanSutherland研究出了Sketchpad交互式圖形系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)及圖形設(shè)備價(jià)格昂貴，技術(shù)復(fù)雜。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展，如Coons曲面。（3）廣泛應(yīng)用時(shí)期（20世紀(jì)70年代）集成電路用于計(jì)算機(jī)，使計(jì)算機(jī)平臺(tái)的性能大為提高。出現(xiàn)了以小型計(jì)算機(jī)為平臺(tái)的CAD系統(tǒng)。圖形設(shè)備相繼推出并完善。圖形軟件和CAD應(yīng)用支撐軟件不斷得到充實(shí)與提高。（2）蓬勃發(fā)展和進(jìn)入應(yīng)用的時(shí)期（20世紀(jì)60年代）（4）飛速發(fā)展時(shí)期（20世紀(jì)80年代）出現(xiàn)了大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路，使微機(jī)進(jìn)入市場(chǎng)。推出了以UNIX系統(tǒng)支撐的SUN工作站。圖形軟件更加成熟。（5）日趨成熟的時(shí)期（20世紀(jì)90年代）出現(xiàn)基于PC平臺(tái)的價(jià)廉物美的CAD系統(tǒng)。

CAD系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化：CGI、GKS、GKS-3D、PHIGS、OpenGL、IGES、STEP。智能化CAD系統(tǒng)。集成化?？茖W(xué)計(jì)算可視化、虛擬設(shè)計(jì)、虛擬制造。（4）飛速發(fā)展時(shí)期（20世紀(jì)80年代）1.1.5

CAD軟件技術(shù)的發(fā)展以機(jī)械行業(yè)為例，說(shuō)明CAD軟件技術(shù)的發(fā)展歷程。

20世紀(jì)60年代，CAD的主要技術(shù)特點(diǎn)是交互式二維繪圖和三維線框模型。

20世紀(jì)70年代，CAD的主要技術(shù)特征是自由曲線曲面生成算法和表面造型理論，代表軟件CATIA。

20世紀(jì)80年代，CAD的主要技術(shù)特征是實(shí)體造型理論和幾何建模方法，代表軟件I-DEAS。

20世紀(jì)90年代，CAD技術(shù)基礎(chǔ)理論主要是以PTC的Pro/Engineer為代表的參數(shù)化造型理論和以SDRC的I-DEAS為代表的變量化造型理論，形成了基于特征的實(shí)體建模技術(shù)。1.1.5

CAD軟件技術(shù)的發(fā)展1.2CAD系統(tǒng)的軟硬件技術(shù)基礎(chǔ)什么是CAD系統(tǒng)？CAD系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)硬件為基礎(chǔ)，系統(tǒng)軟件和支撐軟件為主體，應(yīng)用軟件為核心組成的面向工程設(shè)計(jì)問(wèn)題的信息處理系統(tǒng)。CAD系統(tǒng)與一般計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的差別：一般計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)+外圍設(shè)備。CAD系統(tǒng)：人與計(jì)算機(jī)及外圍設(shè)備協(xié)調(diào)運(yùn)行的系統(tǒng)。其基本功能是交互性（對(duì)話功能）。1.2CAD系統(tǒng)的軟硬件技術(shù)基礎(chǔ)什么是CAD系統(tǒng)？1.2.1CAD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能

1.CAD系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可用分層體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述。硬件平臺(tái)：網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算機(jī)，繪圖機(jī)，打印機(jī)...操作系統(tǒng)：Windows3.x,Windows95/98/NT,UNIX網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：TCP/IP,SPX/IPX數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)：Oracle,Sybase,Forpro…CAD工具軟件：AutoCAD,Solidworks,Pro/E...CAD工程應(yīng)用軟件...硬件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件支撐軟件應(yīng)用軟件CAD系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)1.2.1CAD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能硬件平臺(tái)：網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算機(jī)，2.系統(tǒng)功能分析

（1）硬件應(yīng)具備的基本功能：計(jì)算功能、存儲(chǔ)功能、輸入輸出功能、交互功能。

（2）軟件應(yīng)具備的基本功能：就機(jī)械產(chǎn)品CAD系統(tǒng)來(lái)講，應(yīng)是：產(chǎn)品幾何造型的功能（線框、曲面與實(shí)體造型）、

2D和3D圖形處理功能、有限元分析功能、優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程、數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能等。

2.系統(tǒng)功能分析CAD軟件CAD專用軟件CAD支撐軟件

優(yōu)化方法庫(kù)

圖形支撐軟件

數(shù)據(jù)庫(kù)軟件

有限元分析軟件

系統(tǒng)軟件

操作系統(tǒng)

高級(jí)語(yǔ)言編譯器

網(wǎng)絡(luò)軟件3.CAD系統(tǒng)軟件層次結(jié)構(gòu)

CAD軟件CAD專用軟件（1）系統(tǒng)軟件

主要用于計(jì)算機(jī)的管理、維護(hù)、控制以及計(jì)算機(jī)程序的翻譯、裝入與運(yùn)行。操作系統(tǒng)：Windows95/98、UNIX、WindowsNT等。語(yǔ)言編譯系統(tǒng)：VisualC/C++、

VisualBasic、AutoLisp等。（2）支撐軟件是為滿足CAD/CAM用戶共同需要而開(kāi)發(fā)的通用軟件。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)：Foxpro/ORACLE/INFORMIX/Sybase等。計(jì)算機(jī)分析軟件：ANSYS/NASTRAN/ADAMS等。圖形支撐軟件：可分為圖形處理語(yǔ)言及交互式繪圖軟件。

（1）系統(tǒng)軟件（3）專用軟件用戶利用計(jì)算機(jī)所提供的各種系統(tǒng)軟件、支撐軟件，編制解決用戶各種實(shí)際問(wèn)題的程序稱為應(yīng)用軟件。開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件是CAD工作者的一項(xiàng)重要工作。

（3）專用軟件常用CAD軟件國(guó)內(nèi)應(yīng)用較廣的微機(jī)CAD軟件有：

Autodesk公司的AutoCAD及MDT,Solidworks公司的Solidworks，美國(guó)CV公司的CADDS軟件的微機(jī)版本PD（PersonalDesigner）;MicroStation軟件，Micro-CADAM軟件，CADKEY軟件，SolidEdge軟件等。常用CAD軟件工程工作站CAD/CAM系統(tǒng)軟件有：美國(guó)SDRC公司開(kāi)發(fā)的I-DEAS（IntegratedEngineeringAnalysisSoftware），

IBM公司開(kāi)發(fā)的CATIA（Computer-GraphicsAidedThree-DimensionalInteractiveApplications），法國(guó)Matra公司EUCLID軟件，美國(guó)EDS公司UGII(UNIGRAPHICSII)軟件，美國(guó)PTC公司

Pro/Engineer系統(tǒng)。工程工作站CAD/CAM系統(tǒng)軟件有：1.2.2CAD系統(tǒng)的類型按照CAD系統(tǒng)中采用的計(jì)算機(jī)類型、外圍設(shè)備以及它們之間的聯(lián)系方式，CAD系統(tǒng)可分為主機(jī)型CAD系統(tǒng)、工程工作站CAD系統(tǒng)、微機(jī)CAD系統(tǒng)和基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的CAD系統(tǒng)。

CAD系統(tǒng)經(jīng)歷過(guò)三個(gè)階段的發(fā)展，即許多用戶共享一臺(tái)計(jì)算機(jī)；一個(gè)用戶用一臺(tái)計(jì)算機(jī)；一個(gè)用戶共享多臺(tái)計(jì)算機(jī)。1.2.2CAD系統(tǒng)的類型（1）工程工作站系統(tǒng)工程工作站是具有高速的科學(xué)計(jì)算、豐富的圖形處理、靈活的窗口及網(wǎng)絡(luò)管理功能的交互式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的特點(diǎn)是：一個(gè)用戶用一臺(tái)計(jì)算機(jī)，并且具有聯(lián)網(wǎng)功能。這也是它與具有分時(shí)系統(tǒng)的超級(jí)小型機(jī)的不同之處。

SUN、SGI、HP、DEC和IBM等大型計(jì)算機(jī)公司廣泛采用工程工作站系統(tǒng)，因此工程工作站在國(guó)外CAD系統(tǒng)中占有主導(dǎo)地位。（1）工程工作站系統(tǒng)（2）微機(jī)CAD系統(tǒng)是以一臺(tái)微機(jī)為主的單用戶系統(tǒng)。

微機(jī)CAD硬件系統(tǒng)主機(jī)操作系統(tǒng)顯示設(shè)備：圖形顯示器輸入設(shè)備外存儲(chǔ)器輸出設(shè)備通訊接口（2）微機(jī)CAD系統(tǒng)微機(jī)CAD硬件系統(tǒng)主機(jī)操作系統(tǒng)顯示設(shè)備：（3）網(wǎng)絡(luò)分布CAD系統(tǒng)應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)，將分布于各地的各類計(jì)算機(jī)以網(wǎng)絡(luò)形式連接起來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作。CAD網(wǎng)絡(luò)示例TCP/IPServerClient文件服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器微機(jī)工作站...（3）網(wǎng)絡(luò)分布CAD系統(tǒng)CAD網(wǎng)絡(luò)示例TCP/IPServe1.2.3計(jì)算機(jī)及其輸入輸出設(shè)備CAD硬件計(jì)算機(jī)主機(jī)圖形輸入設(shè)備圖形繪制設(shè)備圖形顯示設(shè)備掃描儀數(shù)字化儀數(shù)碼相機(jī)光柵掃描顯示器液晶顯示器打印機(jī)繪圖機(jī)筆式繪圖機(jī)噴墨繪圖機(jī)CAD硬件設(shè)備1.2.3計(jì)算機(jī)及其輸入輸出設(shè)備CAD計(jì)算機(jī)主機(jī)圖形1.微機(jī)組成與分類

按微機(jī)的設(shè)備組成，微機(jī)設(shè)備可分為內(nèi)、外兩部分：內(nèi)部設(shè)備通常包括主板、CPU、內(nèi)存儲(chǔ)器、顯示卡、電源、輸入輸出接口等；其中輸入輸出接口又分為串行口和并行口，它們分別可以連接鼠標(biāo)、打印機(jī)等外部設(shè)備；主板上通常有幾個(gè)擴(kuò)展槽，用來(lái)連接外部設(shè)備等。外部設(shè)備一般包括軟盤驅(qū)動(dòng)器、硬盤驅(qū)動(dòng)器、光盤驅(qū)動(dòng)器、鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、聲卡、網(wǎng)卡、調(diào)制解調(diào)器等。

1.微機(jī)組成與分類按微機(jī)的設(shè)備組成，微機(jī)設(shè)備可分為內(nèi)2.

計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備

圖形輸入設(shè)備可將用戶的圖形結(jié)果及各種命令等轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并傳送給計(jì)算機(jī)。（1）物理設(shè)備鍵盤、鼠標(biāo)器、數(shù)字化儀、圖形輸入板鍵盤由一組按陣列方式裝配在一起的按鍵開(kāi)關(guān)組成。鼠標(biāo)器可以方便、準(zhǔn)確地移動(dòng)光標(biāo)進(jìn)行定位，它是窗口軟件和繪圖軟件的首選輸入設(shè)備。

數(shù)字化儀和圖形輸入板矢量圖形輸入設(shè)備。語(yǔ)音輸入與掃描輸入2.計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備圖形輸入設(shè)備可將用戶的圖形結(jié)（2）邏輯設(shè)備圖形輸入設(shè)備從邏輯上分為6種功能，即定位（locator）、筆劃（strok