(1)图形数据交换规范IGES - 西华大学
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第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
§2.1 CAD系统的组成与分类
（1）基本组成
CAD/CAM系统
硬件系统
软件系统
计算 机
外围 设备
联网 设备
系统 软件
支撑 软件
数据 库
应用 软件
西华大学材料科学与工程学院
第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
（2）硬件要求
性能要求较高的图形输入、输出设备；
（1）几何造型的定义
利用计算机系统描述物体的几何形状，建立产品几何模型 的技术。通过这种方法定义、描述的几何实体必须是完整的、 唯一的，而且能够从计算机内部的模型上提取该实体生成过 程中的全部信息，或者能够通过系统的计算分析自动生成某 些信息。
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第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
2 3 4 5 6 7 8
E9
E8
E12
V8 E7
E11
10 11 12
西华大学材料科学与工程学院
第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
优点：节省存储空间，处理数据快（因数据量少，且结 构简单），修改和编辑非常方便。 缺点：缺乏表面信息，处理时容易产生二义性；不能自 动产生两曲面相交的交线；无法对模型取剖面；计算体积 困难。
（3）软件组成
操作系统 具有下述功能：管理CPU；管理存储器；管理外部 设备；管理文件；网络通信功能；其它为用户开发应 用软件服务的特定功能。 支撑软件 主要功能：图形处理；三维产品建模；有限元建模 与分析；机构运动分析；数据信息交换；工程数据管 理；二次开发工具。
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第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
西华大学材料科学与工程学院
第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
（2）几何造型的主要作用
为图形的显示和输出提供信息；
为各种应用程序.（如，结构设计、受力分析、成型模 拟、图形变换、数控加工等）提供信息。
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第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
（3）几何造型的分类
旋转表面 Revolved Surface
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第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
扫动曲面 Swept Surface
截面曲线沿由任意空间曲线代表的路径移动而构成的曲面。
wenku.baidu.com
路径可以有多条（如6, 7），截面曲线也可以有多条（如 1～5）。
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第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
问题：由于客观事物大多是三维的、连续的，而在计算机 内部的数据均为一线的、离散的、有限的，因此，在表达 与描述三维实体时，怎样对几何实体进行定义，保证其准 确、完整和唯一性？
将对实体的描述和表达建立在几何信息和拓扑信息 处理的基础上。
几何信息：物体在空间的形状、尺寸及位置的描述； 拓扑信息：构成物体的各个分量的数目及相互之间的连接关系
第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
其它曲面 如：孔斯（Coons）曲面、Bezier曲面、 B样条曲面、 非均匀有理样条(NURBS)曲面等。 • 优点：可以描述各种各样的面（如，平面、二次曲面和 自由曲面等）；便于曲面求交线和进行几何体的消隐处 理，能够为CAM提供加工信息。 • 缺点：对面存在于物体的哪一侧定义不明确；无法判断 建立的物体是实心体还是壳体，难以对表面模型进行物 性分析。
数据库
把手册和资料中的数表、线图数据事先存放在数据库中， 要求具有图形和非图形数据处理的能力。
应用软件 面向用户（如某一企业、某一类产品或某一个工程），如 开目CAD、大恒CAD、华正CAD、圆方CAD、大方CAD。
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第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
§2.2 几何造型技术
较高的运行速度—CAD软件中大量的复杂的数值计算； 足够的外部存储空间---计算过程中大量的图形、图像、 技术文件、优化分析结果、图形库、数据库和配套的 应用软件；
较好的网络性能—设计网络系统的速度、稳定性、安 全性等。
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第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
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第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
表面造型
V1
E1 V2 E4 E2 F1 E3 V3 V4
表面 1 2 3 4 5 6
棱线 1, 2, 3, 4 5, 6, 7, 8 1, 10, 5, 9 2, 11, 6, 10 3, 12, 7, 11 4, 9, 8, 12
按照对这两方面信息的描述及存贮方法不同，三维几 何造型系统可划分线框建模、表面建模和实体建模三种主 要类型。
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第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
线框造型
利用基本线素来定义设计目标的棱线部分而构成的立 体构架图。在计算机内部，存贮的是该物体的顶点及棱线 信息，将实体的几何信息和拓扑信息层次清楚地记录在顶 点表及边表中。 顶点 x, y, z 棱边 顶点
蒙皮曲面 覆盖在一组线条上的曲面称为蒙皮 Skin。 规则表面 Ruled Surface 由两条互不相交的空间曲线扩展而成的规则表面。
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第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
平坦表面 Planar Surface
由封闭的二维线框构成的表面。
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F3
E10 E5 V5
E9
F6
E8
F5
E12
F4
E6
E11 V8
E7 V7
F2
V6
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第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
基本曲面： 能够用初等数学解析式描述的曲面。例如：
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第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
轨迹曲面 由二维曲线在三维空间运动的轨迹所构成的曲面。 拉伸表面 Extruded Surface（路径是直线）
V1 E1 V2 E10 E5 V6 V5 E6 V7 E2
1
E4 E3 V3 V4
0, 0, 1 1, 0, 1 1, 1, 1 0, 1, 1 0, 0, 0 1, 0, 0 1, 1, 0 0, 1, 0
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1, 2 2, 3 3, 4 4, 1 5, 6 6, 7 7, 8 8, 5 1, 5 2, 6 3, 7 4, 8
§2.1 CAD系统的组成与分类
（1）基本组成
CAD/CAM系统
硬件系统
软件系统
计算 机
外围 设备
联网 设备
系统 软件
支撑 软件
数据 库
应用 软件
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第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
（2）硬件要求
性能要求较高的图形输入、输出设备；
（1）几何造型的定义
利用计算机系统描述物体的几何形状，建立产品几何模型 的技术。通过这种方法定义、描述的几何实体必须是完整的、 唯一的，而且能够从计算机内部的模型上提取该实体生成过 程中的全部信息，或者能够通过系统的计算分析自动生成某 些信息。
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第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
2 3 4 5 6 7 8
E9
E8
E12
V8 E7
E11
10 11 12
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第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
优点：节省存储空间，处理数据快（因数据量少，且结 构简单），修改和编辑非常方便。 缺点：缺乏表面信息，处理时容易产生二义性；不能自 动产生两曲面相交的交线；无法对模型取剖面；计算体积 困难。
（3）软件组成
操作系统 具有下述功能：管理CPU；管理存储器；管理外部 设备；管理文件；网络通信功能；其它为用户开发应 用软件服务的特定功能。 支撑软件 主要功能：图形处理；三维产品建模；有限元建模 与分析；机构运动分析；数据信息交换；工程数据管 理；二次开发工具。
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第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
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第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
（2）几何造型的主要作用
为图形的显示和输出提供信息；
为各种应用程序.（如，结构设计、受力分析、成型模 拟、图形变换、数控加工等）提供信息。
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第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
（3）几何造型的分类
旋转表面 Revolved Surface
西华大学材料科学与工程学院
第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
扫动曲面 Swept Surface
截面曲线沿由任意空间曲线代表的路径移动而构成的曲面。
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路径可以有多条（如6, 7），截面曲线也可以有多条（如 1～5）。
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第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
问题：由于客观事物大多是三维的、连续的，而在计算机 内部的数据均为一线的、离散的、有限的，因此，在表达 与描述三维实体时，怎样对几何实体进行定义，保证其准 确、完整和唯一性？
将对实体的描述和表达建立在几何信息和拓扑信息 处理的基础上。
几何信息：物体在空间的形状、尺寸及位置的描述； 拓扑信息：构成物体的各个分量的数目及相互之间的连接关系
第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
其它曲面 如：孔斯（Coons）曲面、Bezier曲面、 B样条曲面、 非均匀有理样条(NURBS)曲面等。 • 优点：可以描述各种各样的面（如，平面、二次曲面和 自由曲面等）；便于曲面求交线和进行几何体的消隐处 理，能够为CAM提供加工信息。 • 缺点：对面存在于物体的哪一侧定义不明确；无法判断 建立的物体是实心体还是壳体，难以对表面模型进行物 性分析。
数据库
把手册和资料中的数表、线图数据事先存放在数据库中， 要求具有图形和非图形数据处理的能力。
应用软件 面向用户（如某一企业、某一类产品或某一个工程），如 开目CAD、大恒CAD、华正CAD、圆方CAD、大方CAD。
西华大学材料科学与工程学院
第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
§2.2 几何造型技术
较高的运行速度—CAD软件中大量的复杂的数值计算； 足够的外部存储空间---计算过程中大量的图形、图像、 技术文件、优化分析结果、图形库、数据库和配套的 应用软件；
较好的网络性能—设计网络系统的速度、稳定性、安 全性等。
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第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
西华大学材料科学与工程学院
第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
表面造型
V1
E1 V2 E4 E2 F1 E3 V3 V4
表面 1 2 3 4 5 6
棱线 1, 2, 3, 4 5, 6, 7, 8 1, 10, 5, 9 2, 11, 6, 10 3, 12, 7, 11 4, 9, 8, 12
按照对这两方面信息的描述及存贮方法不同，三维几 何造型系统可划分线框建模、表面建模和实体建模三种主 要类型。
西华大学材料科学与工程学院
第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
线框造型
利用基本线素来定义设计目标的棱线部分而构成的立 体构架图。在计算机内部，存贮的是该物体的顶点及棱线 信息，将实体的几何信息和拓扑信息层次清楚地记录在顶 点表及边表中。 顶点 x, y, z 棱边 顶点
蒙皮曲面 覆盖在一组线条上的曲面称为蒙皮 Skin。 规则表面 Ruled Surface 由两条互不相交的空间曲线扩展而成的规则表面。
西华大学材料科学与工程学院
第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
平坦表面 Planar Surface
由封闭的二维线框构成的表面。
西华大学材料科学与工程学院
F3
E10 E5 V5
E9
F6
E8
F5
E12
F4
E6
E11 V8
E7 V7
F2
V6
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第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
基本曲面： 能够用初等数学解析式描述的曲面。例如：
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第二章 计算机辅助设计（CAD）技术基础
轨迹曲面 由二维曲线在三维空间运动的轨迹所构成的曲面。 拉伸表面 Extruded Surface（路径是直线）
V1 E1 V2 E10 E5 V6 V5 E6 V7 E2
1
E4 E3 V3 V4
0, 0, 1 1, 0, 1 1, 1, 1 0, 1, 1 0, 0, 0 1, 0, 0 1, 1, 0 0, 1, 0
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1, 2 2, 3 3, 4 4, 1 5, 6 6, 7 7, 8 8, 5 1, 5 2, 6 3, 7 4, 8