計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)第五章

河南科技大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及自動(dòng)化專業(yè)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)第五章繪圖程序設(shè)計(jì)概念計(jì)算機(jī)繪圖是目前CAD／CAM的重要組成部分，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。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)繪圖就是利用計(jì)算機(jī)存貯、生產(chǎn)圖形，并在計(jì)算機(jī)控制下，由繪圖機(jī)等圖形輸出設(shè)備自動(dòng)完成繪圖工作。（可繪制各類型的圖形，如二維曲線，三維的曲面和立體圖，機(jī)械零件圖、裝配圖、傳動(dòng)系統(tǒng)圖）。概念計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)要想自動(dòng)輸出圖形,就必須事先向計(jì)算機(jī)輸入圖形數(shù)據(jù)一是沒有圖樣，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，圖形數(shù)據(jù)輸入可利用交互式繪圖軟件或通過編寫程序完成；二是已有圖樣，要將其輸入計(jì)算機(jī)，或修改或保存管理。這時(shí)，可利用掃描儀實(shí)現(xiàn)圖形快速輸入，處理，將點(diǎn)陣圖形轉(zhuǎn)換為矢量圖形，這需要專門的光柵／矢量轉(zhuǎn)換軟件計(jì)算機(jī)繪圖系統(tǒng)的類型按工作方式分靜態(tài)自動(dòng)繪圖系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)交互式繪圖系統(tǒng)前者是將要繪制的圖形編成繪圖程序的軟件系統(tǒng)，在繪圖過程中不允許人工干預(yù)，若不符合要求，則在修改繪圖程序。要求圖形己較成熟．或?qū)D形要求并不嚴(yán)格的情況對(duì)于新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，需在設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行反復(fù)研討、修改、分析、計(jì)算，可采用交互式CAD繪圖系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)圖形設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)編輯。此時(shí)，人和計(jì)算機(jī)的通信是雙向的。使用者可以對(duì)屏幕輸出不斷修改，直到建立的物體模型滿意為止圖形軟件的類型與功能（三類）基本繪圖指令軟件這類軟件通常是一些最基本的繪圖指令，如畫點(diǎn)、線等。有些高級(jí)語言（如BASIC語言C語言）就提供了基本繪圖功能圖形支撐軟件主要指交互式繪圖軟件，用戶可通過圖形輸入輸出裝置與計(jì)算機(jī)交流信息。采用人機(jī)對(duì)話方式繪制圖形以及對(duì)圖形進(jìn)行任意操作等。微機(jī)上廣為應(yīng)用的AutoCAD軟件就支持這種工作方式圖形軟件的類型與功能（三類）專用圖形軟件在某種基本繪圖軟件或支撐軟件基礎(chǔ)上針對(duì)某種特定領(lǐng)域、特定專業(yè)或特定用途的圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械零件圖形軟件機(jī)械裝配圖繪制軟件建筑圖設(shè)計(jì)生成軟件電子線路板繪圖軟件……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)體投影法后兩者為三維實(shí)體建模方法（僅做了解）輪廓線法概念：將組成圖形的輪廓條逐一繪出，只知道端點(diǎn)坐標(biāo)即可工作方式編制程序，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，只有修改程序。這是一種程序控制的靜態(tài)的自動(dòng)繪圖方式利用交互式繪圖軟件系統(tǒng)，把計(jì)算機(jī)屏幕當(dāng)作圖板，采用人機(jī)交互方式生成圖形，AutoCAD繪圖軟件就屬于這種方式輪廓線法繪圖制圖中較少采用，但在其它方面仍發(fā)揮著作用，如CAPP專家系統(tǒng)中的零件信息描述方法之一就是輪廓線法，它將圖形輪廓與加工方法對(duì)應(yīng)起來，附加進(jìn)加工工序的內(nèi)容，以便于工藝路線的決策＃include＜graphics.h＞＃include＜math.h＞＃include＜stdio.h＞main（）{intxl［］=｛10,11,30,33,63,65,11,11,34,34,40,40,10,10,63,63｝，y1［］=｛99,100,105,105,102,100,100,80,102,78,93,87,99,8l,102,78｝，x2［］=｛10,11,30,33,63,65,29,29,63,63,56,56,11,11,65,65｝，y2［］=｛81,80,75,75,78,80,100,80,102,78,93,87,100,80,100,80｝，gd=DETECT，gm，i；

clrscr（）;

initgraph（＆gd，&gm，“”）；

for（i=0；i＜16；i++）

｛line（xl［i］，y1［i］，x2［i］，y2［i］）；｝

arc（29，101，270，360，l）；

arc（29，79，0，90，l）；

arc（34，103，180，270，1）；

arc（34，77，90，180，1）；

arc（40，90，90，270，l）

arc（56，90，-90，90，1）；

getch（）；

return()；

｝

該法繪制的圖形重用率低，變動(dòng)一個(gè)幾何尺寸，也要重新修改程序或重畫相關(guān)部位。參數(shù)化法在實(shí)際CAD中，對(duì)于系列化的設(shè)計(jì)，可用參數(shù)法,即基本幾何拓?fù)潢P(guān)系不變，只變動(dòng)形狀尺寸

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)格的圖樣參數(shù)化法特點(diǎn):簡單、可靠、繪圖速度快，但不適于約束關(guān)系不定的、結(jié)構(gòu)可能會(huì)經(jīng)常變化的新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，通常用于建立已定型系列化產(chǎn)品的圖形庫參數(shù)化法也有程序繪圖和交互式繪圖兩種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式繪圖則先將賦有缺省值的參數(shù)圖以圖形文件形式存入系統(tǒng)，使用時(shí)調(diào)入，以人機(jī)對(duì)話方式逐一改變參數(shù)編寫參數(shù)化繪圖程序步驟確定參數(shù)對(duì)抽象的幾何圖形，可以用尺寸標(biāo)識(shí)作為圖形參數(shù)。為保證圖形參數(shù)可以唯一地確定圖形，可事先對(duì)圖形進(jìn)行試標(biāo)注，或者用一組參數(shù)試畫圖形機(jī)械圖中的圖形已不再是抽象的幾何圖形，而是表示具體的零件或結(jié)構(gòu)，因此參數(shù)的名稱和定義應(yīng)盡量結(jié)合工程實(shí)際編寫參數(shù)化繪圖程序步驟確定參數(shù)優(yōu)先考慮描述零件規(guī)格、性能的參數(shù)作為圖形參數(shù)。例如：螺釘?shù)耐鈴?、滾動(dòng)軸承的內(nèi)徑號(hào)。例如：雖然在齒輪的視圖上標(biāo)注的是分度圓、齒頂圓，但是應(yīng)該用齒輪的模數(shù)、齒數(shù)、變位系數(shù)等作為齒輪的圖形參數(shù)代替分度圓和齒頂圓直徑。編寫參數(shù)化繪圖程序步驟確定參數(shù)為便于用戶操作，參數(shù)的數(shù)量應(yīng)盡量少標(biāo)準(zhǔn)件或標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的尺寸在工程手冊中已規(guī)定好的，若將這些數(shù)據(jù)存入文件或數(shù)據(jù)庫，只要輸入規(guī)格尺寸，即可從文件或數(shù)據(jù)庫中檢索出其它尺寸的數(shù)值在不影響對(duì)零件表達(dá)的情況下，圖形的某些部分可采用簡化畫法，或使其與某些參數(shù)建立一定關(guān)系。如：螺紋直徑d可作為參數(shù)，螺紋內(nèi)徑可近似等于0.85d通過已確定參數(shù)構(gòu)成圖形的各實(shí)體的幾何參數(shù)調(diào)用圖形函數(shù)繪制圖形圖元拼合法（圖形元素組合法）圖元拼合法類似于一種搭積木的方法。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，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效率高于輪廓線法圖形元素的定義和建庫是針對(duì)本系統(tǒng)產(chǎn)品形狀特征的，要想建立一個(gè)無所不包的、通用的圖元庫是很困難的圖元拼合法要以參數(shù)化法為基礎(chǔ)，每一個(gè)圖元實(shí)際上就是一個(gè)小參數(shù)化圖形圖元拼合法機(jī)械圖中，盡管有許多零件的整體形狀不同，但有些局部形狀是相似的，這種相對(duì)獨(dú)立的形狀結(jié)構(gòu)被稱為形狀特征從圖形角度看，形狀特征完全可以理解為子圖，從工程角度看，形狀特征組合法多用于形狀結(jié)構(gòu)多變的機(jī)械零件形狀特征的確定：形狀特征應(yīng)代表一定的形狀結(jié)構(gòu)例：軸的結(jié)構(gòu)一般由左、右倒角，左右軸段，軸肩和圓頭鍵槽等圖形元素組成圖形元素繪制的設(shè)計(jì)充分收集要處理的各種圖形結(jié)構(gòu)認(rèn)真分析結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分解出構(gòu)成該范圍各種圖形的特征元素對(duì)特征圖元逐一描述，用待標(biāo)變量表示幾何關(guān)系確定圖形的某些數(shù)學(xué)關(guān)系，并充分估計(jì)各種可能性，規(guī)定使用條件用高級(jí)語言編寫幾何計(jì)算和圖形繪制的子程序圖形要素尺寸參數(shù)描述圖形本身形狀特性位置參數(shù)描述圖形應(yīng)處于的位置例：左右倒角子程序設(shè)計(jì)

見圖倒角的幾何參數(shù)有三個(gè)：

D—軸的直徑；B—倒角寬；

θ—倒角角度。

設(shè)a點(diǎn)為定位起始點(diǎn)，

其坐標(biāo)為x0，y0，是倒角中線上的點(diǎn)。則：

b點(diǎn)坐標(biāo)xb=x0，yb=y0+D/2-B*tg（θ）

c點(diǎn)坐標(biāo)xc=x0±B（左倒角為+，右倒角為-），yc=y0+D/2

d點(diǎn)坐標(biāo)xd=x0，yd=y0-D/2+B*tg（θ）

e點(diǎn)坐標(biāo)xe=x0±B（左倒角為+，右倒角為-），ye=y0-D/2

圖形元素的繪制思路編制方法不是唯一的，如繪圖起始點(diǎn)可選在不同的位置當(dāng)軸類零件的全部圖形元素子程序都編制完成后，即可按右圖所示框圖編寫繪制軸

類零件的通用主程序也可以將此主程序編制成交互菜單選項(xiàng)的工作方式尺寸驅(qū)動(dòng)法這是一種交互式的變量設(shè)計(jì)方法。首先將草圖快速勾畫于屏幕之上，再根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)需要，為草圖建立尺寸和形位約束，草圖就在這種約束驅(qū)動(dòng)下而變得橫平豎直起來，尺寸大小也一一對(duì)應(yīng)去掉的幾何坐標(biāo)點(diǎn)的提取和計(jì)算，保留圖形所需矢量尺寸，繪圖質(zhì)量好、效率高設(shè)計(jì)者不用理會(huì)繪圖細(xì)節(jié)（平行、垂直，點(diǎn)坐標(biāo)），支持快速的概念設(shè)計(jì)，所想即所見。約束一經(jīng)建立，那些圖形細(xì)節(jié)，就全部由系統(tǒng)代勞尺寸驅(qū)動(dòng)法是當(dāng)前圖形處理乃至CAD實(shí)體建模的研究熱點(diǎn)之一，它的原理還可應(yīng)用于裝配設(shè)計(jì)，建立好裝配件間的尺寸約束關(guān)系，即可支持產(chǎn)品零部件之間的驅(qū)動(dòng)式一致性修改三維實(shí)體投影法若設(shè)計(jì)在計(jì)算機(jī)三維建模環(huán)境下，則能更直觀、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)量和效率如要將三維設(shè)計(jì)結(jié)果以二維圖紙形式輸出，則只需利用三維幾何建模軟件系統(tǒng)中提供的二維圖投影功能就可方便地實(shí)現(xiàn)，再加上一些必要的修改，補(bǔ)充好尺寸標(biāo)注、公差和技術(shù)要求即可這種方法最為理想，將二維繪圖工作量最大限度地減小*因?yàn)槎S圖是三維實(shí)體投影而來，二者之間有著一對(duì)一的映射關(guān)系，故對(duì)二維圖中尺寸變量加以修改后，能直接反饋到三維實(shí)體，三維實(shí)體也隨之改變將是未來計(jì)算機(jī)繪圖的主要方法總結(jié)圖元拼合法雖引用了參數(shù)化法的技術(shù)，但它強(qiáng)調(diào)的是用不具有零件含義的圖形元素拼合出新的圖形，以支持新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)參數(shù)化法則重視已定型的、或改型產(chǎn)品的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化繪圖問題。參數(shù)化法則是先有結(jié)構(gòu)框架模型和約束關(guān)系，后產(chǎn)生圖形，其拓?fù)溆嗟睾苄?，一般不能支持新產(chǎn)品的開發(fā)尺寸驅(qū)動(dòng)法是變量設(shè)計(jì)法，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)，支持新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和支持快速的概念設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)模擬靜態(tài)模擬與動(dòng)態(tài)模擬用途外形與裝配關(guān)系運(yùn)動(dòng)學(xué)（軌跡、速度、加速度）模擬動(dòng)力學(xué)（穩(wěn)定性、振動(dòng)）模擬加工過程、實(shí)驗(yàn)過程動(dòng)畫顯示技術(shù)視覺暫留原理眼睛的一個(gè)重要特性是視覺惰性，即光象一旦在視網(wǎng)膜上形成，視覺將會(huì)對(duì)這個(gè)光象的感覺維持一個(gè)有限的時(shí)間，這種生理現(xiàn)象叫做視覺暫留性。對(duì)于中等亮度的光刺激，視覺暫留時(shí)間約為0.05至0.2秒視神經(jīng)的反應(yīng)速度，其時(shí)值是二十四分之一秒。是動(dòng)畫、電影等視覺媒體形成和傳播的根據(jù)機(jī)械繪圖應(yīng)用畫完就擦，在新位置再畫#include"stdio.h"#include"stdlib.h"#include"graphics.h"#include"conio.h"voidprogram(){inti,j;intx1=50,x2=150,y1=200,y2=300;setcolor(12);rectangle(x1,y1,x2,y2);for(i=0;i<=200;i++){delay(3000);setcolor(LIGHTBLUE);rectangle