包裝計算機輔助設(shè)計介紹經(jīng)典案例

包裝計算機輔助設(shè)計1PackagingCAD教學(xué)要求2PackagingCAD教學(xué)參考書3PackagingCAD考核上機實驗和作業(yè)：20%課程設(shè)計：10%考試〔閉卷〕：70%4PackagingCAD內(nèi)容提要第一局部綜述第二局部計算機圖形學(xué)根底第三局部AutoCAD2006第四局部ArtiosCAD6.025PackagingCADCAD是什么CAD的開展CAD的應(yīng)用怎樣學(xué)好CAD第一章綜述1.1關(guān)于CAD6PackagingCAD

CG=Computer

Graphics

CAD=Computer

Aided

Design

CAD=Computer

Aided

Drawing

CAM=Computer

Aided

ManufacturingCAPP=Computer

Aided

ProcessPlaning1.1.1WhatisCAD1.1關(guān)于CADAcronyms/Vocabulary7PackagingCADDesignProcessConventionaldesignprocessRecognitionofneedProblemdefinition(initialdesign)GenerationorSynthesisAnalysisandOptimizationEvaluationManufacturingServiceability

PresentationInitialtesdesignactivities(form:discoveryofadysfunctionalsystemneedfornewproducts)SpecificationofentitieswhichwillbedesignedPhysicalandfunctionalcharacteristicsoftheproductOperatingprincipleandservicelifeConceptionphaseGenerationofalternativedesignsImprovementofdesignsbasedontheanalysisconstraints

Evaluationofdesigns(non-violationoftheestablishedconstraintsattheproblemdefinitionstage)Engineeringdocuments(directtoprocessplanning)1.1關(guān)于CAD

1.1.1WhatisCAD8PackagingCADTheRoleofComputerintheDesignProcessProblemdefinitionSuggestanexistingdesignSearchforstandardcomponentsandmanufacturingprocessesGeometricmodelingComputablemathematicaldescriptionofanobjectDisplaytheobject’simageAnimatetheobjecttoshowitsoperatingcharateristicsEngineeringanalysisFiniteelementmodelingCalculationstodeterminedynamicperformanceofthedesignPowerconsumption,heattransfer,wear,etc.DesignevaluationAutomateddrafting1.1關(guān)于CAD

1.1.1WhatisCAD10PackagingCAD1.1關(guān)于CAD

1.1.1WhatisCAD

CG=ComputerGraphics計算機圖形學(xué)定義：計算機圖形學(xué)是研究怎樣用數(shù)字計算機生成、處理和顯示圖形的一門學(xué)科。計算機圖形學(xué)是計算機科學(xué)中，最為活潑、得到廣泛應(yīng)用的分支之一。計算機圖形學(xué)為計算機圖形圖像的研究和應(yīng)用提供理論根底。計算機繪圖〔CG:ComputerGraph〕那么是應(yīng)用圖形學(xué)理論實現(xiàn)圖形顯示、圖形處理以及借助圖形信息進行人機通訊的一門學(xué)科。11PackagingCAD圖形及構(gòu)成圖形的要素圖形：計算機圖形學(xué)的研究對象能在人的視覺系統(tǒng)中產(chǎn)生視覺印象的客觀對象包括自然景物、拍攝到的圖片、用數(shù)學(xué)方法描述的圖形等等構(gòu)成圖形的要素幾何要素：刻畫對象的輪廓、形狀等非幾何要素：刻畫對象的顏色、材質(zhì)等1.1關(guān)于CAD

1.1.1WhatisCAD12PackagingCAD計算機中表示圖形的方法點陣表示枚舉出圖形中所有的點(強調(diào)圖形由點構(gòu)成)簡稱為圖像〔數(shù)字圖像〕參數(shù)表示由圖形的形狀參數(shù)(方程或分析表達式的系數(shù)，線段的端點坐標(biāo)等)+屬性參數(shù)(顏色、線型等)來表示圖形。簡稱為圖形圖形主要分為兩類：－－基于線條信息表示－－明暗圖(Shading)1.1關(guān)于CAD

1.1.1WhatisCAD13PackagingCAD

計算機圖形學(xué)的研究內(nèi)容1.1關(guān)于CAD

1.1.1WhatisCAD14PackagingCAD與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系數(shù)字圖像數(shù)據(jù)模型圖像生成〔計算機圖形學(xué)〕模型〔特征〕提取〔計算機視覺，模式識別〕模型變換〔計算幾何〕圖像變換〔圖像處理〕開展特點:交叉、界線模糊、相互滲透1.1關(guān)于CAD

1.1.1WhatisCAD15PackagingCADCAD〔ComputerAidedDesign〕幾何形體在計算機中的表示分析、研究怎樣靈活方便地建立幾何形體的數(shù)學(xué)模型，提高算法效率，在計算機內(nèi)更好地存儲和管理這些模型等。研究曲線、曲面的表示、生成、拼接、數(shù)據(jù)擬合。1.1關(guān)于CAD

1.1.1WhatisCADCAGD〔ComputerAidedGeometricDesign〕16PackagingCADAdvantagesofCADQuality-high

Revisions-easy

Speed-quick

Informationdatabase-complete

Enablesanalysis-power1.1關(guān)于CAD

1.1.1WhatisCAD17PackagingCAD圖象處理研究如何對一幅連續(xù)圖像取樣、量化以產(chǎn)生數(shù)字圖像，如何對數(shù)字圖像做各種變換以方便處理，如何濾去圖像中的無用噪聲，如何壓縮圖像數(shù)據(jù)以便存儲和傳輸，圖像邊緣提取，特征增強和提取。1.1關(guān)于CAD

1.1.1WhatisCAD18PackagingCAD計算機視覺和模式識別圖形學(xué)的逆過程，分析和識別輸入的圖像并從中提取二維或三維的數(shù)據(jù)模型〔特征〕。手寫體識別、機器視覺。1.1關(guān)于CAD

1.1.1WhatisCAD19PackagingCAD歷史追溯硬件開展圖形顯示器的開展圖形輸入設(shè)備的開展圖形軟件及軟件標(biāo)準(zhǔn)的開展1.1.2開展歷史1.1關(guān)于CAD

20PackagingCAD歷史追溯50年代1950年，第一臺圖形顯示器作為美國麻省理工學(xué)院〔MIT〕旋風(fēng)I號〔WhirlwindI〕計算機的附件誕生了1958年，美國Calcomp公司由聯(lián)機的數(shù)字記錄儀開展成滾筒式繪圖儀，GerBer公司把數(shù)控機床開展成為平板式繪圖儀50年代末期，MIT的林肯實驗室在“旋風(fēng)〞計算機上開發(fā)SAGE空中防御體系1.1關(guān)于CAD

1.1.2開展歷史21PackagingCAD1.1關(guān)于CAD

1.1.2開展歷史歷史追溯22PackagingCAD1.1關(guān)于CAD

1.1.2開展歷史歷史追溯23PackagingCAD1.1關(guān)于CAD

1.1.2開展歷史歷史追溯24PackagingCAD80年代1980年Whitted提出了一個光透視模型-Whitted模型，并第一次給出光線跟蹤算法的范例，實現(xiàn)Whitted模型1984年，美國Cornell大學(xué)和日本廣島大學(xué)的學(xué)者分別將熱輻射工程中的輻射度方法引入到計算機圖形學(xué)中圖形硬件和各個分支均在這個時期飛速開展1.1關(guān)于CAD

1.1.2開展歷史歷史追溯25PackagingCAD1.1關(guān)于CAD

1.1.2開展歷史歷史追溯26PackagingCAD硬件開展圖形顯示器的開展圖形顯示器是計算機圖形學(xué)中關(guān)鍵的設(shè)備1.1關(guān)于CAD

1.1.2開展歷史60年代中期：畫線顯示器〔亦稱矢量顯示器〕需要刷新。設(shè)備昂貴，限制普及60年代后期：存儲管式顯示器不需刷新，價格較低，缺點是不具有動態(tài)修改圖形功能，不適合交互式。27PackagingCAD1.1關(guān)于CAD

1.1.2開展歷史硬件開展28PackagingCAD圖形顯示設(shè)備的開展畫線顯示器〔矢量顯示器/隨機掃描顯示器〕存儲管式顯示器刷新式光柵掃描顯示器1.1關(guān)于CAD

1.1.2開展歷史硬件開展29PackagingCAD第一階段：控制開關(guān)、穿孔紙等等第二階段：鍵盤第三階段：二維定位設(shè)備，如鼠標(biāo)、光筆、圖形輸入板、觸摸屏等等，語音第四階段：三維輸入設(shè)備〔如空間球、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣〕，用戶的手勢、表情等等第五階段：用戶的思維1.1關(guān)于CAD

1.1.2開展歷史硬件開展圖形輸入設(shè)備的開展30PackagingCAD31PackagingCAD圖形軟件開展及軟件標(biāo)準(zhǔn)形成三種類型的計算機圖形軟件系統(tǒng)：

(1)用某種語言寫成的子程序包

GKS(GraphicsKernelSystem計算機圖形核心系統(tǒng))

PHIGS(Programmer’sHerarchicalInteractiveGraphicssystem程序員層次交互式圖形系統(tǒng))

GL(GraphicsLibrary)

便于移植和推廣、但執(zhí)行速度相對較慢，效率低

(2)擴充計算機語言，使其具有圖形生成和處理的功能

如：TurboPascal、TurboC、VC++、AutoLisp等。簡練、緊湊、執(zhí)行速度快，但可移植性差(3)專用圖形系統(tǒng)效率高，但系統(tǒng)開發(fā)量大，可移植性差。

1.1關(guān)于CAD

1.1.2開展歷史32PackagingCAD開展歷程諸侯割據(jù)標(biāo)準(zhǔn)討論標(biāo)準(zhǔn)形成圖形軟件開展及軟件標(biāo)準(zhǔn)的形成1.1關(guān)于CAD

1.1.2開展歷史33PackagingCAD通用的、與設(shè)備無關(guān)的圖形包，圖形標(biāo)準(zhǔn)GKS(第一個官方標(biāo)準(zhǔn)，1977)PHIGS一些非官方圖形軟件，廣泛應(yīng)用于工業(yè)界，成為事實上的標(biāo)準(zhǔn)DirectX(MS)Xlib(X-Window系統(tǒng))OpenGL(SGI)Adobe公司Postscript開放式、高效率的開展趨勢圖形軟件開展及軟件標(biāo)準(zhǔn)的形成1.1關(guān)于CAD

1.1.2開展歷史34PackagingCAD1.1.3CAD的應(yīng)用計算機輔助設(shè)計與制造〔CAD/CAM〕計算機圖形學(xué)在工業(yè)界最廣泛、最活潑的應(yīng)用領(lǐng)域飛機、汽車、船舶的外形的設(shè)計發(fā)電廠、化工廠等的布局土木工程、建筑物的設(shè)計電子線路、電子器件的設(shè)計設(shè)計結(jié)果直接送至后續(xù)工藝進行加工處理，如波音777飛機的設(shè)計和加工過程1.1關(guān)于CAD

35PackagingCAD奧迪效果圖和線框圖36PackagingCAD

1.1.3CAD應(yīng)用1.1關(guān)于CAD

計算機輔助設(shè)計與制造(CAD/CAM)37PackagingCAD工程圖及其三維重建結(jié)果11.1關(guān)于CAD

1.1.3

CAD應(yīng)用計算機輔助設(shè)計與制造(CAD/CAM)38PackagingCAD工程圖及其三維重建結(jié)果2計算機輔助設(shè)計與制造(CAD/CAM)1.1關(guān)于CAD

1.1.3

CAD應(yīng)用39PackagingCADCurveandSurfaceModeling

inComputer-AidedDesign(CAD)123456781.1關(guān)于CAD

1.1.3

CAD應(yīng)用40PackagingCADPhotorealisticIlluminationModels1.1關(guān)于CAD

1.1.3

CAD應(yīng)用41PackagingCADFractalSystems1.1關(guān)于CAD

1.1.3

CAD應(yīng)用42PackagingCADInformationVisualizationVisibleDecisionsSeeIT ()1.1關(guān)于CAD

1.1.3

CAD應(yīng)用43PackagingCAD可視化1.1關(guān)于CAD

1.1.3

CAD應(yīng)用44PackagingCAD1.1關(guān)于CAD

1.1.3

CAD應(yīng)用45PackagingCAD真實感圖形實時繪制與自然景物仿真計算機中重現(xiàn)真實世界的場景叫做真實感繪制真實感繪制的主要任務(wù)是模擬真實物體的物理屬性，簡單的說就是物體的形狀，光學(xué)性質(zhì)，外表的紋理和粗糙程度，以及物體間的相對位置，遮擋關(guān)系等等1.1關(guān)于CAD

1.1.3

CAD應(yīng)用46PackagingCAD真實感圖形實時繪制與自然景物仿真光照模型簡單光照模型局部光照模型整體光照模型繪制方法光線跟蹤輻射度加速算法包圍體樹、自適應(yīng)八叉樹等等1.1關(guān)于CAD

1.1.3

CAD應(yīng)用47PackagingCAD地理信息系統(tǒng)〔GIS〕建立在地理圖形之上的關(guān)于各種資源的綜合信息管理系統(tǒng)數(shù)字地球，地形數(shù)據(jù)作為載體，〔70％〕全球信息化.軍事，政府決策，旅游，資源調(diào)查。

1.1關(guān)于CAD

1.1.3

CAD應(yīng)用48PackagingCAD數(shù)字地球：1998年1月31日美國副總統(tǒng)戈爾在洛杉機加利福尼亞科學(xué)中心召開的地理信息系統(tǒng)年會上提出了這一設(shè)想。比方，可以設(shè)想一個小孩來到地方博物館的一個數(shù)字地球陳列室，當(dāng)他戴上頭盔顯示器，她將看到就象是出現(xiàn)在空中的地球。使用“數(shù)據(jù)手套〞，她開始放大景物，伴隨越來越高的分辨率，她會看到大洲，隨之是區(qū)域、國家、城市、最后是房屋、樹木以及其它各種自然和人造物體。在發(fā)現(xiàn)自己特別感興趣的某地塊時，她可乘上“魔毯〞，即通過地面三維圖象顯示去深入查看。當(dāng)然，地塊信息只是她可以了解的多種信息中的一種。使用數(shù)字地球系統(tǒng)的聲音識別裝置，小孩還可以詢問有關(guān)的土地覆蓋、植物和動物種類的分布、實時的氣候、道路、行政區(qū)線，以及人口等方面的信息。在這里，她還可以看到自己以及世界各地的學(xué)生們?yōu)椤叭蚬こ台暿占沫h(huán)境信息。這些信息可以無縫地融入數(shù)字地圖或地面數(shù)據(jù)里。用數(shù)據(jù)手套向超連接局部敲擊，她還可以獲得更多的有關(guān)她所見物體的信息。比方，為了準(zhǔn)備全家去國家黃石公園渡假，她籌劃一個完美的步行旅游，去觀看剛從書中讀到的噴泉、北美野牛和巨角巖羊。甚至在離開她家鄉(xiāng)的地方博物館之前，她就可以把要去步行旅游的地方從頭到尾地瀏覽一遍。1.1關(guān)于CAD

1.1.3

CAD應(yīng)用49PackagingCAD娛樂1.1關(guān)于CAD

1.1.3

CAD應(yīng)用50PackagingCAD多媒體在計算機控制下，對多種媒體信息進行生成、操作、表現(xiàn)、存儲、通信、或集成的信息系統(tǒng)，其中媒體至少應(yīng)包括一種“連續(xù)媒體〞及一種“離散媒體〞計算機處理的常見媒體：文本、圖形、圖像、語音、音頻、視頻、動畫特點：媒體的多樣性、操作的交互性、系統(tǒng)的集成性CAI，教學(xué)娛樂。1.1關(guān)于CAD

1.1.3

CAD應(yīng)用51PackagingCADVirtualReality〔虛擬現(xiàn)實、靈境〕1.1關(guān)于CAD

1.1.3

CAD應(yīng)用52PackagingCAD當(dāng)前研究熱點當(dāng)前研究熱點真實感圖形實時繪制物體網(wǎng)格模型的面片簡化：對網(wǎng)格面片表示的模型，在一定誤差的精度范圍內(nèi)，刪除點、邊、面，從而簡化所繪制場景的復(fù)雜層度，加快圖形繪制速度基于圖象的繪制(IBR，ImageBasedRendering)：完全摒棄傳統(tǒng)的先建模，然后確定光源的繪制的方法。它直接從一系列的圖象中生成未知視角的圖象，適用于野外極其復(fù)雜場景的生成和漫游1.1關(guān)于CAD

1.1.3

CAD應(yīng)用53PackagingCAD1.1關(guān)于CAD

1.1.3

CAD應(yīng)用54PackagingCAD由清華大學(xué)自然景物平臺生成的野外場景1.1關(guān)于CAD

1.1.3

CAD應(yīng)用55PackagingCAD日本YoshinoriDobashi等人繪制的真實感云1.1關(guān)于CAD

1.1.3

CAD應(yīng)用56PackagingCADXfrog3.0生成的挪威云杉1.1關(guān)于CAD

1.1.3

CAD應(yīng)用57PackagingCAD遠程醫(yī)療與診斷遠程導(dǎo)航與維修遠程教育1.1關(guān)于CAD

1.1.3

CAD應(yīng)用58PackagingCAD計算機動畫計算機動畫計算機動畫近十多年來取得了很大的開展，已滲透到人們生活的各個角落商業(yè)廣告、影視特技/片頭、動畫片教育、軍事、飛行模擬等分類二維動畫 圖象變形形狀混合三維動畫關(guān)鍵幀動畫變形物體的動畫過程動畫關(guān)節(jié)動畫與人體動畫1.1關(guān)于CAD

1.1.3

CAD應(yīng)用59PackagingCAD基于特征的圖象變形〔貓變虎〕1.1關(guān)于CAD

1.1.3

CAD應(yīng)用60PackagingCAD我國第一部利用計算機輔助攝制的動畫片是?咪咪釣魚?，1991年由北方工業(yè)大學(xué)和北京電視臺合作制作，以二維動畫為主。用386微機和C語言編程，利用數(shù)字化儀和攝象機產(chǎn)生關(guān)鍵幀，再由計算機在相鄰兩幅關(guān)鍵幀之間內(nèi)插生成中間幀，并自動跟蹤上色。多層畫面疊加在一起，形成完整的畫面。10分鐘的片子，5人小組花了10個月時間。1.1關(guān)于CAD

1.1.3

CAD應(yīng)用61PackagingCAD1.1關(guān)于CAD

1.1.3

CAD應(yīng)用62PackagingCAD1.1關(guān)于CAD

1.1.3

CAD應(yīng)用63PackagingCAD1.1關(guān)于CAD

1.1.3

CAD應(yīng)用64PackagingCAD1.1關(guān)于CAD

1.1.3

CAD應(yīng)用65PackagingCAD1.1關(guān)于CAD

1.1.3

CAD應(yīng)用66PackagingCADGeorgesWinkenb1ach繪制的壺和碗(Siggraph’96)1.1關(guān)于CAD

1.1.3

CAD應(yīng)用67PackagingCADSalisbury繪制的茶壺(Siggraph’97)1.1關(guān)于CAD

1.1.3

CAD應(yīng)用68PackagingCADSalisbury繪制的熊(Siggraph’97)1.1關(guān)于CAD

1.1.3

CAD應(yīng)用69PackagingCADOliverDeussen繪制的素描樹(Siggraph’2000)1.1關(guān)于CAD

1.1.3

CAD應(yīng)用70PackagingCADShrek,2001PDI/Dreamworks1.1關(guān)于CAD

1.1.3

CAD應(yīng)用71PackagingCADReal-timeRenderingMovieExample1MovieExample21.1關(guān)于CAD

1.1.3

CAD應(yīng)用72PackagingCADDevelopmentofCAD-HighlightsMostsignificantdevelopment1962-1963Ph.DThesis“sketchpad,aManMachineGraphicalCommunicationSystem〞1982–AutoCAD1985–Pro/E1993-SolidworksIvanSutherland(MIT)73PackagingCADCADSystemConfigurationCPU

Memory

Graphicscard

Hard