包裝計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

包裝計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

教學(xué)要求

⑥了解圖形系統(tǒng)的框架及其涉及的軟件、硬件技術(shù)；

卷了解和掌握?qǐng)D形學(xué)的基本問(wèn)題、基本概念、基本方

法與算法，具有一定實(shí)踐體會(huì)和初步的編程能力；

⑥掌握一個(gè)通用軟件一AutoCAD。

爹了解一個(gè)專業(yè)軟件一ArtiosCAD（紙包裝CAD）。

PackagingCAD2

教學(xué)參考書

⑥包裝計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，輕工出版社

?DonaldHearn,M.PaulineBaker/'ComputerGraphics（CVersion）”,

PrenticeHall,1997.中文：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（第二版）蔡士杰等譯，電

子工業(yè)出版社。

⑥潘云鶴：CAD系統(tǒng)與方法，浙江大學(xué)出版社。

⑥孫家廣：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（第三版），清華大學(xué)出版社，1999。

翁龍曉苑：數(shù)字化藝術(shù)，北京大學(xué)出版社，1999.12

＞任何一本關(guān)于繪圖程序設(shè)計(jì)的書籍（VC++、C或其他語(yǔ)言）

⑥任何一本關(guān)于AutoCAD應(yīng)用的書籍

PackagingCAD3

考核

⑥上機(jī)實(shí)驗(yàn)和作業(yè)：20%

⑥課程設(shè)計(jì)：10%

⑥考試（閉卷）：70%

PackagingCAD4

內(nèi)容提女

第一部分綜述

第二部分計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)

第三部分AutoCAD2006

第四部分ArtiosCAD6.02

PackagingCAD5

第一章綜述

1.1關(guān)于CAD

令CAD是什么

⑥CAD的發(fā)展

⑥CAD的應(yīng)用

⑥怎樣學(xué)好CAD

PackagingCAD6

1.1關(guān)于CAD

1.1.1-WhatisCAD

e------

Acronyms/Vocabulary

⑥CG=ComputerGraphics

⑥CAD=ComputerAidedDesign

卷CAD=ComputerAidedDrawing

卷CAM=ComputerAidedManufacturing

⑥CAPP=ComputerAidedProcessPlaning

PackagingCAD7

1.1關(guān)于CAD

1.1.1WhatisCAD

DesignProcess

Conventionaldesignprocess

Initioltoedoeinn/form*rliccc\/ar\/cfainr'tinnal

Recognitionofneedsystemtneedfornewproducts)

J

Problemdefinition<____Specificationofentitieswhichwillbedesigned

(initialdesign)Physicalandfunctionalcharacteristicsoftheproduct

Operatingprincipleandservicelife

----?J

-?Generationor<-------Conceptionphase

Synthesis

1Generationofalternativedesigns

Analysisand<-------Improvementofdesignsbasedontheanalysisconstraints

Optimization

Evaluationofdesigns(non-violationoftheestablished

—Evaluation

constraintsattheproblemdefinitionstage)

-Manufacturing

-Serviceability

__Engineeringdocuments

Presentation(directtoprocessplanning)

PackagingCAD8

1.1關(guān)于CAD

1.1.1WhatisCAD

Drafting

卷Pencils

象Table

卷Tools

PackagingCAD9

1.1關(guān)于CAD

1.1.1WhatisCAD

⑥TheRoleofComputerintheDesignProcess

Problemdefinition

Suggestanexistingdesign

Searchforstandardcomponentsandmanufacturingprocesses

Geometricmodeling

Computablemathematicaldescriptionofanobject

->Displaytheobject'simage

Animatetheobjecttoshowitsoperatingcharateristics

Engineeringanalysis

Finiteelementmodeling

Calculationstodeterminedynamicperformanceofthedesign

Q-Powerconsumption,heattransfer,wear,etc.

Designevaluation

Automateddrafting

PackagingCAD10

1.1關(guān)于CAD

1.1.1WhatisCAD

?CG=ComputerGraphics計(jì)算機(jī)圖形學(xué)

④定義：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究怎樣用數(shù)字計(jì)算機(jī)生成、處理

和顯示圖形的一門學(xué)科。

⑥計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是計(jì)算機(jī)科學(xué)中，最為活躍、得到廣泛應(yīng)用

的分支之一。

⑥計(jì)算機(jī)圖形學(xué)為計(jì)算機(jī)圖形圖像的研究和應(yīng)用提供理論基

礎(chǔ)。

計(jì)算機(jī)繪圖(CG:ComputerGraph)則是應(yīng)用圖形學(xué)理論實(shí)現(xiàn)圖

形顯示、圖形處理以及借助圖形信息進(jìn)行人機(jī)通訊的一門學(xué)科。

PackagingCAD11

1.1關(guān)于CAD

1.1.1WhatisCAD

圖形及構(gòu)成圖形的要素

⑥圖形：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究對(duì)象

■能在人的視覺(jué)系統(tǒng)中產(chǎn)生視覺(jué)印象的客觀對(duì)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

卷構(gòu)成圖形的要素

■幾何要素：刻畫對(duì)象的輪廓、形狀等

■非幾何要素：刻畫對(duì)象的顏色、材質(zhì)等

PackagingCAD12

1.1關(guān)于CAD

1.1.1WhatisCAD

計(jì)算機(jī)中表示圖形的方法

e——-------

■點(diǎn)陣表示

?枚舉出圖形中所有的點(diǎn)（強(qiáng)調(diào)圖形由點(diǎn)構(gòu)成）

?簡(jiǎn)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(dá)式的系數(shù)，線段的端點(diǎn)坐標(biāo)等）

+屬性參數(shù)（顏色、線型等）來(lái)表示圖形。

?簡(jiǎn)稱為圖形

?圖形主要分為兩類：

——基于線條信息表示

---明暗圖（Shading）

PackagingCAD13

1.1關(guān)于CAD

1.1.1WhatisCAD

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究?jī)?nèi)容

爹如何在計(jì)算機(jī)中表示圖形、以及利用計(jì)算機(jī)進(jìn)

行圖形的計(jì)算、處理和顯示的相關(guān)原理與算法，

構(gòu)成了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容。

■圖形硬件、圖形標(biāo)準(zhǔn)、圖形交互技術(shù)、光柵圖形

生成算法、曲線曲面造型、實(shí)體造型、真實(shí)感圖形

計(jì)算與顯示算法，以及科學(xué)計(jì)算可視化、計(jì)算機(jī)動(dòng)

畫、自然景物仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)等。

PackagingCAD14

1.1關(guān)于CAD

1.1.1WhatisCAD

與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系

圖像生成（計(jì)算機(jī)圖形學(xué)）

數(shù)

數(shù)

一二-----二

據(jù)

字

圖像變換模型變換

模

（圖像處理）圖（計(jì)算幾何）

型

像

模型（特征）提取

（計(jì)算機(jī)視覺(jué)，模式識(shí)別）

發(fā)展特點(diǎn)：交叉、界線模糊、相互滲透

PackagingCAD15

1.1關(guān)于CAD

1.1.1WhatisCAD

CAD(ComputerAidedDesign)

CAGD(ComputerAidedGeometricDesign)

＞幾何形體在計(jì)算機(jī)中的表示

卷分析、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(jì)算機(jī)內(nèi)更好地存儲(chǔ)和管理這些模

型等。

合研究曲線、曲面的表示、生成、拼接、數(shù)據(jù)擬合。

PackagingCAD16

1.1關(guān)于CAD

1.1.1WhatisCAD

AdvantagesofCAD

⑥Quality-high

⑥Revisions-easy

&Speed-quick

卷Informationdatabase-complete

&Enablesanalysis-power

PackagingCAD17

1.1關(guān)于CAD

圖象處理1.1.1WhatisCAD

卷研究如何對(duì)一幅連續(xù)圖像取樣、量化以產(chǎn)生數(shù)字圖像，

如何對(duì)數(shù)字圖像做各種變換以方便處理，

命如何濾去圖像中的無(wú)用噪聲，如何壓縮圖像數(shù)據(jù)以便存

儲(chǔ)和傳輸，圖像邊緣提取，特征增強(qiáng)和提取。

PackagingCAD18

1.1關(guān)于CAD

1.1.1WhatisCAD

計(jì)算機(jī)視覺(jué)和模式識(shí)別

W---------------

⑥圖形學(xué)的逆過(guò)程，分析和識(shí)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(shí)別、機(jī)器視覺(jué)。

PackagingCAD19

1.1關(guān)于CAD

1.1.2發(fā)展歷史

合歷史追溯

合硬件發(fā)展

圖形顯示器的發(fā)展

圖形輸入設(shè)備的發(fā)展

卷圖形軟件及軟件標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展

PackagingCAD20

1.1關(guān)于CAD

1.1.2發(fā)展歷史

歷史追溯

⑥50年代

■1950年，I

(MIT)旋

T

■1958年，|

展成滾筒H

■78

PackagingCAD21

1.1關(guān)于CAD

1.1.2發(fā)展歷史

歷史追溯

⑥60年代

■1962年，MIT林肯實(shí)驗(yàn)室的LE.Sutherland發(fā)表了

一篇題為“Sketchpad：一個(gè)人機(jī)交互通信的圖形

系統(tǒng)”的博士論文--確定了交互圖形學(xué)作為一

個(gè)學(xué)科分支（提出基本交互技術(shù)、圖元分層

表示概念及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu).?.）。

■1962年，雷諾汽車公司的工程師PierreBezier提出

Bezier曲線、曲面的理論

■1964年MIT的教授StevenA.Coons提出了超限插值

的新思想，通過(guò)插值四條任意的邊界曲線來(lái)構(gòu)造曲

面。

PackagingCAD22

1.1關(guān)于CAD

1.1.2發(fā)展歷史

歷史追溯

今70年代

■光柵圖形學(xué)迅速發(fā)展

?區(qū)域填充、裁剪、消隱等基本圖形概念、及其相

應(yīng)算法紛紛誕生

■圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)化

?1974年，ACMSIGGRAPH的與“與機(jī)器無(wú)關(guān)的

圖形技術(shù)”的工作會(huì)議

?ACM成立圖形標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，制定“核心圖形系

統(tǒng)”(CoreGraphicsSystem)

?ISO發(fā)布CGI、CGM、GKS、PHIGS

PackagingCAD23

1.1關(guān)于CAD

1.1.2發(fā)展歷史

歷史追溯

-真實(shí)感圖形學(xué)

?1970年，Bouknight提出了第一個(gè)光反射模型

?1971年Gourand提出“漫反射模型+插值”的思

想，被稱為Gourand明暗處理

?1975年，Phong提出了著名的簡(jiǎn)單光照模型-

Phong模型

■實(shí)體造型技術(shù)

?英國(guó)劍橋大學(xué)CAD小組的Build系統(tǒng)

?美國(guó)羅徹斯特大學(xué)的PADL-1系統(tǒng)

PackagingCAD24

1.1關(guān)于CAD

1.1.2發(fā)展歷史

歷史追溯

卷80年代

■1980年Whitted提出了一個(gè)光透視模型-

Whitted模型，并第一次給出光線跟蹤算法

的范例，實(shí)現(xiàn)Whitted模型

■1984年，美國(guó)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)中

■圖形硬件和各個(gè)分支均在這個(gè)時(shí)期飛速發(fā)展

PackagingCAD25

1.1關(guān)于CAD

1.1.2發(fā)展歷史

歷史追溯

⑥90年代：微機(jī)和軟件系統(tǒng)的普及使得圖形學(xué)的

應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛。

■標(biāo)準(zhǔn)化、集成化、智能化

■多媒體技術(shù)、人工智能、科學(xué)計(jì)算可視化、

虛擬現(xiàn)實(shí)

■三維造型技術(shù)

PackagingCAD26

1.1關(guān)于CAD

1.1.2發(fā)展歷史

硬件發(fā)展

⑥圖形顯示器的發(fā)展

圖形顯示器是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中關(guān)鍵的設(shè)備

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(chǔ)管式顯示器

不需刷新，價(jià)格較低，缺點(diǎn)是不具有動(dòng)態(tài)

修改圖形功能，不適合交互式。

PackagingCAD27

1.1關(guān)于CAD

1.1.2發(fā)展歷史

硬件發(fā)展

⑥70年代初，刷新式光柵掃描顯示器出現(xiàn)，

大大地推動(dòng)了交互式圖形技術(shù)的發(fā)展。

以點(diǎn)陣形式表示圖形，使用專用的緩

沖區(qū)存放點(diǎn)陣，由視頻控制器負(fù)責(zé)刷新掃

描。

PackagingCAD28

1.1關(guān)于CAD

1.1.2發(fā)展歷史

硬件發(fā)展

圖能顯示設(shè)備的發(fā)展

畫線顯示器（矢量顯示器/隨機(jī)掃描顯示器）

存儲(chǔ)管式顯示器

刷新式光柵掃描顯示器

PackagingCAD29

1.1關(guān)于CAD

1.1.2發(fā)展歷史

圖形輸入設(shè)備的發(fā)展硬件發(fā)展

■第一階段：控制開(kāi)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(yǔ)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(shì)、表情等等

■第五階段：用戶的思維

PackagingCAD30

PackagingCAD31

1.1關(guān)于CAD

1.1.2發(fā)展歷史

圖形軟件發(fā)展及軟件標(biāo)準(zhǔn)形成

----

三種類型的計(jì)算機(jī)圖形軟件系統(tǒng)：

(1)用某種語(yǔ)言寫成的子程序包

GKS(GraphicsKernelSystem計(jì)算機(jī)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(duì)較慢，效率低

(2)擴(kuò)充計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，使其具有圖形生成和處理的功能

如：TurboPascal>TurboC>VC++、AutoLisp等。

簡(jiǎn)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(kāi)發(fā)量大，可移植性差。

PackagingCAD32

1.1關(guān)于CAD

1.1.2發(fā)展歷史

圖形軟件發(fā)展及軟件標(biāo)準(zhǔn)的形成

發(fā)展歷程

諸侯割據(jù)標(biāo)準(zhǔn)討論—>標(biāo)準(zhǔn)形成

PackagingCAD33

1.1關(guān)于CAD

1.1.2發(fā)展歷史

圖形軟件發(fā)展及軟件標(biāo)準(zhǔn)的形成

7

通用的、與設(shè)備無(wú)關(guān)的圖形包，圖形標(biāo)準(zhǔn)

?GKS(第一個(gè)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(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)

?DirectX(MS)

?Xlib(X-Window系統(tǒng))

?OpenGL(SGI)

?Adobe公司Postscript

開(kāi)放式、高效率的發(fā)展趨勢(shì)一

PackagingCAD34

1.1關(guān)于CAD

1.1.3CAD的應(yīng)用

e---------

A計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM）

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在工業(yè)界最廣泛、最活躍的應(yīng)用領(lǐng)域

?飛機(jī)、汽車、船舶的外形的設(shè)計(jì)

?發(fā)電廠、化工廠等的布局

?土木工程、建筑物的設(shè)計(jì)

?電子線路、電子器件的設(shè)計(jì)

?設(shè)計(jì)結(jié)果直接送至后續(xù)工藝進(jìn)行加工處理，如波

音777飛機(jī)的設(shè)計(jì)和加工過(guò)程

PackagingCAD35

PackagingCAD36

1.1關(guān)于CAD

1.1.3CAD應(yīng)用

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造(CAD/CAM)

-基于工程圖紙的三維形體重建

?定義：從二維信息中提取三維信息，通過(guò)對(duì)這些信

息進(jìn)行分類、綜合等一系列處理，在三維空間中重

新構(gòu)造出二維信息所對(duì)應(yīng)的三維形體，恢復(fù)形體的

點(diǎn)、線、面及其拓?fù)潢P(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)形體的重建

?優(yōu)勢(shì)：可以做裝配件的干涉檢查、以及有限元分析、

仿真、加工等后續(xù)操作，代表CAD技術(shù)的發(fā)展方向

PackagingCAD37

1.1關(guān)于CAD

1.1.3CAD應(yīng)用

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造(CAD/CAM)

^AutomaticReconstruetionSystem目回用

工程圖及其三維重建結(jié)果1

PackagingCAD38

1.1關(guān)于CAD

1.1.3CAD應(yīng)用

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造(CAD/CAM)

PackagingCAD39

CurveandSurfaceModeling1.1關(guān)于CAD

1.1.3CAD應(yīng)用

inComputer-AidedDesign(CAD)

V

PackagingCAD40

1.1關(guān)于CAD

1.1.3CAD應(yīng)用

PhotorealisticIlluminationModels

http:〃

http:〃http:〃www.aliaswavefront.cpm

PackagingCAD41

1.1關(guān)于CAD

FractalSystems1.1.3CAD應(yīng)用

http:〃/fractals.htm

PackagingCAD42

1.1關(guān)于CAD

InformationVisualization1.1.3CAD應(yīng)用

Legend

height:Sumo'S:aff

colorAverageofServeRatio

VisibleDecisionsSeelT()

PackagingCAD43

1.1關(guān)于CAD

、一八1.1.3CAD應(yīng)用

可視化

e-——

卷科學(xué)計(jì)算可視化(ScientificVisualization)

■海量的數(shù)據(jù)使得人們對(duì)數(shù)據(jù)的分析和處理變

得越來(lái)越難，用圖形來(lái)表示數(shù)據(jù)的迫切性與

日俱增

■1986年，美國(guó)科學(xué)基金會(huì)(NSF)專門召開(kāi)

了一次研討會(huì)，會(huì)上提出了“科學(xué)計(jì)算可視

化(VisualizationinScientificComputing)”

-科學(xué)計(jì)算可視化廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、流體力學(xué)、

有限元分析、氣象分析當(dāng)中

PackagingCAD44

1.1關(guān)于CAD

1.1.3CAD應(yīng)用

■在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，可視化有著廣闊的發(fā)展前途

?是機(jī)械手術(shù)和遠(yuǎn)程手術(shù)的基礎(chǔ)

?將醫(yī)用CT掃描的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為三維圖象，幫助醫(yī)

生判別病人體內(nèi)的患處

?由CT數(shù)據(jù)產(chǎn)生在人體內(nèi)漫游的圖象

■可視化的前沿與難點(diǎn)

?可視化硬件的研究

?實(shí)時(shí)的三維體繪制

?體內(nèi)組織的識(shí)別分割---Segmentation

PackagingCAD45

1.1關(guān)于CAD

1.1.3CAD應(yīng)用

真實(shí)感圖形實(shí)時(shí)繪制與自然景物仿真

■計(jì)算機(jī)中重現(xiàn)真實(shí)世界的場(chǎng)景叫做真實(shí)感繪制

-真實(shí)感繪制的主要任務(wù)是模擬真實(shí)物體的物理

屬性，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是物體的形狀，光學(xué)性質(zhì)，

表面的紋理和粗糙程度，以及物體間的相對(duì)位

置，遮擋關(guān)系等等

PackagingCAD46

1.1關(guān)于CAD

1.1.3CAD應(yīng)用

真實(shí)感圖形實(shí)時(shí)繪制與自然景物仿真

t1r---

■光照模型

?簡(jiǎn)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

PackagingCAD47

1.1關(guān)于CAD

1.1.3CAD應(yīng)用

地理信息系統(tǒng)（GIS）

⑥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)

⑥數(shù)字地球,地形數(shù)據(jù)作為載體，（70%）全球

信息化.

⑥軍事，政府決策，旅游，資源調(diào)查。

PackagingCAD48

1.1關(guān)于CAD

1.1.3CAD應(yīng)用

數(shù)字地球：1998年1月31日美國(guó)副總統(tǒng)戈?duì)栐诼迳紮C(jī)加利福尼亞科學(xué)

》中小召開(kāi)的地理信息系統(tǒng)年會(huì)上提出了這一設(shè)想。

比如，可以設(shè)想一個(gè)小孩來(lái)到地方博物館的一個(gè)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(kāi)始放大景物，伴隨越來(lái)越高的分辨率，她會(huì)看至U大洲,

隨之是區(qū)域、國(guó)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(shí)，她可乘上“魔毯”，即

通過(guò)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(shí)別裝置，小孩還可

以詢問(wèn)有關(guān)的土地覆蓋、植物和動(dòng)物種類的分布、實(shí)時(shí)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蝽?xiàng)目”收集的環(huán)境信息。這些信息可以無(wú)

縫地融入數(shù)字地圖或地面數(shù)據(jù)里。用數(shù)據(jù)手套向超連接部分敲擊，她

還可以獲得更多的有關(guān)她所見(jiàn)物體的信息。比如，為了準(zhǔn)備全家去國(guó)

家黃石公園渡假，她策劃一個(gè)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(kāi)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。

PackagingCAD49

1.1關(guān)于CAD

娛樂(lè)1.1.3CAD應(yīng)用

?電腦游戲

■實(shí)時(shí)性

■逼實(shí)性

■蘊(yùn)含了先進(jìn)的圖形處理技術(shù)

?電視廣告，節(jié)目片頭，科教演示(CAI)

?QuakeIII,“古墓麗影”，“侏羅紀(jì)公園”、

“皇帝的新衣”、完美風(fēng)暴....

?MAYA,3D-MAX,SOFTIMAGE-

PackagingCAD50

1.1關(guān)于CAD

多媒體1.1.3CAD應(yīng)用

在計(jì)算機(jī)控制下，對(duì)多種媒體信息進(jìn)行生成、操作、

表現(xiàn)、存儲(chǔ)、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(jì)算機(jī)處理的常見(jiàn)媒體：文本、圖形、圖像、語(yǔ)音、

音頻、視頻、動(dòng)畫

■特點(diǎn)：媒體的多樣性、操作的交互性、系統(tǒng)的集成性

⑥CAL教學(xué)娛樂(lè)。

PackagingCAD51

1.1關(guān)于CAD

1.1.3CAD應(yīng)用

VirtualReality(虛擬現(xiàn)實(shí)、靈境)

VirtualReality或稱虛擬環(huán)境(VirtualEnvironment)

-是用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)生成一個(gè)VirtualResearchVR4000

逼真的三維視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)

或嗅覺(jué)等感覺(jué)世界，讓用戶可

以從自己的視點(diǎn)出發(fā)，利用自

然的技能和某些設(shè)備對(duì)這一生

成的虛擬世界客體進(jìn)行瀏覽和

交互考察。

PackagingCAD52

1.1關(guān)于CAD

1.1.3CAD應(yīng)用

當(dāng)前研究熱點(diǎn)

合當(dāng)前研究熱點(diǎn)

■真實(shí)感圖形實(shí)時(shí)繪制

?物體網(wǎng)格模型的面片簡(jiǎn)化：對(duì)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(diǎn)、邊、面，從而簡(jiǎn)

化所繪制場(chǎng)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。

它直接從一系列已知的圖象中生成未知視角的圖象，

適用于野外極其復(fù)雜場(chǎng)景的生成和漫游

PackagingCAD53

1.1關(guān)于CAD

1.1.3CAD應(yīng)用

■野外自然景物的模擬

?野外場(chǎng)景遠(yuǎn)遠(yuǎn)復(fù)雜于室內(nèi)場(chǎng)景，繪制難度更大,

方法更趨多樣化

?主要繪制山、水、云、樹、草、火等等

?繪制火的粒子系統(tǒng)(ParticleSystem),基于生

理模型的繪制植物的方法，繪制云的細(xì)胞自動(dòng)機(jī)

方法等

PackagingCAD54

1.1關(guān)于CAD

1.1.3CAD應(yīng)用

由清華大學(xué)自然景物平臺(tái)生成的野外場(chǎng)景

PackagingCAD55

1.1關(guān)于CAD

1.1.3CAD應(yīng)用

日本YoshinoriDobashi等人繪制的真實(shí)感云

PackagingCAD56

1.1關(guān)于CAD

1.1.3CAD應(yīng)用

Xfh)g3.0生成的

挪威云杉

PackagingCAD57

1.1關(guān)于CAD

1.1.3CAD應(yīng)用

與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的緊密結(jié)合

_————

-遠(yuǎn)程醫(yī)療與診斷

-遠(yuǎn)程導(dǎo)航與維修

-遠(yuǎn)程教育

PackagingCAD58

1.1關(guān)于CAD

1.1.3CAD應(yīng)用

J+O動(dòng)畫

⑥計(jì)算機(jī)動(dòng)畫

■計(jì)算機(jī)動(dòng)畫近十多年來(lái)取得了很大的發(fā)展，已滲透

到人們生活的各個(gè)角落

?商業(yè)廣告、影視特技/片頭、動(dòng)畫片

?教育、軍事、飛行模擬等

■分類

④三維動(dòng)畫

?二維動(dòng)畫■關(guān)鍵幀動(dòng)畫

■圖象變形■變形物體的動(dòng)畫

-形狀混合■過(guò)程動(dòng)畫

■關(guān)節(jié)動(dòng)畫與人體動(dòng)畫

PackagingCAD59

1.1關(guān)于CAD

1.1.3CAD應(yīng)用

基于特征的圖象變形（貓變虎）

PackagingCAD60

1.1關(guān)于CAD

1.1.3CAD應(yīng)用

我國(guó)第一部利用計(jì)算機(jī)輔助攝制的動(dòng)畫片是《咪咪釣

魚》，1991年由北方工業(yè)大學(xué)和北京電視臺(tái)合作制作，以

二維動(dòng)畫為主。用386微機(jī)和C語(yǔ)言編程，利用數(shù)字化儀

和攝象機(jī)產(chǎn)生關(guān)鍵幀，再由計(jì)算機(jī)在相鄰兩幅關(guān)鍵幀之間

內(nèi)插生成中間幀，并自動(dòng)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(gè)月時(shí)

間。

PackagingCAD61

1.1關(guān)于CAD

1.1.3CAD應(yīng)用

計(jì)算機(jī)藝術(shù)

卷計(jì)算機(jī)藝術(shù)

■用計(jì)算機(jī)軟件從事藝術(shù)創(chuàng)作

?二維平面的畫筆程序（如CorelDraw,

Photoshop,PaintShop）

?圖表繪制軟件（如Visio）

?三維建模和渲染軟件包（如3DMAX,Maya）、

以及一些專門生成動(dòng)畫的軟件（如Alias,

Softimage）

PackagingCAD62

1.1關(guān)于CAD

1.1.3CAD應(yīng)用

?優(yōu)點(diǎn)：

■提供多種風(fēng)格的畫筆畫刷

■提供多種多樣的紋理貼圖，甚至能對(duì)圖象進(jìn)

行霧化，變形等操作

■可以任意修改，取消敗筆

?不足：

■無(wú)法達(dá)到傳統(tǒng)繪畫中風(fēng)格化的藝術(shù)效果

■很難得到有素描效果、油畫效果的藝術(shù)品

PackagingCAD63

1.1關(guān)于CAD

1.1.3CAD應(yīng)用

PackagingCAD64

1.1關(guān)于CAD

1.1.3CAD應(yīng)用

PackagingCAD65

1.1關(guān)于CAD

1.1.3CAD應(yīng)用

■非真實(shí)感繪制(NPR,Non-Photorealistic

Rendering)

?用于模擬藝術(shù)效果，研究方法有別于真實(shí)感圖形

學(xué)

?鋼筆素描的生成

■鋼筆素描產(chǎn)生于中世紀(jì)，從19世紀(jì)開(kāi)始成為一門藝術(shù)

20世紀(jì)90年代開(kāi)始研究用計(jì)算機(jī)模擬

?中國(guó)國(guó)畫與書法的生成

PackagingCAD66

1.1關(guān)于CAD

1.1.3CAD應(yīng)用

GeorgesWinkenblach繪制的壺和碗

(Siggraph,96)

PackagingCAD67

1.1關(guān)于CAD

1.1.3CAD應(yīng)用

Salisbury繪制的茶壺(Siggraph，97)

PackagingCAD68

1.1關(guān)于CAD

1.1.3CAD應(yīng)用

Salisbury繪制的熊(Siggraph，97)

PackagingCAD69

1.1關(guān)于CAD

1.1.3CAD應(yīng)用

OliverDeussen繪制的素描樹

(Siggraph^OOO)

PackagingCAD70

1.1關(guān)于CAD

1.1.3CAD應(yīng)用

OUMStmvnrmtaWhrte

Shrek,2001PDI/Dreamworks

PackagingCAD71

1.1關(guān)于CAD

1.1.3CAD應(yīng)用

MovieExample1

MovieExample2

Real-timeRendering

PackagingCAD72

DevelopmentofCAD-

Highlights

Mostsignificantdevelopment

⑥1962-IvanSutherland(MIT)

⑥1963Ph.DThesis

''sketchpad,aManMachineGraphical

CommunicationSystem”

⑥1982-AutoCAD

⑥1985-Pro/E

卷1993-Solidworks

PackagingCAD73

CADSystemConfiguration

0CPU

⑥Memory

&Gra