CADCAM原理與應(yīng)用課件

CAD/CAM原理與應(yīng)用第4章計(jì)算機(jī)繪圖

CAD/CAM原理與應(yīng)用1

計(jì)算機(jī)繪圖是CAD/CAM的重要組成部分。它的發(fā)展有力地推動(dòng)了CAD/CAM的研究和發(fā)展，為CAD/CAM提供了高效的工具和手段；而CAD/AM的發(fā)展又不斷提出新的要求和設(shè)想，其中包括對(duì)計(jì)算機(jī)繪圖的要求．因此，CAD/CAM的發(fā)展與計(jì)算機(jī)繪圖的發(fā)展有著密不可分的關(guān)系。隨著三維幾何建模系統(tǒng)的應(yīng)用以及CAD/CAM逐步實(shí)現(xiàn)真正的集成化，用戶可以隨時(shí)形象地觀察三維模型、并通過(guò)集成環(huán)境直接控制CAM加工設(shè)備完成制造過(guò)程。因此，計(jì)算機(jī)繪圖的理論和方法具有基礎(chǔ)性和普遍意義。計(jì)算機(jī)繪圖計(jì)算機(jī)繪圖是CAD/CAM的重要組成部分。24.1概述

◆

1950年，世界上第一臺(tái)圖形顯示器“旋風(fēng)一號(hào)”在美國(guó)問(wèn)世；◆1958年，美國(guó)CALCOMP公司制成滾筒式繪圖儀；◆1958年，GERBER公司制成平板式繪圖儀；■

1963年，MIT的I.E.Sutherland開(kāi)發(fā)了人機(jī)交互圖形系統(tǒng)；■

1966年，美國(guó)Lockheed公司與IBM公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)并推出了著名的CAD/CAM系統(tǒng)“計(jì)算機(jī)圖形增強(qiáng)設(shè)計(jì)與制造軟件包”(CADAM)；■

20世紀(jì)70年代之后，圖形輔入輸出設(shè)備迅速發(fā)展；■

80年代，CAD/CAM系統(tǒng)硬件、軟件更加成熟；■

90年代，光柵掃描式大屏幕彩色圖象終端、工程掃描儀、靜電繪圖機(jī)；三維實(shí)體設(shè)計(jì)；★目前，計(jì)算機(jī)圖形在工程設(shè)計(jì)、NC編程、工況檢測(cè)、仿真模擬、制導(dǎo)技術(shù)、臨床醫(yī)學(xué)、動(dòng)畫制作等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。4.1概述◆1950年，世界上第一臺(tái)圖34.1.1計(jì)算機(jī)繪圖的含義及作用

★含義

利用計(jì)算機(jī)存貯、生產(chǎn)圖形，并在計(jì)算機(jī)控制下，把過(guò)去由人工一筆一畫完成的繪圖工作由自動(dòng)繪圖機(jī)等圖形輸出設(shè)備來(lái)完成。

★特點(diǎn)計(jì)算機(jī)繪圖不僅可以形象地產(chǎn)生和復(fù)制各種類型的圖形，還可方便地對(duì)圖形進(jìn)行存貯、調(diào)用、編輯和修改，并通過(guò)繪圖機(jī)輸出。計(jì)算機(jī)繪圖可以大大提高繪圖質(zhì)量和效率，減少人工工作量。計(jì)算機(jī)繪圖在改革傳統(tǒng)的工程制圖技術(shù)方面有其重要的作用。就機(jī)械CAD而言，計(jì)算機(jī)繪圖是一個(gè)重要的、占據(jù)較多工作量的環(huán)節(jié)。4.1.1計(jì)算機(jī)繪圖的含義及作用★含義44.1.2計(jì)算機(jī)繪圖系統(tǒng)的類型和組成

一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有由圖變“數(shù)”和由“數(shù)”變圖兩種功能。由計(jì)算機(jī)控制繪圖機(jī)輸出圖樣，實(shí)際上是將其中的圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成幾何線條、填充區(qū)域、文本字符，這就是由“數(shù)”變圖；由繪圖機(jī)自動(dòng)輸出圖樣，就必須使計(jì)算機(jī)首先存有圖形數(shù)據(jù)，這就需要向計(jì)算機(jī)輸入圖形，即由圖變“數(shù)”。無(wú)形圖樣：技術(shù)人員以計(jì)算機(jī)為工具邊設(shè)計(jì)、邊構(gòu)思、邊繪圖，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及投影圖隱含在頭腦中，工作結(jié)束，設(shè)計(jì)結(jié)果就存貯在計(jì)算機(jī)中；

已有圖樣：要將其輸入計(jì)算機(jī)，或修改或保存管理。該項(xiàng)工作既可以通過(guò)人機(jī)交互或編程實(shí)現(xiàn)，也可以用掃描儀實(shí)現(xiàn)。4.1.2計(jì)算機(jī)繪圖系統(tǒng)的類型和組成5

計(jì)算機(jī)繪圖系統(tǒng)的類型和組成

1.計(jì)算機(jī)繪圖系統(tǒng)的類型

●靜態(tài)自動(dòng)繪圖系統(tǒng)把要繪制的圖形編制成繪圖程序，在繪圖過(guò)程中不允許人工干預(yù)和修改，所繪圖形若不符合要求，則需手工在圖樣上改動(dòng)或修改繪圖程序?！駝?dòng)態(tài)交互式繪圖系統(tǒng)用戶通過(guò)輸入設(shè)備實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地控制圖形，需要在設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行反復(fù)修改、分析、計(jì)算，尤其是新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。

計(jì)算機(jī)繪圖系統(tǒng)的類型和組成1.計(jì)算機(jī)繪圖6計(jì)算機(jī)繪圖系統(tǒng)的類型和組成▲硬件：計(jì)算機(jī)主機(jī)外存貯器輸入設(shè)備輸出設(shè)備▲軟件：圖形軟件應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)圖形庫(kù)應(yīng)用程序

2．計(jì)算機(jī)繪圖系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)繪圖系統(tǒng)的類型和組成▲硬件：2．計(jì)算機(jī)繪7

輪廓線法、參數(shù)化法、圖元拼合法、尺寸驅(qū)動(dòng)法、三維實(shí)體投影法。1．輪廓線法

就是將組成圖形的線條逐一繪出，它只取決于線條的端點(diǎn)坐標(biāo)，不分先后，沒(méi)有約束。該繪圖方法比較簡(jiǎn)單，適應(yīng)面也廣，但繪圖工作量大、效率低，容易出錯(cuò)?！?/p>

工作方式：一是靜態(tài)繪圖編制程序，成批繪制圖線，程序一經(jīng)確定，所繪圖形也就確定了，如要修改圖形，只能修改程序；二是交互式繪圖把計(jì)算機(jī)屏幕當(dāng)作圖板，通過(guò)鼠標(biāo)或鍵盤點(diǎn)取屏幕菜單，按照人機(jī)對(duì)話方式生成圖形。4.1.3計(jì)算機(jī)繪圖方法輪廓線法、參數(shù)化法、圖元拼合法、尺寸驅(qū)動(dòng)法、三維實(shí)體投影法8計(jì)算機(jī)繪圖方法2．參數(shù)化法

首先建立圖形與尺寸參數(shù)的約束關(guān)系，每個(gè)可變的尺寸參數(shù)用待標(biāo)變量表示，并賦予一個(gè)缺省值。繪圖時(shí)，修改不同的尺寸參數(shù)即可得到不同規(guī)格的圖樣?！锾攸c(diǎn)及應(yīng)用：簡(jiǎn)單、可靠、繪圖速度快。用于建立標(biāo)準(zhǔn)件圖庫(kù)、已定型系列化產(chǎn)品的圖形庫(kù)，不適于約束關(guān)系不定、結(jié)構(gòu)可能經(jīng)常變化的新產(chǎn)品設(shè)計(jì)。★

工作方式：

程序繪圖需將參數(shù)代入程序或在程序運(yùn)行初期輸入其中；

交互繪圖則先將賦有缺省值的參數(shù)圖以圖形文件的形式存入系統(tǒng)，使用時(shí)調(diào)入，以人機(jī)對(duì)話的方式逐一改變參數(shù)。計(jì)算機(jī)繪圖方法2．參數(shù)化法9計(jì)算機(jī)繪圖方法3.圖元拼合法

將各種常用的、帶有某種特定專業(yè)含義的圖形元素存貯建庫(kù)，設(shè)計(jì)繪圖時(shí)，根據(jù)需要調(diào)用合適的圖形元素加以拼合?！锾攸c(diǎn)及應(yīng)用：

圖形元素的定義和建庫(kù)都是針對(duì)本單位產(chǎn)品形狀特征的，很難建立一個(gè)包羅萬(wàn)象的、通用的圖元庫(kù)；可用于新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和繪制，其效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于輪廓線法。必須以參數(shù)化法為基礎(chǔ)，每一個(gè)圖元實(shí)際上就是一個(gè)小的參數(shù)化圖形。固定尺寸參數(shù)的圖形元素在應(yīng)用中幾乎沒(méi)有實(shí)用價(jià)值?！?/p>

工作方式：

既可以交互方式通過(guò)屏幕菜單拾取選項(xiàng)加以拼合，也可以通過(guò)在總控程序中選擇調(diào)用各圖元子程序?qū)崿F(xiàn)操作。

計(jì)算機(jī)繪圖方法3.圖元拼合法10計(jì)算機(jī)繪圖方法

計(jì)算機(jī)繪圖方法11計(jì)算機(jī)繪圖方法4．尺寸驅(qū)動(dòng)法

是一種交互式的變量設(shè)計(jì)方法。首先按設(shè)計(jì)者的意圖，將草圖快速勾畫于屏幕之上，然后根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形狀需要，為草圖建立尺寸和形位約束，草圖受到這種約束的驅(qū)動(dòng)而變得橫平豎直起來(lái)，尺寸大小也一一對(duì)應(yīng)?！锾攸c(diǎn)及應(yīng)用：甩掉了繁瑣的幾何坐標(biāo)點(diǎn)的提取和計(jì)算，保留了圖形所需的矢量尺寸，繪圖質(zhì)量好、效率高，使設(shè)計(jì)者不再拘泥于一些繪圖細(xì)節(jié)。先有草圖，后加約束，約束可隨時(shí)增刪、修改，拓?fù)溆嗟卮?，圖形也隨時(shí)被新的約束關(guān)系所驅(qū)動(dòng)；不僅支持新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，而且支持快速的概念設(shè)計(jì)。不僅可用于計(jì)算機(jī)繪圖，還可應(yīng)用于產(chǎn)品的裝配設(shè)計(jì)。計(jì)算機(jī)繪圖方法4．尺寸驅(qū)動(dòng)法12計(jì)算機(jī)繪圖方法5．三維實(shí)體投影法

在計(jì)算機(jī)三維建模環(huán)境下進(jìn)行設(shè)計(jì)和繪圖工作，直接建立產(chǎn)品的三維模型，通過(guò)實(shí)體投影技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維實(shí)體的二維投影，根據(jù)需要，作一些必要的修改，補(bǔ)充好尺寸標(biāo)注、公差及技術(shù)要求，即可完成計(jì)算機(jī)繪圖任務(wù)。★特點(diǎn)及應(yīng)用：

不僅能更直觀、更全面地反映設(shè)計(jì)對(duì)象，還能減輕設(shè)計(jì)師的負(fù)擔(dān)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。由于二維圖是三維實(shí)體投影而來(lái)，二者之間有著一對(duì)一的映射關(guān)系，因此，對(duì)二維圖中尺寸變量的修改，能直接反饋到三維實(shí)體，使三維實(shí)體隨之發(fā)生改變。計(jì)算機(jī)繪圖方法5．三維實(shí)體投影法134.2圖形軟件4.2.1圖形軟件的類型與功能1．圖形軟件的類型根據(jù)圖形軟件的功能和使用情況分為：基本繪圖指令軟件、圖形支撐軟件、專用圖形軟件三類。(1)基本繪圖指令軟件

常用匯編語(yǔ)言甚至用機(jī)器語(yǔ)言編寫。通常是一些最基本的繪圖指令。如畫點(diǎn)、線等。提供的繪圖能力較差，必須進(jìn)行改進(jìn)和完善才能滿足CAD/CAM系統(tǒng)的要求。

(2)圖形支撐軟件

用匯編語(yǔ)言或高級(jí)語(yǔ)言編寫。除提供基本繪圖指令外，還可對(duì)圖形進(jìn)行編輯、修改和控制等。功能較強(qiáng)，適用范圍廣。

其工作方式有兩種：子程序軟件包和交互式繪圖軟件。4.2圖形軟件4.2.1圖形軟件的類型與功能14圖形軟件的類型與功能2．圖形軟件的功能作為—個(gè)圖形支撐環(huán)境應(yīng)具有如下基本功能：(1)定義窗口與視見(jiàn)區(qū)

(2)圖形描述

(3)圖形編輯與變換

(4)圖形控制

(5)圖形文件處理

(6)交互處理功能

圖形軟件的類型與功能2．圖形軟件的功能154.2.3圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)＊圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)：

是一組通用的、獨(dú)立于設(shè)備的、由標(biāo)準(zhǔn)化組織發(fā)布實(shí)施的圖形系統(tǒng)軟件包，它提供圖形描述、應(yīng)用程序和圖形輸入輸出接口等功能。＊

作用：

使應(yīng)用軟件系統(tǒng)更易于移植、信息資源更易于共享、CAD/CAM集成更易于實(shí)現(xiàn)。4.2.3圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)＊圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)：16

圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)1．圖形標(biāo)準(zhǔn)(1)GKS圖形核心系統(tǒng)圖形核心系統(tǒng)是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)于1985年采用，作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，它是一個(gè)為應(yīng)用程序服務(wù)的基本圖形系統(tǒng)。它提供了應(yīng)用程序和一組圖形輸入、輸出設(shè)備之間的功能性接口。這是一個(gè)二維圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)。(2)PHIGS程序員層次交互圖形系統(tǒng)程序員層次交互圖形系統(tǒng)PHIGS是美國(guó)計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)委員會(huì)于1986年推出的，后被接受為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。它是為應(yīng)用程序員提供的控制圖形設(shè)備的圖形軟件系統(tǒng)接口及動(dòng)態(tài)修改和繪制顯示圖形數(shù)據(jù)的手段。

圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)1．圖形標(biāo)準(zhǔn)17圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)

2．圖形和圖像編碼

(1)CGM計(jì)算機(jī)圖形元文件編碼它采用了高效率的圖形編碼方法，規(guī)定了存貯圖形數(shù)據(jù)的格式，由一套與設(shè)備無(wú)關(guān)的用于定義圖形的語(yǔ)法和詞法元素組成，作為圖形數(shù)據(jù)的中性格式，能適用于不同的圖形系統(tǒng)和圖形設(shè)備。(2)CGI計(jì)算機(jī)圖形接口編碼它描述了通用的抽象圖形設(shè)備的軟件接口，定義了一個(gè)虛擬的設(shè)備坐標(biāo)空間、一組圖形命令及其參數(shù)格式。采用CGI，無(wú)論是應(yīng)用程序還是圖形支撐軟件均可實(shí)現(xiàn)在不同設(shè)備配置之間的可移植性。圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)2．圖形和圖像編碼18圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)3．?dāng)?shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)(1)IGES初始圖形交換規(guī)范它建立了用于產(chǎn)品定義的數(shù)據(jù)表示方法與通信信息結(jié)構(gòu)，作用是在不同的CAD/CAM系統(tǒng)間交換產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)。IGES定義了文件結(jié)構(gòu)格式、格式語(yǔ)言以及幾何、拓?fù)浼胺菐缀萎a(chǎn)品定義數(shù)據(jù)在這些格式中的表示方法，其表示方法是可擴(kuò)展的，并且獨(dú)定于幾何造型方法。(2)STEP產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)它是一套系列標(biāo)準(zhǔn)，其目標(biāo)是在產(chǎn)品生存周期內(nèi)為產(chǎn)品數(shù)據(jù)的表示與通信提供一種中性數(shù)字形式，這種數(shù)字形式完整地表達(dá)產(chǎn)品信息并獨(dú)立于應(yīng)用軟件，也就是建立統(tǒng)一的產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)描述。包括為進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和產(chǎn)品支持等活動(dòng)而全面定義的產(chǎn)品零部件及其與幾何尺寸、性能參數(shù)及處理要求等相關(guān)的各種屬性數(shù)據(jù)。該標(biāo)準(zhǔn)建立了一個(gè)為產(chǎn)品整個(gè)生存周期服務(wù)的統(tǒng)一的全局信息模型。圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)3．?dāng)?shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)19圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換文件工作原理圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換文件工作原理204.4交互技術(shù)

任何一種計(jì)算機(jī)的應(yīng)用過(guò)程都可抽象為輸入、處理、輸出三個(gè)邏輯部分，而在CAD/CAM中，這個(gè)過(guò)程不是單向的一個(gè)周期，卻是輸入、處理、輸出，再輸入、再處理、再輸出……這樣的反復(fù)過(guò)程。

技術(shù)人員將設(shè)計(jì)構(gòu)思輸入系統(tǒng)，系統(tǒng)對(duì)構(gòu)思加以描述、整理，輸出給技術(shù)人員；技術(shù)人員進(jìn)行修改、補(bǔ)充后再輸入計(jì)算機(jī)，系統(tǒng)再進(jìn)行分析、判斷，將結(jié)果輸出；如此循環(huán)往復(fù)，直到設(shè)計(jì)滿意。這就是所謂人機(jī)交互設(shè)計(jì)的過(guò)程。

用戶界面的優(yōu)劣常常影響軟件的推廣和使用效果。為此，軟件行業(yè)越來(lái)越重視用戶界面的研究與開(kāi)發(fā)，不斷推出一些優(yōu)秀的交互式圖形界面系統(tǒng)。CAD/CAM軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)也將友好的用戶界作為基本需求和要達(dá)到的目標(biāo)之一。

4.4交互技術(shù)任何一種計(jì)算機(jī)的應(yīng)用過(guò)程都可214.4.1用戶界面的類型與設(shè)計(jì)

用戶界面不能簡(jiǎn)單地理解為人操作計(jì)算機(jī)時(shí)所面對(duì)的屏幕顯示形式，它隱含著人機(jī)交互的狀態(tài)、表達(dá)形式、操作方法等一系列內(nèi)容。1.用戶界面的類型(1)所見(jiàn)即所得型

熒光屏上的顯示與最終輸出結(jié)果一致的界面類型。(2)直接操作型

操作動(dòng)作與操作目的完全吻合的界面類型。如WINDOWS環(huán)境下，將要?jiǎng)h除的文件直接拖入垃圾箱。這種情況下，功能命令已不是由通常的菜單選擇或鍵盤輸入來(lái)執(zhí)行，而是隱含在對(duì)表示符號(hào)的直接操作中。4.4.1用戶界面的類型與設(shè)計(jì)用戶界22用戶界面的類型與設(shè)計(jì)(3)圖標(biāo)型

用圖形代替文字或數(shù)值的界面類型。例如，打印機(jī)代表打印命令、問(wèn)號(hào)代表幫助命令、文件箱代表文件管理命令等，這里，圖標(biāo)表示的是一個(gè)命令動(dòng)作。圖標(biāo)型是目前最為流行的界面類型。

用戶界面的類型與設(shè)計(jì)(3)圖標(biāo)型用圖形代替文字或數(shù)值的23

用戶界面的類型與設(shè)計(jì)(4)菜單型

將功能命令按類組織，列于屏幕上，供用戶選擇的界面類型。使用時(shí)，用戶不必事先記住所有功能命令，只要掌握菜單結(jié)構(gòu)就可以到相應(yīng)的菜單相中選取所需的命令，點(diǎn)取該命令，即執(zhí)行操作。用戶記憶負(fù)擔(dān)輕，操作效率高，但當(dāng)菜單層次過(guò)多的情況下，命令索取的效率要大大降低。(5)問(wèn)答型

按進(jìn)程進(jìn)行人機(jī)對(duì)話應(yīng)答的界面類型。通常是系統(tǒng)運(yùn)行到某一階段需要人干預(yù)輸入信息或決策選擇時(shí)在屏幕提示需輸入的信息項(xiàng)目，等待用戶輸入；或顯示預(yù)制選項(xiàng)，等待用戶選擇，用戶一旦輸入符號(hào)格式的信息，系統(tǒng)將繼續(xù)運(yùn)行，繼續(xù)回答。這在交互式幾何建模系統(tǒng)、CAD/CAM系統(tǒng)用的較多。

用戶界面的類型與設(shè)計(jì)(4)菜單型將功能命令按類組織24用戶界面的類型與設(shè)計(jì)(6)表格型

將多項(xiàng)問(wèn)答集中為一個(gè)表格，由用戶逐項(xiàng)回答、填寫的界面類型。多項(xiàng)內(nèi)容可參照填寫，不必?fù)?dān)心因忘記了前一項(xiàng)答案使后一項(xiàng)無(wú)從填寫的尷尬。(7)命令鍵入型

通過(guò)鍵盤鍵入指令控制系統(tǒng)工作的界面類型。需要用戶記憶大量功能命令及其操作格式，不便掌握，易于出錯(cuò)。但對(duì)有經(jīng)驗(yàn)的用戶來(lái)講，由于直接鍵入命令，免去了菜單的層次選擇、查找而使效率更高。(8)語(yǔ)音型

用自然語(yǔ)音與計(jì)算機(jī)對(duì)話的界面類型。不再需要鍵盤、鼠標(biāo)等輸入設(shè)備，只要將需的操作口述出來(lái)，計(jì)算機(jī)就能進(jìn)行相應(yīng)操作。已開(kāi)發(fā)出自然語(yǔ)音控制WINDOWS工作的系統(tǒng)，但僅限于格式化的工作命令語(yǔ)音，還不能識(shí)別人們?nèi)粘５淖匀徽Z(yǔ)言。

用戶界面的類型與設(shè)計(jì)(6)表格型將多項(xiàng)問(wèn)答集中為一個(gè)表25用戶界面的類型與設(shè)計(jì)

2.用戶界面設(shè)計(jì)(1)屏幕劃分針對(duì)顯示屏幕的大小、格式和分辨率，合理、充分地利用屏幕，將屏幕作適當(dāng)劃分，以便于不同的顯示用途。通常，CAD/CAM系統(tǒng)總是需要開(kāi)辟圖形區(qū)、菜單區(qū)、顯示提示區(qū)等至少三個(gè)區(qū)域。屏幕的劃分有對(duì)稱型和非對(duì)稱型等不同形式。(2)字型選用無(wú)論是菜單還是系統(tǒng)運(yùn)行中的顯示信息，若字符選用得當(dāng)可以給屏幕帶來(lái)生氣和好的效果。(3)顏色、灰度選擇

用不同顏色和灰度來(lái)標(biāo)志信息、設(shè)置背景、分離不同形體，這對(duì)于用戶在操作過(guò)程中集中注意力、減少錯(cuò)誤是非常有效的，同時(shí)對(duì)操作者的情緒、心情等均會(huì)產(chǎn)生影響。用戶界面的類型與設(shè)計(jì)2.用戶界面設(shè)計(jì)26用戶界面的類型與設(shè)計(jì)(4)菜單設(shè)計(jì)

菜單是一組功能、對(duì)象、數(shù)據(jù)或其他用戶可選擇實(shí)體的列表，是目前CAD/CAM系統(tǒng)中最常用交互功能方法。1)菜單的結(jié)構(gòu)可以按字母順序安排，也可以按功能分組。按功能大類劃分為第一級(jí)菜單，稱為主菜單；每一個(gè)主菜單又由若干二級(jí)菜單項(xiàng)組成，稱為子菜單；如果需要，子菜單項(xiàng)還可由三級(jí)菜單項(xiàng)組成。但最好層次不要太多，以小于四級(jí)為宜。2)菜單的類型

靜態(tài)的固定式菜單和動(dòng)態(tài)的各種菜單。固定式菜單始終顯示在屏幕的某一固定區(qū)域。由于屏幕有限，菜單占據(jù)面積應(yīng)盡量小，所以，大多數(shù)菜單項(xiàng)需采取動(dòng)態(tài)形式，需要時(shí)出現(xiàn)，點(diǎn)過(guò)之后消失，不占用屏幕空間。主要形式：拉出式、彈出式、翻頁(yè)式、增大式。3)菜單的標(biāo)識(shí)有文本和圖標(biāo)兩種形式，通常結(jié)合起來(lái)使用。用戶界面的類型與設(shè)計(jì)(4)菜單設(shè)計(jì)菜單是一組功能、對(duì)象27用戶界面的類型與設(shè)計(jì)4)菜單的形狀一般為矩形。文本菜單呈扁矩形，圖標(biāo)菜單呈正方形，也有類似按鈕樣的圓形。5)菜單的選擇

目前，多用鼠標(biāo)這種指點(diǎn)式輸入設(shè)備選取。就文本菜單而言，還應(yīng)設(shè)置相應(yīng)熱鍵操作方式。為便于用戶判斷是否選中菜單項(xiàng)，應(yīng)設(shè)置選中的菜單項(xiàng)反向顯示，或帶亮色，或帶陰影邊框，使得選中菜單就像真的按動(dòng)按鍵那樣栩栩如生。用戶界面的類型與設(shè)計(jì)4)菜單的形狀一般為矩形。文本菜單284.4.2交互技術(shù)

人機(jī)交互的過(guò)程可分解為一系列基本操作，每種操作都是為完成某個(gè)特定的交互任務(wù)，歸納起來(lái)主要是定位、定量、定向、選擇、拾取、文本六項(xiàng)交互任務(wù)。交互技術(shù)是完成交互任務(wù)的手段，在很大程度上依賴于交互設(shè)備。1．定位技術(shù)

移動(dòng)光標(biāo)到滿意位置，指定一個(gè)坐標(biāo)。定位技術(shù)主要有：(a)用數(shù)字化儀或鼠標(biāo)控制光標(biāo)定位；(b)用鍵盤輸入定位坐標(biāo)值；(c)用定向鍵控制光標(biāo)定位。2．定量技術(shù)

交互過(guò)程中，輸入某個(gè)數(shù)值代表某個(gè)特定量的關(guān)系。最基本的方法就是直接鍵入數(shù)值。還有通過(guò)兩次定位轉(zhuǎn)換出所需量的技術(shù)。4.4.2交互技術(shù)人機(jī)交互的過(guò)程可分解為一294.4.2交互技術(shù)

3．定向技術(shù)

為坐標(biāo)系中圖形確定某個(gè)方向。4．選擇技術(shù)

主要指命令和選項(xiàng)的選擇。有四種方式：鼠標(biāo)移動(dòng)光標(biāo)選取選項(xiàng)；鍵入選項(xiàng)命令全稱或助記符形式執(zhí)行命令；按動(dòng)功能熱鍵執(zhí)行熱鍵驅(qū)動(dòng)的命令程序；語(yǔ)音控制選擇選項(xiàng)。5.拾取技術(shù)

圖形、字符等的拾取。6．文本技術(shù)

主要是確定字符串的內(nèi)容和長(zhǎng)度。7．橡皮筋技術(shù)

針對(duì)變形類圖形要求，動(dòng)態(tài)、連續(xù)地表現(xiàn)變形過(guò)程。8．拖動(dòng)技術(shù)

將形體在空間的移動(dòng)過(guò)程動(dòng)態(tài)、連續(xù)地表示出來(lái)。9．草圖技術(shù)

又稱徒手畫技術(shù)。4.4.2交互技術(shù)3．定向技術(shù)為坐標(biāo)系中圖形確定某304.4.3交互設(shè)計(jì)原則1．一致性與規(guī)格化設(shè)計(jì)2．反饋信息3．防錯(cuò)和改錯(cuò)功能4．提示和幫助信息5．用戶記憶量最小

4.4.3交互設(shè)計(jì)原則1．一致性與規(guī)格化設(shè)計(jì)314.3圖形變換

對(duì)于一個(gè)繪圖系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，不僅能用圖形基本元素的集合構(gòu)成復(fù)雜的二維靜態(tài)圖形．而且可以通過(guò)三維的幾何體來(lái)定義零件的空間模型，還可以令該模型圍繞任一指定的軸旋轉(zhuǎn)，以利于從某一最有利的角度去觀察它，對(duì)它進(jìn)行修改。軟件的這些功能是基于圖形變換的原理實(shí)現(xiàn)的。圖形變換是計(jì)算機(jī)繪圖的基礎(chǔ)內(nèi)容之一。4.3圖形變換對(duì)于一個(gè)繪圖系統(tǒng)來(lái)說(shuō)32

1．窗口

用戶可以在輸入的圖形上選定一個(gè)觀察區(qū)域。這個(gè)觀察區(qū)域被稱為窗口(window)。2．視區(qū)

在顯示窗口內(nèi)圖形時(shí)，可能占用整個(gè)屏幕，也可能設(shè)想屏上有一個(gè)方框，要顯示的圖形只出現(xiàn)在這個(gè)方框內(nèi)。那么，在圖形輸出設(shè)備上用來(lái)復(fù)制窗口內(nèi)容的矩形區(qū)域被稱為視區(qū)(Viewport)。視區(qū)也可以嵌套，還可以在同一物理設(shè)備上定義多個(gè)視區(qū)，分別作不同的應(yīng)用或分別顯示不同角度、不同對(duì)象的圖形。

4.3.1窗、視變換

1．窗口4.3.1窗、視變換33窗、視變換3.窗、視變換只有當(dāng)定義的視區(qū)大小與窗口大小相同，而且設(shè)備坐標(biāo)的度量單位與用戶坐標(biāo)的度量單位也相同時(shí)，二者的關(guān)系才是1：1的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而在絕大多數(shù)情況下，窗口與視口無(wú)論是單位還是大小都不相同。為了把選定的窗口內(nèi)容在希望的視區(qū)上表現(xiàn)出來(lái)，即將窗口內(nèi)某一點(diǎn)(XR，YR)畫在視區(qū)的指定位置時(shí)，必須進(jìn)行坐標(biāo)變換。窗、視變換3.窗、視變換34要將窗口內(nèi)的圖形正確無(wú)誤地從整體圖形中出來(lái)，需應(yīng)用圖形的“裁剪”技術(shù)。即對(duì)落在窗口邊框上的圖形進(jìn)行剪裁，僅保留窗口部分，從下圖可以看出，不同位置的線段被窗口邊界分成一段或幾段，但其中只有一段落在窗口內(nèi)，裁剪算法就是要找出落在窗口內(nèi)線段的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)。

圖形裁剪要將窗口內(nèi)的圖形正確無(wú)誤地從整體354.3圖形變換

4.3.2二維圖形的幾何變換

1．基本原理

在二維平面中，任何一個(gè)圖形都可以認(rèn)為是點(diǎn)之間的連線構(gòu)成的，對(duì)一個(gè)圖形作變換，實(shí)際上就是對(duì)一系列點(diǎn)進(jìn)行變換。(1)點(diǎn)的表示

在二維平面內(nèi)，一個(gè)點(diǎn)通常用它的兩個(gè)坐標(biāo)(x,y)來(lái)表示，寫成矩陣形式則為：或

表示點(diǎn)的矩陣通常被稱為點(diǎn)的位置向量。以下將采用行向量來(lái)表示一個(gè)點(diǎn)。如有三角形的三個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)a(x1，y1)，b(x2，y2)，c(x3，y3)，用矩陣表示則記為：

4.3圖形變換4.3.2二維圖形的幾何變換36二維圖形的幾何變換(2)變換矩陣若[A]、[B]和[M]都是矩陣，且[A][M]＝[B]，這種一個(gè)矩陣[A]對(duì)另一個(gè)矩陣[M]施行乘法運(yùn)算而得出一個(gè)新矩陣[B]的方法，可被用來(lái)完成一個(gè)點(diǎn)或一組點(diǎn)的幾何變換。這里的[M]被稱為變換矩陣。(3)點(diǎn)的變換將點(diǎn)的坐標(biāo)(x,y)與變換矩陣[M]相乘，變換后點(diǎn)的坐標(biāo)記作(x’,y’)則：

可見(jiàn)，新點(diǎn)的位置取決于變量A、B、C、D的值。二維圖形的幾何變換(2)變換矩陣若[A]、[B]和[M37二維圖形的幾何變換2．變換類型

(1)比例變換當(dāng)B=C=0；A、D>0時(shí)，即時(shí)，產(chǎn)生比例變換。二維圖形的幾何變換2．變換類型38二維圖形的幾何變換

二維圖形的幾何變換39二維圖形的幾何變換(2)對(duì)稱變換（反射變換、鏡像變換）當(dāng)B=C=0；A、D不全為正時(shí)，產(chǎn)生對(duì)稱變換。

二維圖形的幾何變換(2)對(duì)稱變換（反射變換、鏡像變換）40二維圖形的幾何變換(3)錯(cuò)切變換當(dāng)A=D=1時(shí)，B、C不全為0時(shí)，產(chǎn)生錯(cuò)切變換。

二維圖形的幾何變換(3)錯(cuò)切變換當(dāng)A=D=1時(shí)，B、C41二維圖形的幾何變換(4)旋轉(zhuǎn)變換

繞原點(diǎn)(0，0)旋轉(zhuǎn)θ角度的變換可用下圖表示。A(x,y)A’(x,y)(0,0)(1)(2)(3)二維圖形的幾何變換(4)旋轉(zhuǎn)變換A(x,y)A’(42二維圖形的幾何變換用矩陣形式表示：

其中，為繞原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的角度，逆時(shí)針為正。二維圖形的幾何變換其中，為繞原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的角度，逆時(shí)針43二維圖形的幾何變換(5)平移變換由于2×2階變換矩陣不能實(shí)現(xiàn)平移，而平移變換又是計(jì)算機(jī)繪圖中非常需要的一種變換，為此，引入齊次坐標(biāo)的概念。

齊次坐標(biāo)就是將一個(gè)n維分向量用n十1維的分向量來(lái)表示。如把二維平面一個(gè)點(diǎn)P的直角坐標(biāo)表示成齊次坐標(biāo)時(shí)，則為：其中，h及W是不為零的一個(gè)全比例因子。由于采用齊次坐標(biāo)表示點(diǎn)，相應(yīng)的變換矩陣[M]也要變?yōu)?×3階矩陣：

二維圖形的幾何變換(5)平移變換由于2×2階變換矩陣44二維圖形的幾何變換當(dāng)A=D=S=1，B=C=P=Q=0，M、N不全為0時(shí)，即：產(chǎn)生平移變換。其中，M為X方向平移因子；N為Y方向平移因子。

二維圖形的幾何變換當(dāng)A=D=S=1，B=C=P=Q=0，M、45二維圖形的幾何變換3．復(fù)合變換

不難發(fā)現(xiàn)，上述介紹的諸種變換類型的變換矩陣都是有一定條件的，如旋轉(zhuǎn)、比例、錯(cuò)切、平移等都是相對(duì)于原點(diǎn)的變換矩陣，對(duì)稱則是相對(duì)于某個(gè)特定的軸或原點(diǎn)的對(duì)稱變換矩陣。而實(shí)際圖形變換常常是相對(duì)于任意點(diǎn)或線變換。解決這個(gè)問(wèn)題的思路是這樣的：先將任意點(diǎn)移向坐標(biāo)原點(diǎn)(任意線則移向與X或Y軸重合的位置)，再用前述變換矩陣加以變換，最后反向移回任意點(diǎn)(任意線移回原位)?？梢?jiàn)，這是經(jīng)過(guò)平移、某種變換、再平移的多次變換過(guò)程，而不僅僅是一種獨(dú)立的變換，故而稱為復(fù)合變換。二維圖形的幾何變換3．復(fù)合變換46二維圖形的幾何變換(1)圖形相對(duì)于任意點(diǎn)作旋轉(zhuǎn)變換用三種變換復(fù)合而成1)將旋轉(zhuǎn)中心移到原點(diǎn)(平移)；2)按要求的角度方向旋轉(zhuǎn)(旋轉(zhuǎn))；3)將旋轉(zhuǎn)后的圖形平移到原來(lái)的旋轉(zhuǎn)中心(平移)。設(shè)相對(duì)于點(diǎn)作旋轉(zhuǎn)變換，則上述過(guò)程由以下三個(gè)矩陣相乘來(lái)實(shí)現(xiàn)：[T]稱為復(fù)合變換矩陣。

二維圖形的幾何變換(1)圖形相對(duì)于任意點(diǎn)作旋轉(zhuǎn)變換用三47二維圖形的幾何變換

(2)圖形相對(duì)于任意點(diǎn)作比例變換

同理，用三種變換復(fù)合而成1)將比例中心移到原點(diǎn)(平移)；2)按要求進(jìn)行縮放(比例)；3)將縮放后的圖形平移回原來(lái)的比例中心(平移)。設(shè)相對(duì)于點(diǎn)作比例變換，則上述過(guò)程由以下三個(gè)矩陣相乘來(lái)實(shí)現(xiàn)：[T]為復(fù)合變換矩陣。

二維圖形的幾何變換484.3.3三維圖形的幾何變換

對(duì)三維空間的點(diǎn)如（x,y,z）,可用齊次坐標(biāo)表示為(x,y,z,1)，或(X,Y,Z,H)，因此，三維空間里的點(diǎn)的變換可寫為：其中，[M]是一4×4階變換矩陣，即：

其中,左上角部分產(chǎn)生比例、對(duì)稱、錯(cuò)切和旋轉(zhuǎn)變換；左下角部分產(chǎn)生平移變換；右上角部分產(chǎn)生透視變換；右下角部分產(chǎn)生全比例變換。4.3.3三維圖形的幾何變換對(duì)49三維比例變換1．三維比例變換變換矩陣為：A，E，J分別控制X、Y、Z方向的比例變換：若A=E＝J＝l，S≠1．則元素S可使整個(gè)圖形按同一比例放大或縮小。即：若S＞1，則整個(gè)圖形變換后縮小；若S＜1，則整個(gè)圖形變換后放大

三維比例變換1．三維比例變換50三維比例變換圖為對(duì)一三棱錐分別施行局部比例變換(X方向放大、l倍；Y方向縮小1倍；Z方向比例不變)和全比例放大1倍變換。三維比例變換圖為對(duì)一三棱錐分別施行局部比例變換(X51三維對(duì)稱變換2．三維對(duì)稱變換標(biāo)準(zhǔn)的三維空間對(duì)稱變換是相對(duì)于坐標(biāo)平面進(jìn)行的。(1)對(duì)XOY平面的對(duì)稱變換

三維對(duì)稱變換2．三維對(duì)稱變換52三維對(duì)稱變換(2)對(duì)YOZ平面的對(duì)稱變換(3)對(duì)XOZ平面的對(duì)稱變換三維對(duì)稱變換(2)對(duì)YOZ平面的對(duì)稱變換53三維對(duì)稱幾何變換四棱錐S-ABCD對(duì)XOZ平面對(duì)稱變換的結(jié)果：Z三維對(duì)稱幾何變換四棱錐S-ABCD對(duì)XOZ平面對(duì)稱變換的結(jié)果54三維錯(cuò)切變換3.三維錯(cuò)切變換指圖形沿X、Y、Z三個(gè)方向的錯(cuò)切變換?？梢?jiàn)，主對(duì)角線各元素均為1，第4行和第4列其它元素均為0。三維錯(cuò)切變換3.三維錯(cuò)切變換55三維平移變換4．三維平移變換與二維平移變換類似，三維平移變換矩陣為：其中，L，M，N分別為X，Y，Z方向的平移量。

三維平移變換4．三維平移變換56三維旋轉(zhuǎn)變換5．三維旋轉(zhuǎn)變換三維旋轉(zhuǎn)變換應(yīng)按不同軸線旋轉(zhuǎn)分別處理。同樣地，旋轉(zhuǎn)角逆時(shí)針時(shí)為正，順時(shí)針為負(fù)。注意，變換順序不同，最后結(jié)果也不同。對(duì)于三維變換來(lái)說(shuō)，同樣要注意矩陣乘法不滿足交換律的問(wèn)題。1)Z軸旋轉(zhuǎn)的變換矩陣

三維旋轉(zhuǎn)變換5．三維旋轉(zhuǎn)變換57三維旋轉(zhuǎn)變換2)X軸旋轉(zhuǎn)的變換矩陣3)Y軸旋轉(zhuǎn)的變換矩陣

三維旋轉(zhuǎn)變換2)X軸旋轉(zhuǎn)的變換矩陣58三面投影變換6.三面投影變換

機(jī)械設(shè)計(jì)通常都是采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的三視圖來(lái)表達(dá)零件的形狀。將空間三維實(shí)體通過(guò)矩陣變換而獲得三視圖(即主視圖、俯視圖和左視圖)的繪圖信息，這種變換稱之為三面投影變換(或正投影變換)。 三面投影變換6.三面投影變換59主視圖變換矩陣

(1)主視圖變換矩陣取XOY平面上的投影為主視圖，只須將立體的全部Z坐標(biāo)變?yōu)榱?，變換矩陣為：

則[x’y’z’1]＝[xy01]

主視圖變換矩陣(1)主視圖變換矩陣取XOY平面上60俯視圖變換矩陣

(2)俯視圖變換矩陣取XOZ平面上的投影并展開(kāi)與XOY平面為同一平面。為使俯視圖與主視圖間保持一定距離，還應(yīng)使其下移一個(gè)d值。因此，俯視圖的變換矩陣實(shí)際上是一投影，繞X軸按左手系旋轉(zhuǎn)90度、沿Y向平移的復(fù)合變換矩陣。

[x’y’z’1]＝[x-(z+d)01]

俯視圖變換矩陣(2)俯視圖變換矩陣取XOZ平面61透視變換

7．透視變換透視投影從一個(gè)視點(diǎn)透過(guò)一個(gè)平面(畫面)觀察物體，其視線(投影線)是從視點(diǎn)(觀察點(diǎn))出發(fā)．視線是不平行的。視線與畫面相交得到的圖形就是透視圖。任何一束不平行于投影平面的平行線的透視投影將匯聚成一點(diǎn)，稱之為滅點(diǎn)。透視投影按照主滅點(diǎn)的個(gè)數(shù)分為一點(diǎn)透視、二點(diǎn)透視和三點(diǎn)透視。

a）單位立方體b）一點(diǎn)透視c）二點(diǎn)透視透視變換7．透視變換62透視變換

當(dāng)4×4階變換矩陣最后一列不為零時(shí)，在進(jìn)行正?；?，即可產(chǎn)生透視的效果。 透視變換當(dāng)4×4階變換矩陣最后一列不為零時(shí)，在進(jìn)行正常63作業(yè)已知三角形各頂點(diǎn)坐標(biāo)為(10,10)、(10,30)，(30,15)，對(duì)其分別進(jìn)行下列變換：(1)沿X正向平移20，沿Y負(fù)向平移15，再繞原點(diǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°。(2)對(duì)三角形進(jìn)行比例變換，沿X軸方向縮小一半，沿Y軸方向放大一倍。(3)先以X軸為對(duì)稱軸，再以Y=X為對(duì)稱軸作對(duì)稱變換。分別寫出變換矩陣，并給出變換過(guò)程。題2題1作業(yè)已知三角形各頂點(diǎn)坐標(biāo)為(10,10)、(10,30)，64復(fù)習(xí)思考題1.常見(jiàn)的計(jì)算機(jī)繪圖方法有哪些？2.根據(jù)圖形軟件的功能和使用情況，可以將圖形軟件分為哪幾個(gè)類型？3.常用的交互技術(shù)有哪些？4.圖形軟件的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)。5.掌握二維圖形變換的方法，包括變換矩陣及計(jì)算過(guò)程。

復(fù)習(xí)思考題1.常見(jiàn)的計(jì)算機(jī)繪圖方法有哪些？65CAD/CAM原理與應(yīng)用第4章計(jì)算機(jī)繪圖

CAD/CAM原理與應(yīng)用66

計(jì)算機(jī)繪圖是CAD/CAM的重要組成部分。它的發(fā)展有力地推動(dòng)了CAD/CAM的研究和發(fā)展，為CAD/CAM提供了高效的工具和手段；而CAD/AM的發(fā)展又不斷提出新的要求和設(shè)想，其中包括對(duì)計(jì)算機(jī)繪圖的要求．因此，CAD/CAM的發(fā)展與計(jì)算機(jī)繪圖的發(fā)展有著密不可分的關(guān)系。隨著三維幾何建模系統(tǒng)的應(yīng)用以及CAD/CAM逐步實(shí)現(xiàn)真正的集成化，用戶可以隨時(shí)形象地觀察三維模型、并通過(guò)集成環(huán)境直接控制CAM加工設(shè)備完成制造過(guò)程。因此，計(jì)算機(jī)繪圖的理論和方法具有基礎(chǔ)性和普遍意義。計(jì)算機(jī)繪圖計(jì)算機(jī)繪圖是CAD/CAM的重要組成部分。674.1概述

◆

1950年，世界上第一臺(tái)圖形顯示器“旋風(fēng)一號(hào)”在美國(guó)問(wèn)世；◆1958年，美國(guó)CALCOMP公司制成滾筒式繪圖儀；◆1958年，GERBER公司制成平板式繪圖儀；■

1963年，MIT的I.E.Sutherland開(kāi)發(fā)了人機(jī)交互圖形系統(tǒng)；■

1966年，美國(guó)Lockheed公司與IBM公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)并推出了著名的CAD/CAM系統(tǒng)“計(jì)算機(jī)圖形增強(qiáng)設(shè)計(jì)與制造軟件包”(CADAM)；■

20世紀(jì)70年代之后，圖形輔入輸出設(shè)備迅速發(fā)展；■

80年代，CAD/CAM系統(tǒng)硬件、軟件更加成熟；■

90年代，光柵掃描式大屏幕彩色圖象終端、工程掃描儀、靜電繪圖機(jī)；三維實(shí)體設(shè)計(jì)；★目前，計(jì)算機(jī)圖形在工程設(shè)計(jì)、NC編程、工況檢測(cè)、仿真模擬、制導(dǎo)技術(shù)、臨床醫(yī)學(xué)、動(dòng)畫制作等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。4.1概述◆1950年，世界上第一臺(tái)圖684.1.1計(jì)算機(jī)繪圖的含義及作用

★含義

利用計(jì)算機(jī)存貯、生產(chǎn)圖形，并在計(jì)算機(jī)控制下，把過(guò)去由人工一筆一畫完成的繪圖工作由自動(dòng)繪圖機(jī)等圖形輸出設(shè)備來(lái)完成。

★特點(diǎn)計(jì)算機(jī)繪圖不僅可以形象地產(chǎn)生和復(fù)制各種類型的圖形，還可方便地對(duì)圖形進(jìn)行存貯、調(diào)用、編輯和修改，并通過(guò)繪圖機(jī)輸出。計(jì)算機(jī)繪圖可以大大提高繪圖質(zhì)量和效率，減少人工工作量。計(jì)算機(jī)繪圖在改革傳統(tǒng)的工程制圖技術(shù)方面有其重要的作用。就機(jī)械CAD而言，計(jì)算機(jī)繪圖是一個(gè)重要的、占據(jù)較多工作量的環(huán)節(jié)。4.1.1計(jì)算機(jī)繪圖的含義及作用★含義694.1.2計(jì)算機(jī)繪圖系統(tǒng)的類型和組成

一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有由圖變“數(shù)”和由“數(shù)”變圖兩種功能。由計(jì)算機(jī)控制繪圖機(jī)輸出圖樣，實(shí)際上是將其中的圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成幾何線條、填充區(qū)域、文本字符，這就是由“數(shù)”變圖；由繪圖機(jī)自動(dòng)輸出圖樣，就必須使計(jì)算機(jī)首先存有圖形數(shù)據(jù)，這就需要向計(jì)算機(jī)輸入圖形，即由圖變“數(shù)”。無(wú)形圖樣：技術(shù)人員以計(jì)算機(jī)為工具邊設(shè)計(jì)、邊構(gòu)思、邊繪圖，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及投影圖隱含在頭腦中，工作結(jié)束，設(shè)計(jì)結(jié)果就存貯在計(jì)算機(jī)中；

已有圖樣：要將其輸入計(jì)算機(jī)，或修改或保存管理。該項(xiàng)工作既可以通過(guò)人機(jī)交互或編程實(shí)現(xiàn)，也可以用掃描儀實(shí)現(xiàn)。4.1.2計(jì)算機(jī)繪圖系統(tǒng)的類型和組成70

計(jì)算機(jī)繪圖系統(tǒng)的類型和組成

1.計(jì)算機(jī)繪圖系統(tǒng)的類型

●靜態(tài)自動(dòng)繪圖系統(tǒng)把要繪制的圖形編制成繪圖程序，在繪圖過(guò)程中不允許人工干預(yù)和修改，所繪圖形若不符合要求，則需手工在圖樣上改動(dòng)或修改繪圖程序。●動(dòng)態(tài)交互式繪圖系統(tǒng)用戶通過(guò)輸入設(shè)備實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地控制圖形，需要在設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行反復(fù)修改、分析、計(jì)算，尤其是新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。

計(jì)算機(jī)繪圖系統(tǒng)的類型和組成1.計(jì)算機(jī)繪圖71計(jì)算機(jī)繪圖系統(tǒng)的類型和組成▲硬件：計(jì)算機(jī)主機(jī)外存貯器輸入設(shè)備輸出設(shè)備▲軟件：圖形軟件應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)圖形庫(kù)應(yīng)用程序

2．計(jì)算機(jī)繪圖系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)繪圖系統(tǒng)的類型和組成▲硬件：2．計(jì)算機(jī)繪72

輪廓線法、參數(shù)化法、圖元拼合法、尺寸驅(qū)動(dòng)法、三維實(shí)體投影法。1．輪廓線法

就是將組成圖形的線條逐一繪出，它只取決于線條的端點(diǎn)坐標(biāo)，不分先后，沒(méi)有約束。該繪圖方法比較簡(jiǎn)單，適應(yīng)面也廣，但繪圖工作量大、效率低，容易出錯(cuò)?！?/p>

工作方式：一是靜態(tài)繪圖編制程序，成批繪制圖線，程序一經(jīng)確定，所繪圖形也就確定了，如要修改圖形，只能修改程序；二是交互式繪圖把計(jì)算機(jī)屏幕當(dāng)作圖板，通過(guò)鼠標(biāo)或鍵盤點(diǎn)取屏幕菜單，按照人機(jī)對(duì)話方式生成圖形。4.1.3計(jì)算機(jī)繪圖方法輪廓線法、參數(shù)化法、圖元拼合法、尺寸驅(qū)動(dòng)法、三維實(shí)體投影法73計(jì)算機(jī)繪圖方法2．參數(shù)化法

首先建立圖形與尺寸參數(shù)的約束關(guān)系，每個(gè)可變的尺寸參數(shù)用待標(biāo)變量表示，并賦予一個(gè)缺省值。繪圖時(shí)，修改不同的尺寸參數(shù)即可得到不同規(guī)格的圖樣?！锾攸c(diǎn)及應(yīng)用：簡(jiǎn)單、可靠、繪圖速度快。用于建立標(biāo)準(zhǔn)件圖庫(kù)、已定型系列化產(chǎn)品的圖形庫(kù)，不適于約束關(guān)系不定、結(jié)構(gòu)可能經(jīng)常變化的新產(chǎn)品設(shè)計(jì)?！?/p>

工作方式：

程序繪圖需將參數(shù)代入程序或在程序運(yùn)行初期輸入其中；

交互繪圖則先將賦有缺省值的參數(shù)圖以圖形文件的形式存入系統(tǒng)，使用時(shí)調(diào)入，以人機(jī)對(duì)話的方式逐一改變參數(shù)。計(jì)算機(jī)繪圖方法2．參數(shù)化法74計(jì)算機(jī)繪圖方法3.圖元拼合法

將各種常用的、帶有某種特定專業(yè)含義的圖形元素存貯建庫(kù)，設(shè)計(jì)繪圖時(shí)，根據(jù)需要調(diào)用合適的圖形元素加以拼合。★特點(diǎn)及應(yīng)用：

圖形元素的定義和建庫(kù)都是針對(duì)本單位產(chǎn)品形狀特征的，很難建立一個(gè)包羅萬(wàn)象的、通用的圖元庫(kù)；可用于新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和繪制，其效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于輪廓線法。必須以參數(shù)化法為基礎(chǔ)，每一個(gè)圖元實(shí)際上就是一個(gè)小的參數(shù)化圖形。固定尺寸參數(shù)的圖形元素在應(yīng)用中幾乎沒(méi)有實(shí)用價(jià)值?！?/p>

工作方式：

既可以交互方式通過(guò)屏幕菜單拾取選項(xiàng)加以拼合，也可以通過(guò)在總控程序中選擇調(diào)用各圖元子程序?qū)崿F(xiàn)操作。

計(jì)算機(jī)繪圖方法3.圖元拼合法75計(jì)算機(jī)繪圖方法

計(jì)算機(jī)繪圖方法76計(jì)算機(jī)繪圖方法4．尺寸驅(qū)動(dòng)法

是一種交互式的變量設(shè)計(jì)方法。首先按設(shè)計(jì)者的意圖，將草圖快速勾畫于屏幕之上，然后根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形狀需要，為草圖建立尺寸和形位約束，草圖受到這種約束的驅(qū)動(dòng)而變得橫平豎直起來(lái)，尺寸大小也一一對(duì)應(yīng)?！锾攸c(diǎn)及應(yīng)用：甩掉了繁瑣的幾何坐標(biāo)點(diǎn)的提取和計(jì)算，保留了圖形所需的矢量尺寸，繪圖質(zhì)量好、效率高，使設(shè)計(jì)者不再拘泥于一些繪圖細(xì)節(jié)。先有草圖，后加約束，約束可隨時(shí)增刪、修改，拓?fù)溆嗟卮?，圖形也隨時(shí)被新的約束關(guān)系所驅(qū)動(dòng)；不僅支持新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，而且支持快速的概念設(shè)計(jì)。不僅可用于計(jì)算機(jī)繪圖，還可應(yīng)用于產(chǎn)品的裝配設(shè)計(jì)。計(jì)算機(jī)繪圖方法4．尺寸驅(qū)動(dòng)法77計(jì)算機(jī)繪圖方法5．三維實(shí)體投影法

在計(jì)算機(jī)三維建模環(huán)境下進(jìn)行設(shè)計(jì)和繪圖工作，直接建立產(chǎn)品的三維模型，通過(guò)實(shí)體投影技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維實(shí)體的二維投影，根據(jù)需要，作一些必要的修改，補(bǔ)充好尺寸標(biāo)注、公差及技術(shù)要求，即可完成計(jì)算機(jī)繪圖任務(wù)?！锾攸c(diǎn)及應(yīng)用：

不僅能更直觀、更全面地反映設(shè)計(jì)對(duì)象，還能減輕設(shè)計(jì)師的負(fù)擔(dān)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。由于二維圖是三維實(shí)體投影而來(lái)，二者之間有著一對(duì)一的映射關(guān)系，因此，對(duì)二維圖中尺寸變量的修改，能直接反饋到三維實(shí)體，使三維實(shí)體隨之發(fā)生改變。計(jì)算機(jī)繪圖方法5．三維實(shí)體投影法784.2圖形軟件4.2.1圖形軟件的類型與功能1．圖形軟件的類型根據(jù)圖形軟件的功能和使用情況分為：基本繪圖指令軟件、圖形支撐軟件、專用圖形軟件三類。(1)基本繪圖指令軟件

常用匯編語(yǔ)言甚至用機(jī)器語(yǔ)言編寫。通常是一些最基本的繪圖指令。如畫點(diǎn)、線等。提供的繪圖能力較差，必須進(jìn)行改進(jìn)和完善才能滿足CAD/CAM系統(tǒng)的要求。

(2)圖形支撐軟件

用匯編語(yǔ)言或高級(jí)語(yǔ)言編寫。除提供基本繪圖指令外，還可對(duì)圖形進(jìn)行編輯、修改和控制等。功能較強(qiáng)，適用范圍廣。

其工作方式有兩種：子程序軟件包和交互式繪圖軟件。4.2圖形軟件4.2.1圖形軟件的類型與功能79圖形軟件的類型與功能2．圖形軟件的功能作為—個(gè)圖形支撐環(huán)境應(yīng)具有如下基本功能：(1)定義窗口與視見(jiàn)區(qū)

(2)圖形描述

(3)圖形編輯與變換

(4)圖形控制

(5)圖形文件處理

(6)交互處理功能

圖形軟件的類型與功能2．圖形軟件的功能804.2.3圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)＊圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)：

是一組通用的、獨(dú)立于設(shè)備的、由標(biāo)準(zhǔn)化組織發(fā)布實(shí)施的圖形系統(tǒng)軟件包，它提供圖形描述、應(yīng)用程序和圖形輸入輸出接口等功能。＊

作用：

使應(yīng)用軟件系統(tǒng)更易于移植、信息資源更易于共享、CAD/CAM集成更易于實(shí)現(xiàn)。4.2.3圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)＊圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)：81

圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)1．圖形標(biāo)準(zhǔn)(1)GKS圖形核心系統(tǒng)圖形核心系統(tǒng)是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)于1985年采用，作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，它是一個(gè)為應(yīng)用程序服務(wù)的基本圖形系統(tǒng)。它提供了應(yīng)用程序和一組圖形輸入、輸出設(shè)備之間的功能性接口。這是一個(gè)二維圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)。(2)PHIGS程序員層次交互圖形系統(tǒng)程序員層次交互圖形系統(tǒng)PHIGS是美國(guó)計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)委員會(huì)于1986年推出的，后被接受為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。它是為應(yīng)用程序員提供的控制圖形設(shè)備的圖形軟件系統(tǒng)接口及動(dòng)態(tài)修改和繪制顯示圖形數(shù)據(jù)的手段。

圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)1．圖形標(biāo)準(zhǔn)82圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)

2．圖形和圖像編碼

(1)CGM計(jì)算機(jī)圖形元文件編碼它采用了高效率的圖形編碼方法，規(guī)定了存貯圖形數(shù)據(jù)的格式，由一套與設(shè)備無(wú)關(guān)的用于定義圖形的語(yǔ)法和詞法元素組成，作為圖形數(shù)據(jù)的中性格式，能適用于不同的圖形系統(tǒng)和圖形設(shè)備。(2)CGI計(jì)算機(jī)圖形接口編碼它描述了通用的抽象圖形設(shè)備的軟件接口，定義了一個(gè)虛擬的設(shè)備坐標(biāo)空間、一組圖形命令及其參數(shù)格式。采用CGI，無(wú)論是應(yīng)用程序還是圖形支撐軟件均可實(shí)現(xiàn)在不同設(shè)備配置之間的可移植性。圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)2．圖形和圖像編碼83圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)3．?dāng)?shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)(1)IGES初始圖形交換規(guī)范它建立了用于產(chǎn)品定義的數(shù)據(jù)表示方法與通信信息結(jié)構(gòu)，作用是在不同的CAD/CAM系統(tǒng)間交換產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)。IGES定義了文件結(jié)構(gòu)格式、格式語(yǔ)言以及幾何、拓?fù)浼胺菐缀萎a(chǎn)品定義數(shù)據(jù)在這些格式中的表示方法，其表示方法是可擴(kuò)展的，并且獨(dú)定于幾何造型方法。(2)STEP產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)它是一套系列標(biāo)準(zhǔn)，其目標(biāo)是在產(chǎn)品生存周期內(nèi)為產(chǎn)品數(shù)據(jù)的表示與通信提供一種中性數(shù)字形式，這種數(shù)字形式完整地表達(dá)產(chǎn)品信息并獨(dú)立于應(yīng)用軟件，也就是建立統(tǒng)一的產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)描述。包括為進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和產(chǎn)品支持等活動(dòng)而全面定義的產(chǎn)品零部件及其與幾何尺寸、性能參數(shù)及處理要求等相關(guān)的各種屬性數(shù)據(jù)。該標(biāo)準(zhǔn)建立了一個(gè)為產(chǎn)品整個(gè)生存周期服務(wù)的統(tǒng)一的全局信息模型。圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)3．?dāng)?shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)84圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換文件工作原理圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換文件工作原理854.4交互技術(shù)

任何一種計(jì)算機(jī)的應(yīng)用過(guò)程都可抽象為輸入、處理、輸出三個(gè)邏輯部分，而在CAD/CAM中，這個(gè)過(guò)程不是單向的一個(gè)周期，卻是輸入、處理、輸出，再輸入、再處理、再輸出……這樣的反復(fù)過(guò)程。

技術(shù)人員將設(shè)計(jì)構(gòu)思輸入系統(tǒng)，系統(tǒng)對(duì)構(gòu)思加以描述、整理，輸出給技術(shù)人員；技術(shù)人員進(jìn)行修改、補(bǔ)充后再輸入計(jì)算機(jī)，系統(tǒng)再進(jìn)行分析、判斷，將結(jié)果輸出；如此循環(huán)往復(fù)，直到設(shè)計(jì)滿意。這就是所謂人機(jī)交互設(shè)計(jì)的過(guò)程。

用戶界面的優(yōu)劣常常影響軟件的推廣和使用效果。為此，軟件行業(yè)越來(lái)越重視用戶界面的研究與開(kāi)發(fā)，不斷推出一些優(yōu)秀的交互式圖形界面系統(tǒng)。CAD/CAM軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)也將友好的用戶界作為基本需求和要達(dá)到的目標(biāo)之一。

4.4交互技術(shù)任何一種計(jì)算機(jī)的應(yīng)用過(guò)程都可864.4.1用戶界面的類型與設(shè)計(jì)

用戶界面不能簡(jiǎn)單地理解為人操作計(jì)算機(jī)時(shí)所面對(duì)的屏幕顯示形式，它隱含著人機(jī)交互的狀態(tài)、表達(dá)形式、操作方法等一系列內(nèi)容。1.用戶界面的類型(1)所見(jiàn)即所得型

熒光屏上的顯示與最終輸出結(jié)果一致的界面類型。(2)直接操作型

操作動(dòng)作與操作目的完全吻合的界面類型。如WINDOWS環(huán)境下，將要?jiǎng)h除的文件直接拖入垃圾箱。這種情況下，功能命令已不是由通常的菜單選擇或鍵盤輸入來(lái)執(zhí)行，而是隱含在對(duì)表示符號(hào)的直接操作中。4.4.1用戶界面的類型與設(shè)計(jì)用戶界87用戶界面的類型與設(shè)計(jì)(3)圖標(biāo)型

用圖形代替文字或數(shù)值的界面類型。例如，打印機(jī)代表打印命令、問(wèn)號(hào)代表幫助命令、文件箱代表文件管理命令等，這里，圖標(biāo)表示的是一個(gè)命令動(dòng)作。圖標(biāo)型是目前最為流行的界面類型。

用戶界面的類型與設(shè)計(jì)(3)圖標(biāo)型用圖形代替文字或數(shù)值的88

用戶界面的類型與設(shè)計(jì)(4)菜單型

將功能命令按類組織，列于屏幕上，供用戶選擇的界面類型。使用時(shí)，用戶不必事先記住所有功能命令，只要掌握菜單結(jié)構(gòu)就可以到相應(yīng)的菜單相中選取所需的命令，點(diǎn)取該命令，即執(zhí)行操作。用戶記憶負(fù)擔(dān)輕，操作效率高，但當(dāng)菜單層次過(guò)多的情況下，命令索取的效率要大大降低。(5)問(wèn)答型

按進(jìn)程進(jìn)行人機(jī)對(duì)話應(yīng)答的界面類型。通常是系統(tǒng)運(yùn)行到某一階段需要人干預(yù)輸入信息或決策選擇時(shí)在屏幕提示需輸入的信息項(xiàng)目，等待用戶輸入；或顯示預(yù)制選項(xiàng)，等待用戶選擇，用戶一旦輸入符號(hào)格式的信息，系統(tǒng)將繼續(xù)運(yùn)行，繼續(xù)回答。這在交互式幾何建模系統(tǒng)、CAD/CAM系統(tǒng)用的較多。

用戶界面的類型與設(shè)計(jì)(4)菜單型將功能命令按類組織89用戶界面的類型與設(shè)計(jì)(6)表格型

將多項(xiàng)問(wèn)答集中為一個(gè)表格，由用戶逐項(xiàng)回答、填寫的界面類型。多項(xiàng)內(nèi)容可參照填寫，不必?fù)?dān)心因忘記了前一項(xiàng)答案使后一項(xiàng)無(wú)從填寫的尷尬。(7)命令鍵入型

通過(guò)鍵盤鍵入指令控制系統(tǒng)工作的界面類型。需要用戶記憶大量功能命令及其操作格式，不便掌握，易于出錯(cuò)。但對(duì)有經(jīng)驗(yàn)的用戶來(lái)講，由于直接鍵入命令，免去了菜單的層次選擇、查找而使效率更高。(8)語(yǔ)音型

用自然語(yǔ)音與計(jì)算機(jī)對(duì)話的界面類型。不再需要鍵盤、鼠標(biāo)等輸入設(shè)備，只要將需的操作口述出來(lái)，計(jì)算機(jī)就能進(jìn)行相應(yīng)操作。已開(kāi)發(fā)出自然語(yǔ)音控制WINDOWS工作的系統(tǒng)，但僅限于格式化的工作命令語(yǔ)音，還不能識(shí)別人們?nèi)粘５淖匀徽Z(yǔ)言。

用戶界面的類型與設(shè)計(jì)(6)表格型將多項(xiàng)問(wèn)答集中為一個(gè)表90用戶界面的類型與設(shè)計(jì)

2.用戶界面設(shè)計(jì)(1)屏幕劃分針對(duì)顯示屏幕的大小、格式和分辨率，合理、充分地利用屏幕，將屏幕作適當(dāng)劃分，以便于不同的顯示用途。通常，CAD/CAM系統(tǒng)總是需要開(kāi)辟圖形區(qū)、菜單區(qū)、顯示提示區(qū)等至少三個(gè)區(qū)域。屏幕的劃分有對(duì)稱型和非對(duì)稱型等不同形式。(2)字型選用無(wú)論是菜單還是系統(tǒng)運(yùn)行中的顯示信息，若字符選用得當(dāng)可以給屏幕帶來(lái)生氣和好的效果。(3)顏色、灰度選擇

用不同顏色和灰度來(lái)標(biāo)志信息、設(shè)置背景、分離不同形體，這對(duì)于用戶在操作過(guò)程中集中注意力、減少錯(cuò)誤是非常有效的，同時(shí)對(duì)操作者的情緒、心情等均會(huì)產(chǎn)生影響。用戶界面的類型與設(shè)計(jì)2.用戶界面設(shè)計(jì)91用戶界面的類型與設(shè)計(jì)(4)菜單設(shè)計(jì)

菜單是一組功能、對(duì)象、數(shù)據(jù)或其他用戶可選擇實(shí)體的列表，是目前CAD/CAM系統(tǒng)中最常用交互功能方法。1)菜單的結(jié)構(gòu)可以按字母順序安排，也可以按功能分組。按功能大類劃分為第一級(jí)菜單，稱為主菜單；每一個(gè)主菜單又由若干二級(jí)菜單項(xiàng)組成，稱為子菜單；如果需要，子菜單項(xiàng)還可由三級(jí)菜單項(xiàng)組成。但最好層次不要太多，以小于四級(jí)為宜。2)菜單的類型

靜態(tài)的固定式菜單和動(dòng)態(tài)的各種菜單。固定式菜單始終顯示在屏幕的某一固定區(qū)域。由于屏幕有限，菜單占據(jù)面積應(yīng)盡量小，所以，大多數(shù)菜單項(xiàng)需采取動(dòng)態(tài)形式，需要時(shí)出現(xiàn)，點(diǎn)過(guò)之后消失，不占用屏幕空間。主要形式：拉出式、彈出式、翻頁(yè)式、增大式。3)菜單的標(biāo)識(shí)有文本和圖標(biāo)兩種形式，通常結(jié)合起來(lái)使用。用戶界面的類型與設(shè)計(jì)(4)菜單設(shè)計(jì)菜單是一組功能、對(duì)象92用戶界面的類型與設(shè)計(jì)4)菜單的形狀一般為矩形。文本菜單呈扁矩形，圖標(biāo)菜單呈正方形，也有類似按鈕樣的圓形。5)菜單的選擇

目前，多用鼠標(biāo)這種指點(diǎn)式輸入設(shè)備選取。就文本菜單而言，還應(yīng)設(shè)置相應(yīng)熱鍵操作方式。為便于用戶判斷是否選中菜單項(xiàng)，應(yīng)設(shè)置選中的菜單項(xiàng)反向顯示，或帶亮色，或帶陰影邊框，使得選中菜單就像真的按動(dòng)按鍵那樣栩栩如生。用戶界面的類型與設(shè)計(jì)4)菜單的形狀一般為矩形。文本菜單934.4.2交互技術(shù)

人機(jī)交互的過(guò)程可分解為一系列基本操作，每種操作都是為完成某個(gè)特定的交互任務(wù)，歸納起來(lái)主要是定位、定量、定向、選擇、拾取、文本六項(xiàng)交互任務(wù)。交互技術(shù)是完成交互任務(wù)的手段，在很大程度上依賴于交互設(shè)備。1．定位技術(shù)

移動(dòng)光標(biāo)到滿意位置，指定一個(gè)坐標(biāo)。定位技術(shù)主要有：(a)用數(shù)字化儀或鼠標(biāo)控制光標(biāo)定位；(b)用鍵盤輸入定位坐標(biāo)值；(c)用定向鍵控制光標(biāo)定位。2．定量技術(shù)

交互過(guò)程中，輸入某個(gè)數(shù)值代表某個(gè)特定量的關(guān)系。最基本的方法就是直接鍵入數(shù)值。還有通過(guò)兩次定位轉(zhuǎn)換出所需量的技術(shù)。4.4.2交互技術(shù)人機(jī)交互的過(guò)程可分解為一944.4.2交互技術(shù)

3．定向技術(shù)

為坐標(biāo)系中圖形確定某個(gè)方向。4．選擇技術(shù)

主要指命令和選項(xiàng)的選擇。有四種方式：鼠標(biāo)移動(dòng)光標(biāo)選取選項(xiàng)；鍵入選項(xiàng)命令全稱或助記符形式執(zhí)行命令；按動(dòng)功能熱鍵執(zhí)行熱鍵驅(qū)動(dòng)的命令程序；語(yǔ)音控制選擇選項(xiàng)。5.拾取技術(shù)

圖形、字符等的拾取。6．文本技術(shù)

主要是確定字符串的內(nèi)容和長(zhǎng)度。7．橡皮筋技術(shù)

針對(duì)變形類圖形要求，動(dòng)態(tài)、連續(xù)地表現(xiàn)變形過(guò)程。8．拖動(dòng)技術(shù)

將形體在空間的移動(dòng)過(guò)程動(dòng)態(tài)、連續(xù)地表示出來(lái)。9．草圖技術(shù)

又稱徒手畫技術(shù)。4.4.2交互技術(shù)3．定向技術(shù)為坐標(biāo)系中圖形確定某954.4.3交互設(shè)計(jì)原則1．一致性與規(guī)格化設(shè)計(jì)2．反饋信息3．防錯(cuò)和改錯(cuò)功能4．提示和幫助信息5．用戶記憶量最小

4.4.3交互設(shè)計(jì)原則1．一致性與規(guī)格化設(shè)計(jì)964.3圖形變換

對(duì)于一個(gè)繪圖系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，不僅能用圖形基本元素的集合構(gòu)成復(fù)雜的二維靜態(tài)圖形．而且可以通過(guò)三維的幾何體來(lái)定義零件的空間模型，還可以令該模型圍繞任一指定的軸旋轉(zhuǎn)，以利于從某一最有利的角度去觀察它，對(duì)它進(jìn)行修改。軟件的這些功能是基于圖形變換的原理實(shí)現(xiàn)的。圖形變換是計(jì)算機(jī)繪圖的基礎(chǔ)內(nèi)容之一。4.3圖形變換對(duì)于一個(gè)繪圖系統(tǒng)來(lái)說(shuō)97

1．窗口

用戶可以在輸入的圖形上選定一個(gè)觀察區(qū)域。這個(gè)觀察區(qū)域被稱為窗口(window)。2．視區(qū)

在顯示窗口內(nèi)圖形時(shí)，可能占用整個(gè)屏幕，也可能設(shè)想屏上有一個(gè)方框，要顯示的圖形只出現(xiàn)在這個(gè)方框內(nèi)。那么，在圖形輸出設(shè)備上用來(lái)復(fù)制窗口內(nèi)容的矩形區(qū)域被稱為視區(qū)(Viewport)。視區(qū)也可以嵌套，還可以在同一物理設(shè)備上定義多個(gè)視區(qū)，分別作不同的應(yīng)用或分別顯示不同角度、不同對(duì)象的圖形。

4.3.1窗、視變換

1．窗口4.3.1窗、視變換98窗、視變換3.窗、視變換只有當(dāng)定義的視區(qū)大小與窗口大小相同，而且設(shè)備坐標(biāo)的度量單位與用戶坐標(biāo)的度量單位也相同時(shí)，二者的關(guān)系才是1：1的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而在絕大多數(shù)情況下，窗口與視口無(wú)論是單位還是大小都不相同。為了把選定的窗口內(nèi)容在希望的視區(qū)上表現(xiàn)出來(lái)，即將窗口內(nèi)某一點(diǎn)(XR，YR)畫在視區(qū)的指定位置時(shí)，必須進(jìn)行坐標(biāo)變換。窗、視變換3.窗、視變換99要將窗口內(nèi)的圖形正確無(wú)誤地從整體圖形中出來(lái)，需應(yīng)用圖形的“裁剪”技術(shù)。即對(duì)落在窗口邊框上的圖形進(jìn)行剪裁，僅保留窗口部分，從下圖可以看出，不同位置的線段被窗口邊界分成一段或幾段，但其中只有一段落在窗口內(nèi)，裁剪算法就是要找出落在窗口內(nèi)線段的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)。

圖形裁剪要將窗口內(nèi)的圖形正確無(wú)誤地從整體1004.3圖形變換

4.3.2二維圖形的幾何變換

1．基本原理

在二維平面中，任何一個(gè)圖形都可以認(rèn)為是點(diǎn)之間的連線構(gòu)成的，對(duì)一個(gè)圖形作變換，實(shí)際上就是對(duì)一系列點(diǎn)進(jìn)行變換。(1)點(diǎn)的表示

在二維平面內(nèi)，一個(gè)點(diǎn)通常用它的兩個(gè)坐標(biāo)(x,y)來(lái)表示，寫成矩陣形式則為：或

表示點(diǎn)的矩陣通常被稱為點(diǎn)的位置向量。以下將采用行向量來(lái)表示一個(gè)點(diǎn)。如有三角形的三個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)a(x1，y1)，b(x2，y2)，c(x3，y3)，用矩陣表示則記為：

4.3圖形變換4.3.2二維圖形的幾何變換101二維圖形的幾何變換(2)變換矩陣若[A]、[B]和[M]都是矩陣，且[A][M]＝[B]，這種一個(gè)矩陣[A]對(duì)另一個(gè)矩陣[M]施行乘法運(yùn)算而得出一個(gè)新矩陣[B]的方法，可被用來(lái)完成一個(gè)點(diǎn)或一組點(diǎn)的幾何變換。這里的[M]被稱為變換矩陣。(3)點(diǎn)的變換將點(diǎn)的坐標(biāo)(x,y)與變換矩陣[M]相乘，變換后點(diǎn)的坐標(biāo)記作(x’,y’)則：

可見(jiàn)，新點(diǎn)的位置取決于變量A、B、C、D的值。二維圖形的幾何變換(2)變換矩陣若[A]、[B]和[M102二維圖形的幾何變換2．變換類型

(1)比例變換當(dāng)B=C=0；A、D>0時(shí)，即時(shí)，產(chǎn)生比例變換。二維圖形的幾何變換2．變換類型103二維圖形的幾何變換

二維圖形的幾何變換104二維圖形的幾何變換(2)對(duì)稱變換（反射變換、鏡像變換）當(dāng)B=C=0；A、D不全為正時(shí)，產(chǎn)生對(duì)稱變換。

二維圖形的幾何變換(2)對(duì)稱變換（反射變換、鏡像變換）105二維圖形的幾何變換(3)錯(cuò)切變換當(dāng)A=D=1時(shí)，B、C不全為0時(shí)，產(chǎn)生錯(cuò)切變換。

二維圖形的幾何變換(3)錯(cuò)切變換當(dāng)A=D=1時(shí)，B、C106二維圖形的幾何變換(4)旋轉(zhuǎn)變換

繞原點(diǎn)(0，0)旋轉(zhuǎn)θ角度的變換可用下圖表示。A(x,y)A’(x,y)(0,0)(1)(2)(3)二維圖形的幾何變換(4)旋轉(zhuǎn)變換A(x,y)A’(107二維圖形的幾何變換用矩陣形式表示：

其中，為繞原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的角度，逆時(shí)針為正。二維圖形的幾何變換其中，為繞原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的角度，逆時(shí)針108二維圖形的幾何變換(5)平移變換由于2×2階變換矩陣不能實(shí)現(xiàn)平移，而平移變換又是計(jì)算機(jī)繪圖中非常需要的一種變換，為此，引入齊次坐標(biāo)的概念。

齊次坐標(biāo)就是將一個(gè)n維分向量用n十1維的分向量來(lái)表示。如把二維平面一個(gè)點(diǎn)P的直角坐標(biāo)表示成齊次坐標(biāo)時(shí)，則為：其中，h及W是不為零的一個(gè)全比例因子。由于采用齊次坐標(biāo)表示點(diǎn)，相應(yīng)的變換矩陣[M]也要變?yōu)?×3階矩陣：

二維圖形的幾何變換(5)平移變換由于2×2階變換矩陣109二維圖形的幾何變換當(dāng)A=D=S=1，B=C=P=Q=0，M、N不全為0時(shí)，即：產(chǎn)生平移變換。其中，M為X方向平移因子；N為Y方向平移因子。

二維圖形的幾何變換當(dāng)A=D=S=1，B=C=P=Q=0，M、110二維圖形的幾何變換3．復(fù)合變換

不難發(fā)現(xiàn)，上述介紹的諸種變換類型的變換矩陣都是有一定條件的，如旋轉(zhuǎn)、比例、錯(cuò)切、平移等都是相對(duì)于原點(diǎn)的變換矩陣，對(duì)稱則是相對(duì)于某個(gè)特定的軸或原點(diǎn)的對(duì)稱變換矩陣。而實(shí)際圖形變換常常是相對(duì)于任意點(diǎn)或線變換。解決這個(gè)問(wèn)題的思路是這樣的：先將任意點(diǎn)移向坐標(biāo)原點(diǎn)(任意線則移向與X或Y軸重合的位置)，再用前述變換矩陣加以變換，最后反向移回任意點(diǎn)(任意線移回原位)?？梢?jiàn)，這是經(jīng)過(guò)平移、某種變換、再平移的多次變換過(guò)程，而不僅僅是一種獨(dú)立的變換，故而稱為復(fù)合變換。二維圖形的幾何變換3．復(fù)合變換111二維圖形的幾何變換(1)圖形相對(duì)于任意點(diǎn)作旋轉(zhuǎn)變換用三種變換復(fù)合而成1)將旋轉(zhuǎn)中心移到原點(diǎn)(平移)；