包裝計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)介紹經(jīng)典案例

包裝計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)1PackagingCAD教學(xué)要求2PackagingCAD教學(xué)參考書(shū)3PackagingCAD考核上機(jī)實(shí)驗(yàn)和作業(yè)：20%課程設(shè)計(jì)：10%考試〔閉卷〕：70%4PackagingCAD內(nèi)容提要第一局部綜述第二局部計(jì)算機(jī)圖形學(xué)根底第三局部AutoCAD2006第四局部ArtiosCAD6.025PackagingCADCAD是什么CAD的開(kāi)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)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(mén)學(xué)科。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是計(jì)算機(jī)科學(xué)中，最為活潑、得到廣泛應(yīng)用的分支之一。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)用提供理論根底。計(jì)算機(jī)繪圖〔CG:ComputerGraph〕那么是應(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(mén)學(xué)科。11PackagingCAD圖形及構(gòu)成圖形的要素圖形：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構(gòu)成圖形的要素幾何要素：刻畫(huà)對(duì)象的輪廓、形狀等非幾何要素：刻畫(huà)對(duì)象的顏色、材質(zhì)等1.1關(guān)于CAD

1.1.1WhatisCAD12PackagingCAD計(jì)算機(jī)中表示圖形的方法點(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(chēng)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(chēng)為圖形圖形主要分為兩類(lèi)：－－基于線條信息表示－－明暗圖(Shading)1.1關(guān)于CAD

1.1.1WhatisCAD13PackagingCAD

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究?jī)?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(jì)算機(jī)圖形學(xué)〕模型〔特征〕提取〔計(jì)算機(jī)視覺(jué)，模式識(shí)別〕模型變換〔計(jì)算幾何〕圖像變換〔圖像處理〕開(kāi)展特點(diǎn):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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)內(nèi)更好地存儲(chǔ)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(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，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。1.1關(guān)于CAD

1.1.1WhatisCAD18PackagingCAD計(jì)算機(jī)視覺(jué)和模式識(shí)別圖形學(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(xiě)體識(shí)別、機(jī)器視覺(jué)。1.1關(guān)于CAD

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

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

1.1.2開(kāi)展歷史21PackagingCAD1.1關(guān)于CAD

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

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

1.1.2開(kāi)展歷史歷史追溯24PackagingCAD80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)期飛速開(kāi)展1.1關(guān)于CAD

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

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

1.1.2開(kāi)展歷史60年代中期：畫(huà)線顯示器〔亦稱(chēng)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。27PackagingCAD1.1關(guān)于CAD

1.1.2開(kāi)展歷史硬件開(kāi)展28PackagingCAD圖形顯示設(shè)備的開(kāi)展畫(huà)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1.1關(guān)于CAD

1.1.2開(kāi)展歷史硬件開(kāi)展29PackagingCAD第一階段：控制開(kāi)關(guān)、穿孔紙等等第二階段：鍵盤(pán)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1.1關(guān)于CAD

1.1.2開(kāi)展歷史硬件開(kāi)展圖形輸入設(shè)備的開(kāi)展30PackagingCAD31PackagingCAD圖形軟件開(kāi)展及軟件標(biāo)準(zhǔn)形成三種類(lèi)型的計(jì)算機(jī)圖形軟件系統(tǒng)：

(1)用某種語(yǔ)言寫(xiě)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(zhuān)用圖形系統(tǒng)效率高，但系統(tǒng)開(kāi)發(fā)量大，可移植性差。

1.1關(guān)于CAD

1.1.2開(kāi)展歷史32PackagingCAD開(kāi)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(kāi)展及軟件標(biāo)準(zhǔn)的形成1.1關(guān)于CAD

1.1.2開(kāi)展歷史33PackagingCAD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、高效率的開(kāi)展趨勢(shì)圖形軟件開(kāi)展及軟件標(biāo)準(zhǔn)的形成1.1關(guān)于CAD

1.1.2開(kāi)展歷史34PackagingCAD1.1.3CAD的應(yīng)用計(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、最活潑的應(yīng)用領(lǐng)域飛機(jī)、汽車(chē)、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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造(CAD/CAM)38PackagingCAD工程圖及其三維重建結(jié)果2計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(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)，外表的紋理和粗糙程度，以及物體間的相對(duì)位置，遮擋關(guān)系等等1.1關(guān)于CAD

1.1.3

CAD應(yīng)用46PackagingCAD真實(shí)感圖形實(shí)時(shí)繪制與自然景物仿真光照模型簡(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(shù)、自適應(yīng)八叉樹(shù)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(guó)副總統(tǒng)戈?duì)栐诼迳紮C(jī)加利福尼亞科學(xué)中心召開(kāi)的地理信息系統(tǒng)年會(huì)上提出了這一設(shè)想。比方，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)看到大洲，隨之是區(qū)域、國(guó)家、城市、最后是房屋、樹(shù)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(lèi)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蚬こ台暿占沫h(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)手套向超連接局部敲擊，她還可以獲得更多的有關(guān)她所見(jiàn)物體的信息。比方，為了準(zhǔn)備全家去國(guó)家黃石公園渡假，她籌劃一個(gè)完美的步行旅游，去觀看剛從書(shū)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。1.1關(guān)于CAD

1.1.3

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

1.1.3

CAD應(yīng)用50PackagingCAD多媒體在計(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(huà)特點(diǎn)：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(lè)。1.1關(guān)于CAD

1.1.3

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

1.1.3

CAD應(yīng)用52PackagingCAD當(dāng)前研究熱點(diǎn)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(tái)生成的野外場(chǎng)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(shí)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(yuǎn)程醫(yī)療與診斷遠(yuǎn)程導(dǎo)航與維修遠(yuǎn)程教育1.1關(guān)于CAD

1.1.3

CAD應(yīng)用58PackagingCAD計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)近十多年來(lái)取得了很大的開(kāi)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(huà)片教育、軍事、飛行模擬等分類(lèi)二維動(dòng)畫(huà) 圖象變形形狀混合三維動(dòng)畫(huà)關(guān)鍵幀動(dòng)畫(huà)變形物體的動(dòng)畫(huà)過(guò)程動(dòng)畫(huà)關(guān)節(jié)動(dòng)畫(huà)與人體動(dòng)畫(huà)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(guó)第一部利用計(jì)算機(jī)輔助攝制的動(dòng)畫(huà)片是?咪咪釣魚(yú)?，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(huà)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(huà)面疊加在一起，形成完整的畫(huà)面。10分鐘的片子，5人小組花了10個(gè)月時(shí)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(shù)(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