計(jì)算機(jī)輔助制造CAD CAM 課件

1、第3章圖形技術(shù)基礎(chǔ),1,第3章 圖形技術(shù)基礎(chǔ),主要內(nèi)容,坐標(biāo)系,圖形變換,窗口-視區(qū)變換,交互技術(shù),1,2,3,4,用戶界面,5,1、坐標(biāo)系,在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中，主要使用的是直角坐標(biāo)系(笛卡爾坐標(biāo)系)。坐標(biāo)系根據(jù)點(diǎn)在屏幕上的水平位置(x)和垂直位置(y)來確定像素點(diǎn)，通過給出與唯一位置對(duì)應(yīng)的兩個(gè)值指定位置。 一般常用的坐標(biāo)系有設(shè)備坐標(biāo)系、用戶坐標(biāo)系、規(guī)范坐標(biāo)系、窗口坐標(biāo)系等。實(shí)際使用時(shí)，不同的坐標(biāo)系有不同的坐標(biāo)原點(diǎn)、坐標(biāo)向量和取值范圍，不同的處理場合應(yīng)使用相應(yīng)的坐標(biāo)系。,(1)設(shè)備坐標(biāo)系 DC(Device Coordinate System),在設(shè)備這一級(jí)，往往使用的是與設(shè)備的物理參數(shù)有關(guān)的設(shè)

2、備坐標(biāo)系，如:圖形顯示器使用屏幕坐標(biāo)系，繪圖儀則使用繪圖坐標(biāo)系。設(shè)備坐標(biāo)系的單位是像素或繪圖筆的步長，一般取整數(shù)，且有固定的取值范圍。,在屏幕坐標(biāo)系下，值得注意的是坐標(biāo)系中的y軸方向與一般笛卡爾坐標(biāo)系y軸的方向正好相反，這種約定與光柵掃描的方式一致。此外，掃描零線與屏幕的頂部相對(duì)應(yīng)，這在數(shù)學(xué)上是一個(gè)令人遺憾的選擇。,(2)用戶坐標(biāo)系,用戶坐標(biāo)系也稱世界坐標(biāo)系,它是用戶處理自己的圖形時(shí)所采用的原始的坐標(biāo)系，是應(yīng)用程序中用于對(duì)預(yù)定顯示對(duì)象的幾何定義的坐標(biāo)系。,通常使用的是以右手定則的直角坐標(biāo)系(二維或三維)，坐標(biāo)系的單位由用戶自行確定，可以是毫米、英尺、米、公里等等，一般使用實(shí)數(shù)，取值范圍并無限制

3、。用戶常使用這個(gè)坐標(biāo)系來描述圖形數(shù)據(jù)。,用戶坐標(biāo)系與設(shè)備坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換,用戶坐標(biāo)系中的原始對(duì)象要經(jīng)過坐標(biāo)變換等處理后，才能變成顯示于屏幕的圖像,要把用戶坐標(biāo)系上的(x，y)變成設(shè)備坐標(biāo)系上的相應(yīng)坐標(biāo)值(X，Y)，可用以下的公式進(jìn)行坐標(biāo)變換：,然后對(duì)X和Y取整即可。式中的 Xmax、Ymax分別是在設(shè)備坐標(biāo)系中屏幕右下角的坐標(biāo)值； xmax、ymax分別是在用戶坐標(biāo)系中屏幕的右上角的坐標(biāo)值。,（31）,(3)規(guī)范坐標(biāo)系NDC (Normalization Device Coordinate System),有時(shí)為了擺脫對(duì)具體物理設(shè)備的依賴，便于在不同應(yīng)用和不同系統(tǒng)之間進(jìn)行圖形信息的交換，可以采用某

4、種中間坐標(biāo)系，它將坐標(biāo)值規(guī)定在某個(gè)范圍內(nèi)，如把坐標(biāo)取值范圍規(guī)定在0，1區(qū)間內(nèi)，這樣的坐標(biāo)系稱為規(guī)格化設(shè)備坐標(biāo)系。以規(guī)范坐標(biāo)系坐標(biāo)表示的圖形，在任何設(shè)備空間中都能處于相同的相對(duì)位置。,(4)窗口坐標(biāo)系,在用戶坐標(biāo)系中的圖形如果太復(fù)雜，很可能無法在屏幕上完整或清晰地顯示整幅圖形。為了滿足研究和觀察局部圖形的要求，往往要用一個(gè)被稱為窗口的矩形把要觀察的部分框起來，而且屏幕上只顯示矩形框內(nèi)的內(nèi)容。為了使程序員有效地使用窗口，每個(gè)窗口都是以其自己的坐標(biāo)系為參照的。這一類坐標(biāo)系稱為窗口坐標(biāo)系。,2、圖形變換,2.1二維圖形的幾何變換 點(diǎn)是構(gòu)成幾何形體的基本要素，在二維平面中，任何一個(gè)圖形都可以認(rèn)為是點(diǎn)之間

5、的連線構(gòu)成的。對(duì)于一個(gè)圖形作幾何變換，實(shí)際上就是對(duì)一系列點(diǎn)進(jìn)行變換。 將二維空間的任意點(diǎn)P（x, y)變換到一個(gè)新的位置P1（x1, y1）,其一般數(shù)學(xué)表達(dá)式為：,(3-2),將上式用矩陣表示，則有：,令：,并稱之為變換矩陣。,變換矩陣也可以實(shí)現(xiàn)一組點(diǎn)的幾何變換,如,（1）變換類型,1）比例變換 當(dāng)b=c=0,a、d0時(shí)，,稱該變換為比例變換。,當(dāng)b=c=0,a、d1時(shí)，為恒等變換； 當(dāng)b=c=0,ad時(shí)，為位似變換； 當(dāng)b=c=0,a、d1時(shí)，為放大變換； 當(dāng)b=c=0,a、d1時(shí)，為縮小變換； 當(dāng)b=c=0,ad時(shí)，為不等比例變換；,a)位似放大變換,b)不等比例放大變換,2）對(duì)稱變換,對(duì)

6、稱變換又稱為鏡像，指圖形變換前后對(duì)稱于某一特定直線(如坐標(biāo)軸)或特定的點(diǎn)(如坐標(biāo)原點(diǎn))。,關(guān)于x軸的對(duì)稱變換 當(dāng)x1=x，y1=-y時(shí)，為對(duì)x軸的對(duì)稱變換，變換矩陣為,關(guān)于y軸的對(duì)稱變換 當(dāng)x1=x，y1=-y時(shí)，為對(duì)x軸的對(duì)稱變換，變換矩陣為,關(guān)于直線y=x的對(duì)稱變換 當(dāng)x1=y，y1=x時(shí)，為對(duì)直線y=x的對(duì)稱變換，變換矩陣為,關(guān)于坐標(biāo)原點(diǎn)的對(duì)稱變換 當(dāng)x1=為x，y1=-y時(shí)，為對(duì)x軸的對(duì)稱變換，變換矩陣為,關(guān)于直線y=-x的對(duì)稱變換 當(dāng)x1=-y，y1=-x時(shí)，為對(duì)直線y=-x的對(duì)稱變換，變換矩陣為,3）錯(cuò)切變換,錯(cuò)切變換，指圖形沿某軸方向的坐標(biāo)發(fā)生變化，而與之垂直方向軸的坐標(biāo)值不變，

7、使圖形產(chǎn)生特定方向的變化。錯(cuò)切變換有沿x軸和沿y軸錯(cuò)切兩種形式。,沿x軸的錯(cuò)切 當(dāng)沿x軸的錯(cuò)切時(shí)，有x1=xx，y1=y，對(duì)應(yīng)的變換矩陣為,沿y軸的錯(cuò)切 當(dāng)沿y軸的錯(cuò)切時(shí)，有x1=x，y1=y y ，對(duì)應(yīng)的變換矩陣為,注意：當(dāng)沿坐標(biāo)軸正向做錯(cuò)切時(shí)，b、c取正值，否則取負(fù)值。,4）旋轉(zhuǎn)變換,旋轉(zhuǎn)變換，指將平面上任意一點(diǎn)繞原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)角，一般規(guī)定逆時(shí)針方向?yàn)檎槙r(shí)針方向?yàn)樨?fù)。如下圖示可推出旋轉(zhuǎn)變換矩陣,（2）齊次坐標(biāo),齊次坐標(biāo)(Homogeneous Coordinate)技術(shù)是從幾何學(xué)中發(fā)展起來的，隨后在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中得到了廣泛應(yīng)用。利用齊次坐標(biāo)可以將平移、旋轉(zhuǎn)、比例、投影等幾何變換統(tǒng)一到矩陣的乘

8、法上來，從而為圖形變換的計(jì)算機(jī)處理提供了方便。 從廣義上講，齊次坐標(biāo)就是用(n+1)維矢量表示n維矢量，即將n維空間的點(diǎn)用(n+1)維坐標(biāo)表示。例如，一般笛卡爾坐標(biāo)系中的二維點(diǎn)矢量x y可用齊次坐標(biāo)表示為Hx Hy H,其中最后一維坐標(biāo)是一個(gè)標(biāo)量，稱此為比例因子。因此只要給出某一點(diǎn)的齊次坐標(biāo)X Y H,就可以求得其二維笛卡爾坐標(biāo)，即,注意：在齊次坐標(biāo)中當(dāng)H0而X和Y不都為零時(shí)，齊次坐標(biāo)可用來表示無窮遠(yuǎn)的點(diǎn)。而當(dāng)齊次坐標(biāo)中的元素均為零時(shí)沒有意義。,（3）齊次坐標(biāo)下的二維圖形變換,采用齊次坐標(biāo)技術(shù)可用一個(gè)統(tǒng)一的33矩陣來描述包括平移在內(nèi)的全部二維圖形變換，即,改變T中元素的取值就可得到不同的變換形

9、式。,1)平移變換 平移變換使二維圖形由原坐標(biāo)位置平移到另一位置，圖形自身形狀和方位無變化。其變換矩陣為：,平移變換為,2)以原點(diǎn)為中心的旋轉(zhuǎn)變換矩陣為：,其對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)變換矩為：,3)以原點(diǎn)為中心的比例變換矩陣為：,以原點(diǎn)為中心的比例變換為：,4)錯(cuò)切變換矩陣為：,當(dāng)b=0，c0時(shí)為沿x軸的錯(cuò)切；當(dāng)b0 ，c=0時(shí)為沿y軸的錯(cuò)切,5)對(duì)稱變換矩陣為：,當(dāng)a=1、d=-1時(shí)，相對(duì)于x軸做對(duì)稱變換； 當(dāng)a=-1、d=1時(shí)，相對(duì)于y軸做對(duì)稱變換； 當(dāng)a=-1、d=-1時(shí)，相對(duì)于坐標(biāo)原點(diǎn)做對(duì)稱變換；,(4)二維變換矩陣的功能分塊,（5）二維復(fù)合變換,在實(shí)際應(yīng)用中，有時(shí)要對(duì)圖形進(jìn)行連續(xù)多次基本變換才能滿

10、足要求，這種由多個(gè)基本變換組成的復(fù)雜變換稱為復(fù)合變換(級(jí)聯(lián)變換)。 復(fù)合變換的基本原理是矩陣乘法的結(jié)合律，假設(shè)已知點(diǎn)P經(jīng)過T1、 T2、 T3 3個(gè)幾何變換，變換到新的位置P1，則 P1=(PT1)T2)T3 運(yùn)用矩陣結(jié)合律，可得到 P1=P(T1T2T3) 于是得組合變換的復(fù)合變換矩陣為 Tc=T1T2T3,由于矩陣相乘不滿足交換率，因此，復(fù)合變換時(shí)，矩陣相乘是有順序的，先變換的矩陣位于連乘式的左端，后變換的矩陣位于連乘式的右端。 但對(duì)于一些特殊的圖形變換情況，兩個(gè)變換矩陣相乘是可以交換順序的。,也就是,2.2三維圖形的幾何變換,三維幾 何變換,二維齊次坐標(biāo), x y 1 ,一、平移變換,平

11、移變換使形體在三維空間產(chǎn)生平移，但形狀和大小不變。設(shè)形體在空間3個(gè)坐標(biāo)軸方向上分別平移了tx、ty、tz,則其平移變換矩陣為,空間點(diǎn)P(x,y,z)平移變換到點(diǎn)P1(x1,y1,z1)的變換為,二、相對(duì)于原點(diǎn)的比例變換,設(shè)形體在空間3個(gè)坐標(biāo)軸方向上變換的比例因子分別是sx、sy、sz,則其相對(duì)于坐標(biāo)原點(diǎn)的比例變換矩陣為,空間點(diǎn)P(x,y,z)相對(duì)于坐標(biāo)原點(diǎn)做比例變換到點(diǎn)P1(x1,y1,z1)的變換為,三、對(duì)稱變換,四、相對(duì)坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)變換,三維空間的形體可在右手坐標(biāo)系中描述，也可以在左手坐標(biāo)系中描述。當(dāng)采用右手坐標(biāo)系時(shí)，旋轉(zhuǎn)正方向規(guī)定為從旋轉(zhuǎn)軸的正端向坐標(biāo)原點(diǎn)看時(shí)的逆時(shí)針方向，如下圖示。當(dāng)形

12、體不動(dòng)坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)時(shí)，則方向相反；而采用左手坐標(biāo)系時(shí)，旋轉(zhuǎn)角度正方向的規(guī)定與上述規(guī)定相反。,1）繞X軸的旋轉(zhuǎn)變換,變換矩陣,變換過程,2）繞y軸的旋轉(zhuǎn)變換,變換矩陣,變換過程,3）繞z軸的旋轉(zhuǎn)變換,變換矩陣,變換過程,五、 錯(cuò)切變換,與二維類似，指圖形沿X，Y，Z三個(gè)方向的錯(cuò)切變換，它是畫斜軸側(cè)圖的基礎(chǔ)。其變換矩陣的一般形式為,式中rij決定三維圖形錯(cuò)切變換的形式，如下表示,6) 三維變換矩陣的功能分塊,線性變換,透視變換,平移變換,整體比例因子,7) 三維圖形的復(fù)合變換,a)相對(duì)空間任意點(diǎn)Pr的比例變換,（1）平移坐標(biāo)系，使原點(diǎn)Pr重合,（2）以Pr點(diǎn)為中心進(jìn)行比例變換,（3）移回坐標(biāo)系,變換

13、完成,變換公式推導(dǎo),b)繞過坐標(biāo)原點(diǎn)任意軸的旋轉(zhuǎn)變換 如下圖所示，求過原點(diǎn)任意軸OA旋轉(zhuǎn)角的三維旋轉(zhuǎn)變換矩陣,繞X軸旋轉(zhuǎn)角,繞坐標(biāo)系Y軸旋轉(zhuǎn)角,繞坐標(biāo)系Z軸旋轉(zhuǎn)角,繞Y軸旋轉(zhuǎn)-角,繞坐標(biāo)系X軸旋轉(zhuǎn)- 角,因?yàn)轱@示器和繪圖儀只能用二維空間來表示圖形，要顯示三維形體就要用投影方法來降低其維數(shù)。為了能對(duì)三維對(duì)象作透視投影，先要在三維空間給定一個(gè)投影平面和視點(diǎn)。從視點(diǎn)發(fā)出的所有通過對(duì)象的射線和投影平面的交點(diǎn)形成了對(duì)象的透視投影，如圖3-11(a)所示，由于三維空間中直線的投影還是直線，只要找到直線段兩個(gè)端點(diǎn)的投影，再把兩個(gè)投影點(diǎn)連接起來，所得線段便是原來線段的投影。如果把視點(diǎn)移動(dòng)到無窮遠(yuǎn)處，這時(shí)從視點(diǎn)

14、發(fā)出的通過三維形體的射線成為平行線，工程上稱這種投影為平行投影。如圖3-11(b)為形體的平行投影。,2.3三維形體的投影變換,(1)投影變換的概念,1)投影變換的原理 投影是用一組假想光線將空間形體投射到投影面上而得到的平面圖形，三維物體變換成二維圖形表示的過程稱為投影變換。如圖3-11所示，從投影中心到物體上某點(diǎn)的連線(或延長線)與一平面的交點(diǎn)，就是該點(diǎn)在這個(gè)平面上的投影點(diǎn)，這個(gè)線稱為投影線，這個(gè)平面稱為投影平面。一個(gè)物體的所有投影點(diǎn)集合就是它在此投影面上的二維投影圖形，簡稱投影。,圖3-11 透視投影與平行投影,2)投影變換的分類 投影變換的分類下圖所示。各類投影各有不同的特點(diǎn)和用途。,

15、透視投影 透視投影中心到投影面的距離有限，形成人們視覺習(xí)慣上有立體透視效果的投影，即透視投影。透視投影真實(shí)感強(qiáng)，用于計(jì)算機(jī)繪圖軟件中可生成以假亂真的虛擬現(xiàn)實(shí)場景。投影面直接影響立體透視效果，改變投影面與坐標(biāo)軸的相對(duì)位置可生成三種不同的透視投影圖。 a)一點(diǎn)透視：投影面與一個(gè)坐標(biāo)軸正交，與另兩個(gè)平行； b)二點(diǎn)透視：投影面與兩個(gè)坐標(biāo)軸相交，與另一個(gè)平行； c)三點(diǎn)透視：投影面與三個(gè)坐標(biāo)軸都相交。,平行投影 投影中心與投影面之間的距離無窮大時(shí)，透視投影演變成平行投影。平行投影圖中各坐標(biāo)軸尺寸有相對(duì)固定的比例關(guān)系，便于從圖形上直接測(cè)算其大小，適合于繪制工程施工圖和零件加工圖或裝配圖。投影面與坐標(biāo)軸相

16、對(duì)位置改變可生成各種不同的平行投影圖。 a)正平行投影：投影方向垂直于投影面，它分為正投影和正軸側(cè)投影。 正投影：投影面垂直于用戶坐標(biāo)系中某一個(gè)坐標(biāo)軸。通常工程視圖中的主視圖、俯視圖、左視圖就是正投影。 正軸側(cè)投影：投影面與用戶坐標(biāo)系3個(gè)坐標(biāo)軸均不垂直。它分為：正等測(cè)、正二測(cè)和正三測(cè)。 a)斜平行投影：投影方向與投影面不垂直。,（2）平行投影,1）三面正投影變換 機(jī)械設(shè)計(jì)通常都是采用國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的三視圖來表達(dá)零件的形狀。將空間三維實(shí)體通過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）。 下面討論三視圖的投影變換。物體與3個(gè)投影平面（H、V

17、和W）相對(duì)位置關(guān)系如下圖所示：,主視圖變換矩陣三維空間點(diǎn)的齊次坐標(biāo)是（x,y,z,1），若令其中的y=0，顯然就是該點(diǎn)在V面上的投影。因此令變換矩陣的第二列元素全為零，即得到物體對(duì)V面的投影變換矩陣（主視圖變換矩陣）,俯視圖變換矩陣先將物體向H面投影（令Z0），得到水平投影，再將水平投影繞X軸旋轉(zhuǎn)90度，使其與V面在同一平面內(nèi)；然后沿Z軸方向平移一段距離n（n0），使V、H投影保持適當(dāng)距離，即生成俯視圖。其變換矩陣為：,左視圖變換矩陣先將物體向W面投影（令x0），得到側(cè)面投影，再將側(cè)面投影繞Z軸旋轉(zhuǎn)90度，使其與V面在同一平面內(nèi)；然后沿X軸方向平移一段距離l（l0），使V、W投影保持適當(dāng)距離，

18、即生成左視圖。其變換矩陣為：,2）軸測(cè)投影變換,正軸測(cè)投影的投影面不與坐標(biāo)軸垂直，同時(shí)可以看到一個(gè)形體的多個(gè)面，它保持了形體平行線間的平行性，但角度改變。若將下圖a)所示的立方體直接向V面投影，得到b);若將立方體繞Z軸旋轉(zhuǎn)角，再向V面投影則得到圖c)；若將立方體繞Z軸旋轉(zhuǎn)角，再繞X軸旋轉(zhuǎn)角得到圖d)，即得到立方體的正軸測(cè)投影圖。,因此，正軸測(cè)的變換矩陣如下：,只要給出、不同值就能得到不同的正軸測(cè)投影圖。,a)正等測(cè)投影變換按國標(biāo)規(guī)定：以45、 35.2644即得到正等測(cè)投影變換矩陣：,b)正二測(cè)投影變換按國標(biāo)規(guī)定：以20.7、 19.47即得到正二測(cè)投影變換矩陣：,1）窗口 在計(jì)算機(jī)繪圖中，

19、常常遇到這樣的情況：不同時(shí)刻、針對(duì)不同目的、只關(guān)心整幅圖形的不同部位，而對(duì)其它部分暫時(shí)不感興趣，此時(shí)，希望關(guān)心的這部分圖形能夠盡量清晰地顯示出來。 于是，大多數(shù)的圖形軟件都提供了這樣一個(gè)功能：即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)。然后，經(jīng)過圖形軟件系統(tǒng)的運(yùn)算處理，窗口內(nèi)的圖形便在屏幕上顯示出來。這和生活中的窗口類似，它是系統(tǒng)看現(xiàn)實(shí)世界的一種限制，如同房間里的人所目睹的世界只是“窗口”那一部分，其它部分因不透明的墻壁遮擋而不可見。 在二維平面，通常定義窗口為一矩形區(qū)域，它的大小和位置在用戶坐標(biāo)上表示（如圖3-17），用4個(gè)變量代表窗口左下角和右上角點(diǎn)的

20、坐標(biāo)，即,3、窗口視區(qū)變換,a)定義窗口,b)視區(qū)復(fù)制窗口內(nèi)容,矩形內(nèi)的形體，系統(tǒng)認(rèn)為是可見的；矩形外的形體則認(rèn)為是不可見的。窗口可以嵌套，即在第i層窗口中再定義第i+1層窗口。,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(顯示屏、繪圖儀等)用來復(fù)制窗口內(nèi)容的矩形區(qū)域被稱為視區(qū)(View Port)。 視區(qū)是一個(gè)與設(shè)備密切聯(lián)系的概念，顯示終端的屏面和繪圖儀的幅面都是用來表現(xiàn)的二維平面，而且是個(gè)有限的平面。,通常也用4個(gè)變量加以表示，即,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

21、顯示不同角度、不同對(duì)象的圖形。,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)，二者之間才是11的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而在絕大多數(shù)情況下，窗口與視區(qū)無論是大小還是單位都不相同。為了把選定的窗口內(nèi)容在希望的視區(qū)上表現(xiàn)出來，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，變換過程如下頁圖所示。,矩形內(nèi)的形體，系統(tǒng)認(rèn)為是可見的；矩形外的形體則認(rèn)為是不可見的。窗口可以嵌套，即在第i層窗口中再定義第i+1層窗口。,由上式可以得出結(jié)論： (a) 視區(qū)不變，窗口縮小或放大時(shí)，顯示的圖形會(huì)相應(yīng)放大或縮小，如下頁圖所示。 (b) 窗口不變，視區(qū)

22、縮小或放大時(shí)，顯示的圖形會(huì)相應(yīng)縮小或放大。 (c) 視區(qū)縱橫比不等于窗口縱橫比時(shí)，顯示的圖形會(huì)有伸縮變化。 (d) 窗口與視區(qū)大小相同、坐標(biāo)原點(diǎn)也相同時(shí)，顯示的圖形不變。,窗口和視區(qū)的適當(dāng)選用，可以較方便地觀察用戶的整圖或局部圖形，便于對(duì)圖形進(jìn)行局部修改和圖形質(zhì)量評(píng)價(jià)，還可以對(duì)圖形進(jìn)行放大或縮小。用戶定義的圖形從窗口到視區(qū)的邏輯變換過程如下圖所示。,圖3-21 窗口視區(qū)二維邏輯變換過程,4、交互技術(shù),1）常見交互技術(shù)及其應(yīng)用 應(yīng)用CAD/CAM系統(tǒng)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程是輸入、處理、輸出的反復(fù)過程，即是所謂的人機(jī)交互設(shè)計(jì)的過程。一個(gè)高效的人機(jī)通訊環(huán)境可以提高用戶使用計(jì)算機(jī)的效率，它要求一個(gè)優(yōu)秀的CA

23、D/CAM應(yīng)用軟件除具備基本功能外，一般還需提供良好的人機(jī)界面和交互手段。因此，在目前的CAD/CAM應(yīng)用軟件的開發(fā)中，人們?cè)絹碓蕉嗟刂匾暼藱C(jī)交互技術(shù)的研究與開發(fā)。 交互技術(shù)是通過用戶界面作為系統(tǒng)的接口，因?yàn)樵谠S多情況上，交互設(shè)備是已經(jīng)確定的，設(shè)計(jì)人員并不能任意選擇交互設(shè)備，所以設(shè)計(jì)者力求在軟件上滿足種種要求。,舒適性 應(yīng)盡量減少用戶的負(fù)擔(dān)，交互技術(shù)應(yīng)輔助用戶愉快地完成工作任務(wù)。 自釋性 應(yīng)該能夠明確告訴用戶系統(tǒng)的要求及應(yīng)用范圍，提供簡單易懂的用戶指南及必要的幫助信息，也要告訴用戶任意時(shí)刻系統(tǒng)的狀況。 可控性 指人機(jī)對(duì)話是在用戶可以控制的范圍以內(nèi)。 容錯(cuò)性 系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的一個(gè)重要條件，在用戶輸

24、入錯(cuò)誤時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)能及時(shí)指出錯(cuò)誤并幫助改錯(cuò)。 柔性 用戶能夠根據(jù)個(gè)人習(xí)慣、專業(yè)特長等對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行不同的設(shè)置，如色彩、度量單位等。,2）交互技術(shù)的分類,交互技術(shù)是完成交互任務(wù)的手段，其實(shí)現(xiàn)很大程度上依賴于交互設(shè)備。從邏輯上講，交互設(shè)備有定位、鍵盤、選擇、取值和拾取五種。最基本的交互任務(wù)有定位、字串、選擇和取數(shù)。對(duì)給定的交互任務(wù)可以用不同的交互技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，例如一個(gè)選擇任務(wù)可以用鼠標(biāo)點(diǎn)菜單，也可以用鍵盤輸入選項(xiàng)名字，還可以用功能鍵來實(shí)現(xiàn)選擇。針對(duì)不同的交互任務(wù)，交互技術(shù)主要有以下9種： 定位技術(shù)、定量技術(shù)、定向技術(shù)、橡皮筋技術(shù)、拖動(dòng)技術(shù)、選擇技術(shù)、拾取技術(shù)、文本技術(shù)和草圖技術(shù)。,3）交互設(shè)計(jì)原則,交互設(shè)

25、計(jì)原則是任何設(shè)計(jì)都必需要注意的問題和需要遵循的原則，這是保證設(shè)計(jì)成功的必要的前提。 一致性與規(guī)格化設(shè)計(jì) 反饋信息 防錯(cuò)和改錯(cuò)功能 提示和幫助信息,5、用戶界面,任何一種計(jì)算機(jī)的應(yīng)用過程都可抽象為輸入、處理、輸出三個(gè)邏輯部分，而在CADCAM中，這個(gè)過程不是單向的一個(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)過程。具體而言，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)的過程。顯然，它需要人機(jī)之間有一個(gè)高效的通訊環(huán)境。這些都要求有一個(gè)

26、良好的人機(jī)界面和交互手段。事實(shí)證明，用戶界面的優(yōu)劣常常影響軟件的推廣和使用效果，甚至縮短生存周期，為此，軟件商越來越重視用戶界面的研究與開發(fā)，不斷推出一些優(yōu)秀的交互式圖形界面系統(tǒng)。CADCAM軟件系統(tǒng)的開發(fā)也將友好的用戶界面作為基本需求和要達(dá)到的目標(biāo)之一。,1）用戶界面的類型與設(shè)計(jì),用戶界面不能簡單地被理解成是人操作計(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) 所見即所得型。這是一種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。這是一種操作動(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除的文件直接拖入廢品箱

27、； (3) 圖標(biāo)型(Icon) 這是一種用圖形代替文字或數(shù)值的界面類型。打印機(jī)代表打印命令、問號(hào)代表幫助命令、文件箱代表文件管理命令等。這種界面是目前最為流行的界面類型。,(4) 菜單型 這是一種將功能命令按類組織、列于屏幕之上的供用戶選擇的界面類型。它的使用類似于去餐館吃飯時(shí)點(diǎn)菜的情景，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)的菜單項(xiàng)中選取所需的命令，點(diǎn)取該命令，即執(zhí)行操作。菜單型界面的最大好處就是用戶記憶負(fù)擔(dān)輕，操作效率高(不必逐一輸入命令字符)，對(duì)于功能命令較多的大型軟件尤為重要。但當(dāng)萊單層次過多的情況下，命令索取的效率要大大降低。 (5) 問答型 這是一種按進(jìn)程進(jìn)行人機(jī)對(duì)話應(yīng)答的界