第3章機(jī)械工程CAD圖形學(xué)基礎(chǔ)3pptx

1、 機(jī)械CAD13.9 圖形庫(kù)1. OpenGLOpenGL是在SGI等多家世界聞名的計(jì)算機(jī)公司的倡導(dǎo)下，以SGI的GL三維圖形庫(kù)為基礎(chǔ)制定的一個(gè)通用共享的開放式三維圖形標(biāo)準(zhǔn)。目前，包括Microsoft、SGI、IBM、SUN、HP等大公司都采用了OpenGL做為三維圖形標(biāo)準(zhǔn)，許多軟件廠商也紛紛以O(shè)penGL為基礎(chǔ)開發(fā)出自己的產(chǎn)品。其中比較著名的產(chǎn)品包括：動(dòng)畫制作軟件Softimage和3D Studio MAX、仿真軟件Open Inventor、VR軟件World Tool Kit、CAM軟件Pro/Engineer、GIS軟件ARC/INFO等等。 機(jī)械CAD2OpenGL的優(yōu)越性獨(dú)立于

2、窗口系統(tǒng)和操作系統(tǒng)以它為基礎(chǔ)開發(fā)的應(yīng)用程序可以十分方便地在各種平臺(tái)間移植使用簡(jiǎn)便，效率高 機(jī)械CAD3OpenGL圖形庫(kù)的功能一共有100多個(gè)函數(shù)。l建模功能。除了提供基本的點(diǎn)、線、多邊形的繪制函數(shù)外，還提供了復(fù)雜的三維物體（球、錐、多面體、茶壺等）以及復(fù)雜曲線和曲面（如Bezier、NURBS等曲線或曲面）繪制函數(shù)。 l變換功能?；編缀巫儞Q和投影變換 l顏色模式設(shè)置l光照和材質(zhì)設(shè)置 l紋理映射功能l位圖顯示和圖像增強(qiáng)l雙緩存(Double Buffering)動(dòng)畫 機(jī)械CAD4畢業(yè)設(shè)計(jì) 機(jī)械CAD52. DirectXDirectX是一種應(yīng)用程序接口（API），它可讓以windows為平臺(tái)

3、的游戲或多媒體程序獲得更高的執(zhí)行效率，加強(qiáng)3d圖形和聲音效果，并提供設(shè)計(jì)人員一個(gè)共同的硬件驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)，讓游戲開發(fā)者不必為每一品牌的硬件來寫不同的驅(qū)動(dòng)程序，也降低用戶安裝及設(shè)置硬件的復(fù)雜度。DirectX是由很多API組成的，按照性質(zhì)分類，可以分為四大部分，顯示部分、聲音部分、輸入部分和網(wǎng)絡(luò)部分。 機(jī)械CAD6基于COM標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，包含許多組件每一個(gè)組件服務(wù)于圖形、聲音、輸入、網(wǎng)絡(luò)等特定需求DirectX AudioDirectX GraphicsDirectInputDirectPlayDirectShow 機(jī)械CAD73. Java3D用于處理、控制和繪制三維場(chǎng)景的編程接口，能支持三維物體生成（

4、或載入其他軟件生成的三維物體）光照紋理映射透明效果霧化效果動(dòng)畫物體變形立體圖像碰撞檢測(cè)用戶與三維場(chǎng)景交互 機(jī)械CAD8 用Java 3D編寫的程序可運(yùn)行于不同的平臺(tái)和Internet之上對(duì)OpenGL和DirectX等進(jìn)行了有效封裝 機(jī)械CAD9畢業(yè)設(shè)計(jì) 機(jī)械CAD104. 三維幾何造型引擎l ACISl Parasolid 三維幾何造型引擎ACISACIS是一個(gè)基于面向?qū)ο筌浖夹g(shù)的三維幾何造型引擎，它是美國(guó)Spatial公司的產(chǎn)品。它可以為應(yīng)用軟件系統(tǒng)提供功能強(qiáng)大的幾何造型功能。ACIS作為一個(gè)世界級(jí)的幾何造型平臺(tái)，集成了當(dāng)今先進(jìn)的造型方法與技術(shù)，以他為基礎(chǔ)開發(fā)圖形系統(tǒng)或者作為學(xué)習(xí)研究幾何

5、造型技術(shù)的工具都可以獲得事半功倍的效果。ACIS一詞有英國(guó)劍橋博士Ian Braid及其同窗Alan Grayer、導(dǎo)師Charles Lang三人的名字的第一個(gè)字母再加上Solid（實(shí)體）的第一個(gè)字母組合而成。 ACIS是用C+技術(shù)構(gòu)造的，它包含了一整套C+類（包括數(shù)據(jù)成員和方法）和函數(shù)，開發(fā)人員可以使用這些類和函數(shù)構(gòu)造有關(guān)某些終端用戶的2/3維軟件系統(tǒng)。ACIS可以向應(yīng)用程序提供一個(gè)包括曲線、曲面和實(shí)體造型的統(tǒng)一開發(fā)環(huán)境，它提供了通用的基本造型功能，用戶也可以根據(jù)自己的特殊需要采用其中的一部分，也可以在這個(gè)基礎(chǔ)上擴(kuò)展它的功能。在ACIS中集成了線框造型、曲面造型以及實(shí)體造型方法，而且這些造

6、型方法可以在一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中共存，因此，一個(gè)ACIS實(shí)體可以用上述方法中的一種和多種同時(shí)表示。 從應(yīng)用角度看，初學(xué)者（尤其是在C+環(huán)境下的ACIS的初學(xué)者）可以把ACIS看成C+環(huán)境中的一個(gè)圖形開發(fā)類庫(kù)，而C+是它的運(yùn)行環(huán)境。C+應(yīng)用程序與ACIS的接口可以通過API（Application Procedural Interface，應(yīng)用程序接口）、C+類及其直接接口函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于Microsoft的Windows平臺(tái)，開發(fā)人員也可以在MFC（Microsoft Foundation Class，微軟基本類庫(kù)）中使用ACIS接口 ACIS是用C+構(gòu)造的圖形系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)，它包括一系列的C+

7、函數(shù)和類（包括數(shù)據(jù)成員和方法）。開發(fā)者可以利用這些功能開發(fā)面向終端用戶的三維造型系統(tǒng)。ACIS是一個(gè)實(shí)體造型器，但是線框和曲面模型也可以在ACIS中表示。ACIS通過一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來同時(shí)描述線框、曲面和實(shí)體模型，這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用分層的C+類實(shí)現(xiàn)。ACIS利用C+的特點(diǎn)構(gòu)造了標(biāo)準(zhǔn)的、可維護(hù)的接口。API函數(shù)在不同ACIS版本之間保持一致性，而類及其接口函數(shù)則可能改變。 ACIS中應(yīng)用到的主要C+概念包括：數(shù)據(jù)封裝、類構(gòu)造重載、構(gòu)造拷貝、類方法和操作符重載以及函數(shù)重載等。C+沒有提供描述幾何體的數(shù)學(xué)基本類，ACIS提供了一些C+基類實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，并且利用C+的特性可以對(duì)它進(jìn)行了擴(kuò)充，這樣ACIS

8、就可以支持任意幾何體的定義和構(gòu)造功能。 通用實(shí)體造型平臺(tái)Parasolid與Acis均出自劍橋大學(xué)Ian Braid于1973年的博士論文他和導(dǎo)師Charles Lang，以及同窗Alan Grayer都有很強(qiáng)的商業(yè)意識(shí)，1974年在劍橋買下了一幢小住宅樓，創(chuàng)辦了Shape Data公司，并于1978年開發(fā)出第一代實(shí)體造型軟件Romulus。1981年美國(guó)E&S公司買下Shape Data，著手開發(fā)第二代產(chǎn)品Parasolid,1988年并入U(xiǎn)G l 1986年美國(guó)Spatial Technology公司再次找到Ian Braid等合作，開發(fā)了ACISl ACI是Alan Grayer，Cha

9、rles Lang和Ian Braid的名字字首，S是Solid（實(shí)體）的字首l ACIS于1989年上市l(wèi) 由于它的技術(shù)性能好，很多CAD廠商都用它替換了自己產(chǎn)品中的原有模塊,包括Autodesk公司的MDT等 1993年6月Autodesk與Spatial簽約，用ACIS平臺(tái)開發(fā)了MDT三維機(jī)械設(shè)計(jì)系統(tǒng)，成為ACIS的最大用戶。之后又重新研制了操作性能更好的Inventor系統(tǒng)。Autodesk的技術(shù)副總裁Dominic Gallello依然感到不滿足，還想改進(jìn)Inventor，于是從Spatial買下ACIS版權(quán)，從體系結(jié)構(gòu)上加強(qiáng)它對(duì)裝配件建模的支持。改造中的ACIS稱作Shape Ma

10、nager。2000年7月達(dá)索收購(gòu)ACIS后，Braid等宣布退出業(yè)界。從1970年算起，Braid等三人合作共事，專注于發(fā)展實(shí)體造型軟件長(zhǎng)達(dá)30年之久，使之達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先。這在CAD發(fā)展史上可能是獨(dú)一無二的范例。 機(jī)械CAD193.10 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)逆問題圖形圖像學(xué)逆問題研究一直是一個(gè)研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)，正問題指實(shí)現(xiàn)3D建模到生成2D圖形、圖像、視圖再標(biāo)注尺寸過程，這是一種降維過程。逆問題正好相反，是一種升維過程。 機(jī)械CAD201. 鼠標(biāo)定位鼠標(biāo)只能輸入相對(duì)(x y)坐標(biāo)即CRT顯示的坐標(biāo)，三維模型又需要（x,y,z）三個(gè)坐標(biāo)。常用的交互處理技術(shù)是指定一個(gè)工作平面和當(dāng)前有效可選集，并采用預(yù)顯、加

11、亮、三維球等技術(shù)，實(shí)質(zhì)是以2D輸入來確定受限3D量。3D鼠標(biāo)。 機(jī)械CAD212. 尺寸驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)技術(shù)人員期望用手勾畫出圖形輪廓并標(biāo)上尺寸后，計(jì)算機(jī)就能自動(dòng)識(shí)別作圖思路及潛在的定性約束，如平行、垂直、水平、豎直、相切、相交等，并自動(dòng)予以變換驅(qū)動(dòng)，并能對(duì)非法情況例如尺寸欠約束與過約束、封閉與否等予以處理。計(jì)算機(jī)二維繪圖的理想狀態(tài)是實(shí)現(xiàn)隨意的草圖勾畫和計(jì)算機(jī)自動(dòng)理解定性拓?fù)浼s束。增加定量尺寸約束后實(shí)現(xiàn)自動(dòng)求解，從而滿足參數(shù)化系列化設(shè)計(jì)的工程目標(biāo)。 機(jī)械CAD22常見約束的數(shù)學(xué)方程描述 機(jī)械CAD23 機(jī)械CAD24 機(jī)械CAD253. 圖像矢量化掃描儀和數(shù)碼相機(jī)拍攝的2D圖像文件矢量化很有價(jià)值。對(duì)于

12、黑白圖像點(diǎn)陣文件，進(jìn)行輪廓抽取，實(shí)現(xiàn)圖形分析、圖形識(shí)別及尺寸驅(qū)動(dòng)。其技術(shù)難點(diǎn)在于達(dá)到100準(zhǔn)確率、定性定量約束的校正與識(shí)別、對(duì)于近水平直線、近圓曲線、近相交和虛實(shí)線的正確理解，以及尺寸標(biāo)注、BOM文字?jǐn)?shù)字信息的抽取問題。圖像文件矢量化是圖像識(shí)別與圖形理解的關(guān)鍵性基礎(chǔ)工作。 機(jī)械CAD264. 三維重構(gòu)三維重構(gòu)是一種挑戰(zhàn)性研究工作，應(yīng)用潛力巨大。簡(jiǎn)單而言就是利用獲得的多幅2D的圖形或圖像文件，重構(gòu)現(xiàn)實(shí)空間的3D對(duì)象并作智能判斷。1）已知工程三視圖或雙眼視圖等，模擬實(shí)現(xiàn)工程圖技術(shù)人員讀圖思維，重構(gòu)3D實(shí)體過程。難點(diǎn)在于處理隱藏線、面。 機(jī)械CAD272）利用多角度拍攝的圖像序列（已知相機(jī)位置等）。難點(diǎn)在于相機(jī)校正及圖像內(nèi)外關(guān)節(jié)點(diǎn)（輪廓線、面識(shí)別）。現(xiàn)有成熟技術(shù)仍處于點(diǎn)圖像重構(gòu)識(shí)別。3）利用曲面的點(diǎn)集信息（三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x或激光測(cè)距儀獲得）進(jìn)行曲面器件測(cè)繪和三維地形重構(gòu)。難點(diǎn)在于特殊情況如懸崖峭壁及深塹、凹部處理。 機(jī)械CAD295. 內(nèi)外識(shí)別一種