三维计算机辅助设计教程第一章三维造型技术概述
计算机辅助设计及制造技术
• （2）常用的数据排序算法和查找算法
•
1）数据的排序算法。
•
2）常用的查找算法。
•
3）数据的插值。
•
4）曲线拟合。
一、概 述
计算机辅助设计（CAD）利用计算机 软硬件技术辅助设计人员对产品、工程进 行分析计算、几何建模、模拟仿真、优化 设计、绘制工程图样等的管理、生成技术 文件等的方法技术。
1．计算机图形显示输出设备
计算机图形的显示与相应的显示设备 有密切的关系，显示器分辨率的高低对 图形的生成质量和真实感有直接的关系。
常见的显示设备如：阴极射线管显 示器、液晶显示器、等离子显示器等等。
输出设备通常包括：打印机、绘图 仪、头盔显示器等。
2．图形元素生成的基本原理
计算机图形学的实质就是通过计算机将数 据转换为图形，并在显示器上进行实时显示。
Oracle数据库是一种大型数据库系统，一 般应用于商业，政府部门，它的功能强大，能 够处理大批量的数据，在网络方面也用的非常 多。
第3章
计算机图形处理及建模技术
• 基本内容 • 1．计算机图形显示输出设备 • 2．图形元素生成的基本原理 • （1）图形元素生成的基本算法。 • （2）图形的几何变换。 • （3）图形真实感处理简介。 • 3．几何建模方法 • （1）线框建模。 • （2）表面建模。 • （3）实体建模。 • （4）边界表示法。 • （5）实体结构几何法（CSG法）。 • （6）特征建模。
(3) 网状结构
网状结构是多对多得结构关系，比树结构更为复 杂的一种非线性结构，它的每个节点可能有多个前趋， 也可能有多个后继，节点的联系是任意的，它的每条 边具有相应的含义及权值。
3.数据库系统及应用
(1) 数据库系统的基本概念及分类
计算机辅助三维设计教案
郑州航院艺术设计系课程名称：计算机辅助三维设计授课专业：工业设计讲授人：宗思生副教授2012年3月《计算机辅助三维设计》课程基本信息（一）课程名称：计算机辅助三维设计（二）学时学分：周4学时，2.5 学分（三）预修课程：无（四）使用教材李启炎主编：《计算机绘图(初级)》（AutoCAD 2000版），同济大学出版社，2001年7月版。
（五）教学参考书（3本以上）1．余强著：《AutoCAD 2005机械制图经典实例教程》，机械工业出版社，2005年3月版。
2．王国业著：《AutoCAD 2008 中文版三维造型实例教程（含1CD）》，机械工业出版社，2008年4月版。
3．刘培晨著：《AutoCAD中文版室内设计图绘制实例教程》，机械工业出版社，2003年1月版。
（六）教学方法：课堂讲授，课堂讨论，提问式教学。
（七）教学手段：多媒体教学，实时操作演示。
（八）考核方式：上机测试。
（九）其它要求：严格考勤，注重学生课堂表现及课堂参与情况，上机练习情况。
2第一章CAD技术概况教学时数：2学时教学目的与要求：通过本章的教学，使学生对计算机辅助设计的基本概念及应用有一个全面概括的了解。
要求学生掌握基本概念。
教学重点：CAD概念，CAD系统的构成。
教学难点：CAD相关概念的比较讲解，使学生透彻理解概念。
教学内容：§1.1 CAD技术的发展史§1.2 CAD系统的构成§1.3 CAD技术的应用§1.4 CAD技术发展展望§1.1 CAD 技术的发展史1．CAD 是什么·20世纪60年代初，美国学者提出CAD（Computer Aided Design）的概念。
以后CAD技术发展与CG（Computer Graphics –计算机图形学）相结合形成一门新学科。
·计算机绘图：由计算机及图形输入/ 输出设备实现图形显示及绘图输出。
是图形学、计算数学、计算机科学结合的结晶，是CAD / CAM 的基础。
《计算机辅助设计(三维)》教学大纲选修
《计算机辅助设计（三维）》教学大纲Computer Aided Design （Three Dimensional）学时：36学时学分2理论学时：18学时实验或讨论学时：18学时适用专业：不限课程代码：ZRX019303大纲执笔人：大纲审定人：一、说明（500字左右）1、课程的性质、地位和任务本课程是计算机辅助设计（CAD）的入门课程，面向全校工程类专业学生及非工程类专业中的计算机爱好者，是计算机文化、技术、应用基础教育课程中，对提高就业能力具有重要意义的技能性课程。
通过本课程的学习，使学生了解计算机辅助设计的概念、起源、发展历史和应用现状；熟练操作一种流行的CAD概念设计软件；提供一个表达概念设计的专业工具。
2、课程教学的基本要求本课程是实践性很强的课程，包括课堂讲授和上机实习两个主要环节，这两个环节是相辅相成密不可分的。
课堂讲授分为三个大的部分：介绍计算机辅助设计在本专业上应用的概况，要求覆盖面广、重点突出，对主要的应用方向要做详细介绍；对现有的三维CAD设计软件要介绍其主要功能、特点、主要的优点和不足；讲授CAD概念设计软件的使用方法和操作步骤，演示应用软件的操作使用，讲清操作要领。
上机实习部分指导学生熟悉软件的集成环境，演练操作步骤和要领。
课程设计在教师的指导下，每个学生课下独立完成，能够表达校园中的建筑和环境。
3、课程教学改革本课程在教学过程中将依托精品课程“园林计算机辅助设计”构建的自主学习环境，包括全程教学视频、互动交流论坛等教学资源，尝试学生自主学习与课堂教学的结合，训练学生面对新版软件新增功能时的自学能力。
使学生掌握计算机辅助设计的入门知识、操作步骤和设计技法，提高学生的就业能力。
二、教学大纲内容（一）课程理论教学第一章计算机辅助设计技术概况讲授CAD技术的发展史、系统构成、应用、发展展望。
本章重点、难点：CAD系统的软硬件结构、应用水平。
建议教学方法：在教学方法上力求少而精，重点突出。
第一章_CADCAM技术概论
CAD/CAM技术 CAD/CAM技术
第 一 章
第三节. CAD/CAM系统的硬件和软件
C A M 技 术 概 论
一．CAD/CAM系统的组成 C 一个CAD/CAM系统的组成不是唯一的，一般根据 A 应用领域和任务要求不同会有所不同。我们主要着眼于 D 机械制造领域中的CAD/CAM系统。
CAD/CAM系统
CAD/CAM技术 CAD/CAM技术
第 一 章 C A D C A M 技 术 概 论
指导实际生产；还可以为CAM提供工艺信息,以生成NC代 码，控制生产设备运行。 5. NC自动编程 根据CAD所建几何模型和CAPP所制定的工艺规程 信息，生产刀具轨迹，也即刀位文件，虚拟仿真加工检 测无误后，经后置处理，生成相应机床的NC代码。一般 大型CAD/CAM系统都具备3至5轴联动加工的自动数控编 程能力。 6. 加工过程仿真模拟 虚拟仿真数控加工现场，防止几何干涉和物理碰 撞，分析可加工性。 7. 工程数据库管理 工程数据库管理（PDM）系统能有效地管理几何 信息、属性语义数据、加工工艺信息等，特别是采用统 一的数据库技术。 PDM、PLM、CIMS
1. 产品几何建模――核心功能，把物理模型转化为 数据模型 三维造型：零件、部件 装配：干涉分析（可装配性）、运动干涉分析 动态显示：旋转、放大、平移、消隐、渲染处理等 2. 产品模型的工程分析 (1) 静力学、运动学、动力学 对零件、部件做静力学分析；对运动机构的位移、 速度、加速度以及受力状况进行分析，形象直观地进行 运动仿真，可全面了解机构的设计性能和运动情况，发 现问题并及时修改。
CAD/CAM技术 CAD/CAM技术
第 一 章 C A D C A M 技 术 概 论
3. 应用软件 应用软件是在系统软件和支撑软件的基础上，针 对专门领域的需要而研制开发的。这类软件一般是用 户通过支撑软件提供的开发接口，利用高级语言开发 的。可分为检索与查询软件、专用图形生成软件、专 用数据库、专用计算与算法软件、专用工具软件等。 如机械标准零件库、模具设计工具、工艺资料与工序 卡片自动生成软件等。 很多集成CAD /CAM软件开发商也提供这些模块， 要使用当然要付银子。
第一章《三维造型基础》理论概述
曲别针的联想构成
3D MODELING FOUNDATION 50
曲别针的重构
3D MODELING FOUNDATION 51
52
餐具系列
53
第一章
理论概述
点、线、面
（3）面
面是由线过渡而成的，是相对薄的形体，在三维形态的造型中，“线”
与“面”有着很重要的作用，面材具有阻隔、遮挡和分割的作用。随着材 料的开发，面材已成为主要的造型材料，例如：大尺寸的平板玻璃、各种 塑料、品种丰富的纸材和布料、厚实的多层板、铝及铝合金等轻金属板材 的开发也日益发达。由于加工技术的发达，不仅能轻易地将面材弯曲成曲 面或钻孔，而且也可以将塑料板或铁板等面材加工成型，成为复杂的曲面 立体。线过渡到面，可采用材质过渡及排列、组合等方式。
材包括棉、麻、丝、化纤等软线（或软绳），还有铁、铜、铝丝等金属材 料。硬质线材包括木、塑料及其他金属条材等。
线材本身不具有占据空间表现形体的功能。但可通过线群的集聚，表现 出面的效果，再运用各种面加以包围，形成一定封闭式的空间立体造型。 还可以通过线的弯曲角度、方向、位置、差异的变化构成产生不同的视觉、 触觉效果。线材所包围的空间立体造型，也必须借助于框架的支撑。可采 取木框架、金属框架或能起支撑作用的材质作框架。
综合表达
◆材料和工具 ◆案例分析 ◆作业点评
3D MODELING FOUNDATION 6
课程目标
（1）了解三维形态中不同要素的不同特征，并学习与研究在形态创造的过程中这些 要素之间的组织关系与相互结合的形式法则。
（2）通过实践，学习一些基本的表现方法与技能。 （3）提高自身艺术审美能力。 （4）能在以后的设计应用中，把握三维造型中各要素之间的关系，满足设计需求。
AutoCAD三维造型技术(全)PPT课件
1.5 楔体(WEDGE)
建模步骤：
生成楔体的方法有：
回到目录
二.面构图的创建及分类
1. 基本3D面构图形
2. 面域（REGION）
3. 3D组合曲面
4. 3D面构体
回到目录
1.基本3D面构图形
1.1 图形加厚
回上一级
回到目录
1.2 三维面（3DFACE）
1.3 三维多边形面（PFACE）
1.4 三维网格面（3DMESH）
1.1 图形加厚
作用：通过特性对话框的厚度选项， 可以给平面图形设置厚度，建立简单 的三维模型。
图例
回上一级 回到目录
1.2 球体 (SPHERE)
建模步骤：
给定球心坐标和球体半径 （或直径）。
图例
回上一级 回到目录
1.3 圆柱体 (CYLIDER)
建模步骤：
可建立圆柱体或椭圆柱体。 建立圆柱体的两种方式：
①依次确定圆柱体底面的圆心 位置、半径和高度。
图例
②先确定圆柱体底面的圆心位 回上一级 置，再给出圆柱体的半径，最 回到目录
后指定圆柱体顶面的圆心位置。
1.4 圆锥体 (CONE)
建模步骤：
可建立圆锥体，其中的选项 [Elliptical]可建立椭圆锥体。 建立圆锥体的方式有两种：
①依次确定圆锥体底面的圆心 位置、底面半径和高度。
②先确定圆锥体底面的圆心位 置，再给出圆锥体的半径，最 后指定圆锥体顶点的位置。
图例
回上一级 回到目录
4. 3D面构体
4.1 长方面体 4.3 棱锥面体 4.5 球面 4.7 下半球面
Байду номын сангаас
4.2 楔面体 4.4 圆锥面 4.6 上半球面 4.8 圆环面体
三维CAD造型技术基本原理.pptx
职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库
四、参数化特征三维造型基本方法
通常，对零件三维造型大致都要遵循以下几个步骤： （1）规划零件 主要分析特征构造顺序以及特征的构造方法。 （2）创建基本特征 首先构造零件上的基本特征。 （3）创建其它附加特征 再根据零件规划结果逐一添加上其 它附加特征。 （4） 编辑修改特征 在特征造型中的任何时候都可以修改 特征，包括修改特征的形状、尺寸、位置，或是特征的从属关 系，甚至可以删除已经建好的特征。 （5）生成工程图样 采用3D到2D技术交互生成2D工程图。
铸造CAD/CAE技术
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现代产品开发过程图例
结 构 有 限 元 分 析
铸造CAD/CAE技术
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现代产品开发过程图例 机械系统动态分析（运动学分析、动力学分析）
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(2) 特征的构造顺序 分析按照什么顺序创建这些特征以及如 何进一步修整它们，并方便设计分析和修改。
(3) 特征的构造方法 不同的特征有不同的构造方法，同一个 特征也有不同的构造方法，应该确定特征的造型方法，同时分析 特征的主要约束。
实体零件的特征理解
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根据特征构造和组合的先后顺序，可以把特征分为基本特征 与附加特征两类。基本特征能反映零件的主要体积(或质量)和零 件的主要形状，是构造后续特征的基础。只有构造好基本特征之 后，才能再创建其它各种特征，其它特征好象是附加在基本特征 之上的，所以称之为附加特征。
特征建模技术主要涉及 几何特征概念。所谓“几 何特征”，是指可以用参 数驱动的构成实体模型的 独立几何形状。零件的几 何模型可以看成是由一系 列的特征堆积而成，改变 特征的形状或位置，就可 以改变零件的几何模型。
第1章CADCAM技术概述
创意 构思
计算机 辅助 设计
快速 原型 制造
计算机 辅助工艺
规划
计算机 辅助NC
编程
模拟 制造
实际 制造
设计 文档
产品 原型
工艺 文档
数控 代码
产品
CAD/CAM 作业过程
•创意与构思 即需求分析，并进行功能设计，这一部分目前仍主要由人 工完成，在条件具备时也可以采用人工智能和专家系统辅助完成。
•计算机辅助设计与分析 人机交互完成产品造型、装配设计、详细设计， 进行工程分析和优化。
应用如快速原型技术、虚拟制造技术、动静态分析等多种技术，保证产 品开发质量，缩短产品开发周期，提高产品开发一次成功率。
1.3 CAD/CAM系统硬件和软件
1.3.1 CAD/CAM系统组成
人 关键
硬件 基础
软件 核心
CAD/CAM系统组成
人：有着不可替代主导作用
硬件：是基础，包括主机、计算机 外部设备以及网络通讯设备等
图形接口标准：如 GKS、PHIGS、GL/OpenGL等图 形接口标准，独立于硬件设备和各种不同的 计算机语言。
1.3.3 CAD/CAM系统的软件
支撑软件：
交互绘图软件：主要完成二维工程图样的绘制， 如AutoCAD、PICAD 高华CAD 开目CAD等。
三维造型软件：如 MDT、Solidworks、Solidedge等。 数控编程软件：如 MasterCAM、SurfCAM等。 工程分析软件：如 SAP、ADINA、NASTRAN、ANSYS等。 综合集成支撑软件：如 I-DEAS、UGII、PRO/E、
1.1 CAD/CAM技术基本概念 1.1.1 CAD技术
几何 造型
工程 分析
1第一章 CADCAM概述
仿真、工程数据管理、和技术文档整理等设计 活动。 CAD是一门多学科综合的新技术，是一种人和 计算机相结合、各尽所长的新型设计方法
计算机特点： 强有力的计算功能(速度快、精度高) 高效率的图形、文字处理能力， 能存储、处理大量的各类数据。
60年代计算机图形学和数据库技术出现 这一时期计算机硬件的性能不断提高；各种CAD
软件陆续开发；以小型和超级小型计算机为主机 的CAD系统进入市场并形成主流。 20世纪60年代末，显示技术的突破使CAD系统的 性能价格比大幅度提高，用户以每年30%的速度 增加，形成CAD产业。 当时的CAD技术还是以二维绘图和三维线框图形 系统为主
(2)产品制造过程实质上是信息采集、传递、 加工处理的过程。
CIM是一个先进的思想，但是由于当时技术水 平的限制，直到80年代初，这个思想才被制造 领域重视并采用。
近年来，在市场竞争的激励与相关技术进步的 推动下，CIM在实践中被不断充实、完善与发 展。从这个概念出发，经历了信息集成、过程 集成和企业集成（如敏捷制造）的研究和实践 。
广义的CAM是指借助计算机来完成从生产准 备到产品制造出来全过程中的各项活动，包括 工艺过程设计（CAPP)、工装设计、数控加工、 生产作业计划、制造过程控制、质量监控等。
CAE（computer aided engineering）
计算机辅助工程分析：主要指工程设计中的分 析计算、模拟仿真和结构优化等，利用计算机 对工程或产品未来的工作状态和运行行为进行 模拟，分析其功能、性能、可靠性等是否满足 设计要求。
6．计算机辅助工 艺规程设计(CAPP)
7．模拟仿真 8．工程数据管理 9．NC自动编程
三维参数化造型及设计资料讲解
用如右图所 示的拓扑
闭合环（Loop）
（topology） 结构。
边（Edge）
顶点（Vertex）
表面（Surface）
曲线（Curve） 点（Point）
根据模型的数据结构所包含的拓扑元素的不 同，可以将三维模型分为线框模型、表面模 型和实体模型。
（1）线框模型
线框模型中一个物体的描述是通过顶点和 与之相连的边来产生的。
可以认为，参数化技术的应用主导了CAD发 展史上的第三次技术革命。
4、第四次CAD技术革命
——更上层楼的变量化技术
SDRC的开发人员发现了参数化技术尚有许 多不足之处。
首先，全尺寸约束这一硬性规定就干扰和制 约着设计者创造力及想象力的发挥。
全尺寸约束：即设计者在设计初期及全过程中， 必须通过尺寸约束来控制形状，通过尺寸的改变 来驱动形状的改变。当零件形状过于复杂时，改 变尺寸达到所需要的形状很不直观；
实体模型在数据结构中增加了体的概念， 与其计算机内部描述（数据结构）相对应， 可分成边界表示法（B-Rep）和构造实体 几何法（CSG）。
实体模型可以在计算机内部对几何物体进 行唯一的、无冲突的和完整的描述。
实体模型可以通过接口为其他应用提供关 于物体完整的计算机内部描述，因此计算 机辅助设计过程可以完全自动化。从数据 的通用性来看，通过程序应用，整个产品 生产过程都可以得到辅助。
3、第三次CAD技术革命
——一鸣惊人的参数化技术
如果说在此之前的造型技术属于无约束自由 造型的话，进入80年代中期，出现了比无约 束自由造型更好的算法──参数化实体造型 方法。它主要的特点是：基于特征、全尺寸 约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改。
参数技术公司(Parametric Technology Corp.)， 研制了命名为Pro/E的参数化软件。由于第 一次实现了尺寸驱动零件设计修改，使人们 看到了它今后将给设计者带来的方便性。
第1章UGNX4概述
第1章UG NX4概述教学提示Unigraphics（UG）是美国EDS公司出品的一套集CAD/CAE/CAM于一体的三维参数化软件系统，是当今世界最先进的计算机辅助设计、分析和制造软件。
它的功能覆盖了从概念设计到产品生产的整个过程，并且广泛应用于航空、航天、汽车、造船、通用机械和电子等行业领域。
它提供了强大的实体建模技术，提供了高效能的曲面建构能力，能够完成最复杂的造型设计。
除此之外，装配功能、工程图功能、模具加工功能及与PDM之间的紧密结合，使得UG在工业界成为一套无可匹敌的高级CAD/CAM系统。
UG CAD/CAM/CAE系统提供了一个基于过程的产品设计环境，使产品开发从设计到加工真正实现了数据的无缝集成，从而优化了企业的产品设计与制造。
UG面向过程驱动的技术是虚拟产品开发的关键技术，在面向过程驱动技术的环境中，用户的全部产品以及精确的数据模型能够在产品开发全过程的各个环节保持相关，从而有效地实现了并行工程。
该软件不仅具有强大的实体建模、曲面建模、特征建模、虚拟装配和产生工程图等设计功能，而且在设计过程中可进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟，提高设计的可靠性。
另外，可用建立的三维模型直接生成数控代码用于产品的加工，其后处理程序支持多种类型的数控机床。
如今，UG软件已经发展到了NX系统中的NX4版本，它不仅继承了原有UG版本的强大功能，而且增强了交互性。
本书将以UG NX4版本为基础，详细介绍UG NX4版本的基本模块与操作过程，使读2 UG NX4标准教程者能够快速地掌握UG操作的基本技巧。
下面简单介绍一下UG。
教学重点●UG软件的特点。
●UG NX4的模块。
●UG NX4的产品设计流程。
●UG NX4的基本操作流程。
●UG NX4的系统要求。
●基本界面介绍。
●常用菜单。
●基本操作。
1.1 UG软件的特点UG NX4具有强大的实体造型、曲面设计、虚拟装配和生成工程图等设计功能，在设计的同时可以进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟，从而大大提高了设计可靠性。
第1章了解三维建模
第1章了解三维建模人们生活在三维世界中，采用二维图纸来表达几何形体显得不够形象、逼真。
三维建模技术的发展和成熟应用改变了这种现状，使得产品设计实现了从二维到三维的飞跃，且必将越来越多地替代二维图纸，最终成为工程领域的通用语言。
因此三维建模技术也成为工程技术人员所必须具备的基本技能之一。
本章学习目标了解三维建模技术的基本概貌；了解三维建模取代二维制图设计的必然性；了解三维建模技术的发展历程、价值和种类；了解三维建模技术及其与CAD、CAE、CAM等计算机辅助设计技术之间的关系；掌握三维建模的方法。
1.1设计的飞跃——从二维到三维目前我们能够看到的几乎所有印刷资料，包括各种图书、图片、图纸，都是平面的，是二维的。
而现实世界是一个三维的世界，任何物体都具有三个维度，要完整地表述现实世界的物体，需要用X、Y、Z三个量来度量。
所以这些二维资料只能反映三维世界的部分信息，必须通过抽象思维才能在人脑中形成三维映像。
工程界也是如此。
多年来，二维的工程图纸一直作为工程界的通用语言，在设计、加工等所有相关人员之间传递产品的信息。
由于单个平面图形不能完全反映产品的三维信息，人们就约定一些制图规则，如将三维产品向不同方向投影、剖切等，形成若干由二维视图组成的图纸，从而表达完整的产品信息，如图1-1所示。
图中是用四个视图来表达产品的。
图纸上的所有视图，包括反映产品三维形状的轴测图（正等轴测图、斜二测视图或者其他视角形成的轴测图），都是以二维平面图的形式展现从某个视点、方向投影过去的物体的情况。
根据这些视图以及既定的制图规则，借助人类的抽象思维，就可以在人脑中重构物体的三维空间几何结构。
因此，不掌握工程制图规则，就无法制图、读图，也就无法进行产品的设计、制造，从而无法与其他技术人员沟通。
毋庸置疑，二维工程图在人们进行技术交流等方面起到了重要的作用。
但用二维工程图形来表达三维世界中的物体，需要把三维物体按制图规则绘制成二维图形（即制图过程），其他技术人员再根据这些二维图形和制图规则，借助抽象思维在人脑中重构三维模型（即读图过程），这一过程复杂且易出错。
第1章 CAD／CAM技术概论
第1章 CAD／CAM技术概论随着CAD／CAM技术的迅猛发展，许多企业已将CAD／CAM技术运用到实际的生产当中，把产品的数字化模型、工程分析、产品设计、数控编程、模拟加工、生产加工等环节融为一体，进行整个生产周期的全方位预测和控制。
本章主要介绍CAD／CAM的基本概念、CAD／CAM 系统的组成和CAD／CAM技术的发展等内容。
1．1 CAD／CAM技术1．1．1 CAD/CAM的基本概念1．CAD(Computer Aided Design——计算机辅助设计)以计算机为辅助工具来完成产品设计过程中的各项工作，如草图绘制、零件设计、零件装配、装配干涉分析等，并达到提高产品设计质量、缩短产品开发周期、降低产品成本的目的。
2．CAE(Computer Aided Engineering——计算机辅助工程分析)以现代计算力学和有限元分析为基础、以计算机仿真为手段，对设计产品进行结构参数、强度、寿命、运动状态及优化性能等方面的工程分析，用于测量与校核产品的可靠性和优化程度。
3．CAPP(Computer Aided Process Planning——计算机辅助工艺过程设计)以计算机为辅助工具，并根据产品的设计信息、要求及产品制造工艺要求，交互地或自动地确定出产品加工方法和方案，例如，进行加工方法选择、工艺路线确定、工序设计等。
4．CAM(Computer Aided Manufacturing——计算机辅助制造)CAM有广义和狭义两种定义。
广义CAM是指借助计算机来完成从生产准备到产品制造出来的全过程中的各项活动，包括工艺过程设计(CAPP)、工装设计、计算机辅助数控加工编程、生产作业计划、制造过程控制、计算机辅助质量检测(CAQ)与分析、产品数据管理(PDM)等。
狭义CAM通常只是指NC程序编制，包括刀具路径规划、刀位文件生成、刀具轨迹仿真及NC 代码生成等。
1．1．2 CAD/ CAM的集成自70年代中期以来，计算机的应用日益广泛，几乎深入到生产过程的所有领域，并形成了很多计算机辅助的分散系统。
09计算机三维造型技术基础-3软件介绍
浙江大学通识课程计算机三维造型技术基础主讲：蔡娥徐勤雁xqy200812@2009.3.1 了解三维造型1.1 设计的飞跃—从二维到三维1.2 什么是三维造型1.3 三维造型——CAx技术的基础1.4 无处不在的三维造型1.5 三维造型的历史、现在和未来1.6 如何学好三维造型技术2 三维造型技术基础2.1 三维造型相关概念简介2.2 三维造型的种类2.3 曲面造型原理2.4 图形交换标准2.5 三维造型系统组成图形处理基本概念图形对象视图变换与物体变换人机交互线框造型曲面造型实体造型参数化造型特征造型物体的“维”数，就是用来描述物体的自由度数0维物体点线面体1维物体2维物体3维物体图形对象：点、一维的直线和平面曲线二维绘图图形对象：点、线、面、体三维造型“二维绘图”、“三维造型”的“维”不同于物体的“维”：维绘制图形所在的空间的维数原始放大进一步放大旋转软件可以绕任意轴、任意点旋转Freehand 、所有的CAD软件只能在图像平面内旋转MSPaint Photoshop 等1.2.4.3.CAD 软件中涉及的图形对象：点线面体直线：二元一次方程Ax+By+C=0曲线平面曲线空间曲线基本曲线：用方程Ax2+By2+Cxy+Dx+Ey+F=0来表达自由曲线：解析表达；通过给定的控制点控制曲线的形状；Ferguson 曲线、Bazier曲线、B 样条曲线和NUBRS 曲线；相关曲线：通过曲线操作获得与原曲线相关的曲线，如偏置线、投射线、连接线等体的边缘Eage 并不是曲线对象Curve 不能创建、编辑或删除三维造型相关概念——坐标系三维形体透视图生成，坐标原点位于视点位置，某个坐标方向与视线一致。
世界坐标系1显示坐标系2工作坐标系4加工坐标系5视点坐标系3绝对坐标系ABS ，按照产品的结构特点建立，右手图形设备、绘图机、显示器，左手坐标轴的单位：显示器——光栅，绘图机——长度WCS 三维造型过程中为方便工作而定义的坐标系并不影响物体的真实方位和拓扑关系数控加工中机床与工件的坐标系三维造型软件的种类线框造型曲面造型实体造型线架；顶点、边线架上蒙面；几何体的空壳填充材料；点、边、面、体特征造型参数化造型实体造型的方法⏹边界表示法B-rep（Boundary-representations）：通过描述物体的边界来定义和描述几何形体。
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绪论（三维造型技术概述 ）
? 计算机辅助造型设计软件的三维造型过程
? CAD 系统的建模
线框造型（如图）
线框造型是 CAD 技术发展过程中最早使用的三维模型，这种模型表示的是物体的 棱边，由构成物体的一组顶点和边组成，其中边可以是曲线，如圆弧、二次曲线、 样条曲线和曲线。
线框造型功能有限，存在严重缺陷，如表示的图形不能进行无体积和特性计算、 不便于消隐、不能满足表面特性的组合，缺乏边与面、面与体之间关系的信息， 在对模型的分析与制造方面存在很大的局限性。
绪论（三维造型技术概述 ）
? 计算机辅助造型设计软件的三维造型过程
? CAD 系统的建模 实体造型（如图）
实体造型是以立方体、圆柱体、球体、锥体和环状体等多种基本形体为 单位元素，经拼合或布尔运算，生成所需要的几何形体。
实体造型技术在实体模型、实体机械零件的设计、三维形体的有限元分 析、运动学分析、建筑物分析、空间布置、部件装配、机器人、电影动 画与特技等方面得到广泛的应用。
以特征为基础的造型方法是建模方法的一个里程碑，它可以充分提供制造所需要 的几何数据，从而可用于制造可行性方案的评价、功能分析、过程选择、工艺过
。 程设计等。把设计过程和生产过程紧密结合，有良好的计算机辅助造型设计软件的三维造型过程
? CAD 系统的渲染
渲染大致可分为以下几步工作：即定义摄像机、定义灯光和定义材质和进行渲染 计算。
功能、造型形象以及物质技术条件是构成造型设计的三大基本要素。
其中功能是设计的目的，造型形象是功能的具体表现形式，物质技术条件是实现功能的基础。
功能是指产品具有特定的用途或作用，它是根据人的需求来设计的。功能具有双重性，即物质和 精神两个方面。
造型形象是为了实现一定的目的所采取的结构或方式，是具备特定功能的实体形态。 造型形象是为功能服务的，必须体现功能。
绪论（三维造型技术概述 ）
? 计算机辅助造型设计软件的造型过程
各种不同的 CAD 软件各有特点，但其基本的原理大同小异。造型过程可分为两大 部分： 建模和渲染 。
CAD 系统的建模 ：三维建模技术的发展经历了 线框造型、曲面造型、实体造型和 特征造型 四个阶段，由于线框造型功能有限，而特征造型尚处于进一步的研究中， 因此，现有的软件均采用曲面造型和实体造型这两种方式。
各种材料、技术和设备是实现功能和形象的基础 。
绪论（三维造型技术概述 ）
? 计算机辅助造型设计的概念和意义
计算机辅助设计 （Computer Aided Design ，简称 CAD ），是由计算机来完 成产品设计中的数据计算、几何分析、产品模拟、图纸绘制、编制技术文件等工 作。
计算机辅助三维造型设计 是设计人员借助计算机辅助设计系统提供的图形终端或 工作站及其软件描述所设计产品的形状、结构、大小以及模拟在光线照射下表面 的色彩、明暗和纹理等，它以提高效率、增强设计的科学性与可靠性、适应信息 化社会的生产方式为目的。
跟实际的摄像机一样，电脑模拟的摄像机的主要参数是镜头焦距的大小，改变焦距 可以获得不同的视野。
光影的模拟是产生场景真实感的重要手段，精心设计的灯光效果无疑会使场景更 生动、更富表现力。计算机里灯光的类型一般有点光、管状光、聚光、平行光等。
定义三维模型表面的材质效果可以产生逼真的质感及表面肌理图案，在材质编辑模 块中，可通过改变材质的颜色、纹理、反光特性、透明特性、发光特性、反射特 性等来模拟现实生活中的各种材质。
绪论（三维造型技术概述 ）
? 三维造型CAD 系统的组成及功能
三维造型 CAD 系统一般由数值计算与处理、交互绘图与图形输入输出、存储和 管理设计制造信息的工程数据库三大模块组成，其主要功能包括 :
? 造型功能。 ? 强大的图形处理功能，包括绘图、编辑、图形输入输出和真实感图形渲染等。 ? 有限元分析和优化设计能力。 ? 三维运动机构的分析与仿真。 ? 提供二次开发工具，以适应不同行业、不同情况的需要。 ? 数据管理能力，以产品为中心对设计信息和与之相关的信息进行综合管理，
提高设计部门总体效率。 ? 方便的数据交换功能，提供通用的文件格式转换接口，达到自动检索、快速
绪论（三维造型技术概述 ）
? 计算机辅助造型设计软件的三维造型过程
? CAD 系统的建模
特征造型
特征造型是面向以继承的、向生产过程提供全面完整的产品信息的造型方法，它 不仅包括产品的几何信息，更包含了产品的特征信息。
所谓特征是指产品描述的信息的集合，主要包括形状特征、精度特征、技术特征 和材料特征。
在整个设计过程中，形态、结构、材料、工艺与使用功能的统一，与人的心理、 生理相协调，将始终是研究和解决的主要内容。
造型设计是工程技术与美学艺术相结合的一种现代设计方法。
绪论（三维造型技术概述 ）
? 造型设计的基本要素
造型，是基于功能的总体布局、结构、金属工艺等与造型设计之间创造性劳动的结合。 它需要多工种、各种工艺的共同协作，通过多种造型手法，理想的表达其艺术形象， 归结为一个完美的外观造型。
《三维计算机辅助设计》
适用：机械、汽车、模具等制造、设计类专业 10-11 学年学期
绪论（三维造型技术概述 ）
? 造型设计的概念
1. 什么是设计？
设计其实就是人类把自己的意识加在自然界用以创造人类文明的一种广泛的活动 .
2. 什么是造型设计？
所谓造型设计不是单纯的外形设计，而是更为广泛的设计与创造活动，它不仅包 括形态的艺术性设计，而且包括与实现形态及实现有关功能的材料、结构、构造、 工艺等方面的技术性设计。
绪论（三维造型技术概述 ）
? 计算机辅助造型设计软件的三维造型过程
? CAD 系统的建模
曲面造型
曲面造型又叫表面造型，它在线框模型的基础上添加了面的信息，利用 曲面型，就可以对物体做剖面、消隐并获得加工所需要的表面信息等。
对一些复杂的物体表面，如汽车车身和模具型体面等自由曲面，不能利 用基本立体要素如棱柱、棱锥、球、一般回转体和有界平面等进行描述， 必须根据自由曲线和自由曲面的理论进行计算。目前曲面多采用 NURBS 样条( 非均匀有理B样条)曲线表达。