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1、三维造型技术基础第1页，此课件共104页哦图形变换是计算机图形学基础内容之一。几何变换，投影变换，视窗变换线性变换，属性不变，拓扑关系不变。作用：把用户坐标系与设备坐标系联系起来；可由简单图形生成复杂图形；可用二维图形表示三维形体；动态显示。第2页，此课件共104页哦内容：以下几方面的内容：数学基础：矢量、矩阵及运算二维几何变换三维几何变换投影变换视窗变换裁剪第3页，此课件共104页哦一、矢量、矩阵及运算1.矢量的含义矢量：是由n个实数组成的集合。如：二维矢量(x,y)，三维矢量(x,y,z)(x,y)XYXYZ(x,y,z)第4页，此课件共104页哦2.矢量运算假定：V1(x1,y1,z1)
2、,V2(x2,y2,z2)为两个矢量，则有：矢量和 V1+V2=(x1+x2,y1+y2,z1+z2)矢量点积 V1V2=x1*x2+y1*y2+z1*z2矢量叉积 V1V2=(y1z2-y2z1,z1x2-z2x1,x1y2-x2y1)矢量长度|V1|=(V1 V1)1/2=(x1*x1+y1*y1+z1*z1)1/2 第5页，此课件共104页哦3.矩阵的含义矩阵：由mn个数按一定位置排列的一个 整体，简称mn矩阵。A=其中，aij称为矩阵A的第i行第j列元素第6页，此课件共104页哦4.矩阵运算加法设A，B为两个具有相同行和列元素的矩阵A+B=数乘kA=k*aij|i=1.m,j=1,n第
3、7页，此课件共104页哦乘法设A为32矩阵，B为避免23矩阵 C=A B=C=Cmp=Am n Bnp cij=aik*bkj单位矩阵 在一矩阵中，其主对角线各元素aii=1,其余皆为0的矩阵称为单位矩阵。n阶单位矩阵通常记作In Am n=Am n In k=1,n第8页，此课件共104页哦逆矩阵若矩阵A存在AA-1=A-1A=I，则称A-1为A的逆矩阵矩阵的转置 把矩阵A=(aij)mn的行和列互换而得到的nm矩阵称为A的转置矩阵,记作AT。(AT)T=A (A+B)T=AT+BT (aA)T =aAT (AB)T =BT AT 当A为n阶矩阵，且A=AT，则 A是对称矩阵。第9页，此课件
4、共104页哦5.矩阵运算的基本性质交换律与结合律师 A+B=B+A;A+(B+C)=(A+B)+C数乘的分配律及结合律 a(A+B)=aA+aB;a(A B)=(aA)B=A(aB)(a+b)A=aA+bA a(bA)=(ab)A矩阵乘法的结合律及分配律 A(B C)=(A B)C第10页，此课件共104页哦 (A+B)C=A C+B C C(A+B)=C A+C B矩阵的乘法不适合交换律第11页，此课件共104页哦二、变换的一般流程二维变换的一般流程：三维变换的一般流程：基本元素几何图形屏幕窗口区几何变换开窗与裁剪视窗变换基本体素几何图形屏幕窗口区几何变换变换、裁剪视窗变换观察空间投影变换第
5、12页，此课件共104页哦三、二维图形变换1.平移变换从点Px,y平移到点Px,yx=x+my=y+nP(x,y)P(xy)mnXY第13页，此课件共104页哦2 旋转变换(x,y)(x,y)一个点绕原点的旋转，逆时针方向为正。第14页，此课件共104页哦3 比例变换P(x,y)P(x,y)x=x*sxy=y*sySx=Sy：均匀缩放。Sx=Sy 1，放大Sx=Sy 1,沿三个轴向等比例缩小 当0s所有点的变换结果都集中到Y轴的1/q处也即所有平行于Y轴的直线，变换后都将沿伸相交于该点。该点亦称为灭点。第59页，此课件共104页哦同理，可得另外两种一点透视变换及其几何含义。二点透视变换 当p、
6、q、r中有两个不为0时的透视变换称为二点透视变换。假定p!=0,r!=0,q=0;将空间上一点(x,y,z)进行变换，可得如下结果：经齐次化处理后得：第60页，此课件共104页哦由上式可看出：当x-时，在X轴上1/p处有一个灭点；当z-时，在Z轴上1/r处有一个灭点；三点透视变换经齐次化处理后得：第61页，此课件共104页哦由上式可看出：当x-时，在X轴上1/p处有一个灭点；当y-时，在Y轴上1/q处有一个灭点;当z-时，在Z轴上1/r处有一个灭点；透视投影图的生成过程一点透视图的生成 在生成一点透视图时，为了避免将立体安置在坐标系原点，而产生下图所示的透视效果，通常在透视变换前，先将立体作一
7、平移变换。第62页，此课件共104页哦其变换过程如下：1）先作平移变换；2）再作透视变换；3）最后将结果投影到V面。由于往XOZ平面上投影，故一点透视变换的灭点选在Y轴上。以下是其变换公式。第63页，此课件共104页哦二点透视投影图的生成 当立体经透视变换后，若直接投影到V面上，可能其立体效果并不理想，所以，在透视变换后，对变换结果绕Z轴旋转后，以使物体轴线不与投影面垂直，再向V面上投影其效果会更好。变换过程如下：第64页，此课件共104页哦1）先对立体进行二点透视变换；2）再把变换结果绕Z轴旋转一角度；3）最后将上述变换结果投影到V面上。三点透视投影图生成 与二点透视投影图生成变换理由一样，
8、在透视变换后，先对变换结果作旋转变换，以保证透视投影面与物体上的三个坐标轴均不平行，从而获得立体效果更好的透视投影图。变换过程如下：1）首先对物体作三点透视变换；2）将透视变换结果绕Z轴旋转一角度 3）再绕X轴旋转一角；4）将上述结果投影到V面。第65页，此课件共104页哦七、视窗变换1 用户域和窗口区1）用户域是指用户用来定义物体的整个自然空间。2）窗口区是指用户在用户域中指定的一个区域。窗口区可以嵌套，即在第i层窗口中可定义第i+1层窗口。第66页，此课件共104页哦2。屏幕域与视图区1）屏幕域是指设备输出图形的最大区域，它是一有限的整数域。如某图形显示器有1024*1024个可编址的象素
9、点，则屏幕域可定义为：DC：0:1023*0:10232)视图区任何小于或等于屏幕域的区域称为视图区。视图区可由用户在屏幕域中，用设备坐标来定义。在一个屏幕上可定义多个视图区。第67页，此课件共104页哦 void drawcircle(r,color)int r,color;int x,y,delt;x=0;y=r;delt=0 while(y=0)drawpixel(x,y,color);if(delt=0)delt=delt+2*x+1;x+;else delt=delt-2*y+1;y-;return 第68页，此课件共104页哦曲面造型(Surface Modeling)是计算机辅助
10、几何设计(Computer Aided Geometric Design,CAGD)和计算机图形学的一项重要内容，主要研究在计算机图象系统的环境下对曲面的表示、设计、显示和分析。它起源于汽车、飞机、船舶、叶轮等的外形放样工艺，由Coons、Bezier等大师于二十世纪六十年代奠定其理论基础。经过三十多年的发展，曲面造型现在已形成了以有理B样条曲面(Rational B-spline Surface)参数化特征设计和隐式代数曲面(Implicit Algebraic Surface)表示这两类方法为主体，以插值(Interpolation)、逼近(Approximation)这二种手段为骨架的几
11、何理论体系。第69页，此课件共104页哦1发展历程发展历程 形状信息的核心问题是计算机表示，既要适合计算机处理，且有效地满足形状信息的核心问题是计算机表示，既要适合计算机处理，且有效地满足形状表示与设计要求，又便于信息传递和数据交换的数学方法。形状表示与设计要求，又便于信息传递和数据交换的数学方法。象飞机、汽车、轮船等具有复杂外形产品的表面是工程中必须解决的问题。曲面造型的目的就在如此。第70页，此课件共104页哦第71页，此课件共104页哦1963年美国波音（Boeing）飞机公司的佛格森（Ferguson）最早引入参数三次曲线（三次Hermite插值曲线），将曲线曲面表示成参数矢量函数形式
12、，构造了组合曲线和由四角点的位置矢量、两个方向的切矢定义的佛格森双三次曲面片，从此曲线曲面的参数化形式成为形状数学描述的标准形式。第72页，此课件共104页哦仅用端点的位置和切矢控制曲线形状是不够的，中间的形状不易控制，仅用端点的位置和切矢控制曲线形状是不够的，中间的形状不易控制，且切矢控制形状不直接。且切矢控制形状不直接。1964年，美国麻省理工学院（MIT）的孔斯（Coons）用四条边界曲线围成的封闭曲线来定义一张曲面，Ferguson曲线曲面只是Coons曲线曲面的特例。而孔斯曲面的特点是插值，即构造出来的曲面满足给定的边界条件，例如经过给定边界，具有给定跨界导矢等等。但这种方法存在形状
13、控制与连接问题。第73页，此课件共104页哦 1964年，舍恩伯格（Schoenberg）提出了参数样条曲线、曲面的形式。1971年，法国雷诺（Renault）汽车公司的贝塞尔（Bezier）发表了一种用控制多边形定义曲线和曲面的方法。这种方法不仅简单易用，这种方法不仅简单易用，而且漂亮地解决了整体形状控制问题，把曲线曲面的设计向前推进了一而且漂亮地解决了整体形状控制问题，把曲线曲面的设计向前推进了一大步，为曲面造型的进一步发展奠定了坚实的基础。大步，为曲面造型的进一步发展奠定了坚实的基础。但当构造复杂曲面时，Bezier方法仍存在连接问题和局部修改问题。第74页，此课件共104页哦 同期，法
14、国雪铁龙（Citroen）汽车公司的德卡斯特里奥（de Castelijau）也独立地研究出与Bezier类似的方法。1972年，德布尔（de Boor）给出了B样条的标准计算方法。19741974年，美国通用汽车公司的戈登（年，美国通用汽车公司的戈登（GordenGorden）和里森费尔德）和里森费尔德（RiesenfeldRiesenfeld）将）将B B样条理论用于形状描述，提出了样条理论用于形状描述，提出了B B样条曲线和曲样条曲线和曲面。面。这种方法继承了Bezier方法的一切优点，克服了Bezier方法存在的缺点，较成功地解决了局部控制问题，又轻而易举地在参数连续性基础上解决了连接
15、问题，从而使自由型曲线曲面形状的描述问题得到较好解决。但随着生产的发展，B样条方法显示出明显不足，不能精确表示圆锥截线及初等解析曲面，这就造成了产品几何定义的不唯一，使曲线曲面没有统一的数学描述形式，容易造成生产管理混乱。19751975年，美国锡拉丘兹（年，美国锡拉丘兹（SyracuseSyracuse）大学的佛斯普里尔）大学的佛斯普里尔（VersprillVersprill）提出了有理）提出了有理B B样条方法。样条方法。第75页，此课件共104页哦 80年代后期皮格尔（Piegl）和蒂勒（Tiller）将有理B样条发展成非均匀有理B样条方法（即NURBS），并已成为当前自由曲线和曲面描述
16、的最广为流行的技术。NURBS方法的突出优点是：可以精确地表示二次规则曲线曲面，从而能用统一的数学形式表示规则曲面与自由曲面，而其它非有理方法无法做到这一点；具有可影响曲线曲面形状的权因子，使形状更宜于控制和实现；NURBS方法是非有理B样条方法在四维空间的直接推广，多数非有理B样条曲线曲面的性质及其相应算法也适用于NURBS曲线曲面，便于继承和发展。由于NURBS方法的这些突出优点，国际标准化组织(ISO)于1991年颁布了关于工业产品数据交换的STEP国际标准，将NURBS方法作为定义工业产品几何形状的唯一数学描述方法，从而使NURBS方法成为曲面造型技术发展趋势中最重要的基础。第76页，
17、此课件共104页哦2 2基本概念基本概念曲线、曲面的显式、隐式、参数表示曲线、曲面的显式、隐式、参数表示曲线、曲面可以用显式、隐式和参数表示。显式：形如显式：形如z f（x，y）的表达式。对于一个平面曲线，显式表示一般形式是：y=f（x）。在此方程中，一个x值与一个y值对应，所以显式方程不能表示封闭或多值曲线，例如，不能用显式方程表示一个圆。隐式：形如隐式：形如f（x，y，z）0的表达式。如一个平面曲线方程，表示成f（x，y）=0的隐式表示。隐式表示的优点是易于判断函数f（x，y）是否大于、小于或等于零，也就易于判断点是落在所表示曲线上或在曲线的哪一侧。参数表示：形如参数表示：形如x f（t）
18、，y f（t），z f（t）的表达式，其中t为参数。即曲线上任一点的坐标均表示成给定参数的函数。第77页，此课件共104页哦如平面曲线上任一点P可表示为：P(t)=x(t),y(t)；空间曲线上任一三维点P可表示为：P(t)=x(t),y(t),z(t)；如图：最简单的参数曲线是直线段，端点为P1、P2的直线段参数方程可表示为：P(t)=P1+(P2-P1)t t0,1;圆在计算机图形学中应用十分广泛，其在第一象限内的单位圆弧的非参数显式表示为：其参数形式可表示为：第78页，此课件共104页哦参数表示的曲线、曲面具有几何不变性等优点，计算机图形学中通常用参数形式描述曲线、曲面。其优势主要表现在
19、：（1）可以满足几何不变性的要求，坐标变换后仍保持几何形状不变（2）有更大的自由度来控制曲线、曲面的形状。如一条二维三次曲线的显式表示为：只有四个系数控制曲线的形状。而二维三次曲线的参数表达式为：有8个系数可用来控制此曲线的形状。（3）对非参数方程表示的曲线、曲面进行变换，必须对其每个型值点进行几何变换，不能对其方程变换（因不满足几何变换不变性）；而对参数表示的曲线、曲面可对其参数方程直接进行几何变换。第79页，此课件共104页哦（4）便于处理斜率为无穷大的情形，不会因此而中断计算。（5）参数方程中，代数、几何相关和无关的变量是完全分离的，而且对变量个数不限，从而便于用户把低维空间中曲线、曲面
20、扩展到高维空间去。这种变量分离的特点使我们可以用数学公式处理几何分量。（6）规格化的参数变量t0,1，使其相应的几何分量是有界的，而不必用另外的参数去定义边界。（7）易于用矢量和矩阵表示几何分量，简化了计算。位置矢量、切矢量、法矢量、曲率和挠率（见高等数学）第80页，此课件共104页哦插值、逼近、拟合插值、逼近、拟合插值：插值：给定一组有序的数据点给定一组有序的数据点Pi，i=0,1,n，构造一条曲线顺序通过这些数据点，称为对这些数据点进行插值，所构造的曲线称为插值曲线。常用插值方法有线性插值、抛物线插值等。逼近：逼近：构造一条曲线使之在某种意义下最接近给定的数据点，构造一条曲线使之在某种意义
21、下最接近给定的数据点，称为对这些数据点进行逼近，所构造的曲线为逼近曲线。称为对这些数据点进行逼近，所构造的曲线为逼近曲线。拟合：拟合：插值和逼近则统称为拟合（插值和逼近则统称为拟合（fitting）。第81页，此课件共104页哦光顺、连续性光顺、连续性光顺：光顺：通俗含义指曲线的拐点不能太多，曲线拐来拐去，就会不顺眼，通俗含义指曲线的拐点不能太多，曲线拐来拐去，就会不顺眼，对平面曲线而言，相对光顺的条件是：对平面曲线而言，相对光顺的条件是：a）具有二阶几何连续性(G2)；b）不存在多余拐点和奇异点；c）曲率变化较小。连续性：连续性：设计一条复杂曲线时，常常通过多段曲线组合而成，设计一条复杂曲线
22、时，常常通过多段曲线组合而成，这需要解决曲线段之间如何实现光滑连接的问题，即为连续性问这需要解决曲线段之间如何实现光滑连接的问题，即为连续性问题。题。曲线间连接的光滑度的度量有两种：一种是函数的可微性，把组合参数曲线构造成在连接处具有直到n阶连续导矢，即n阶连续可微，这类光滑度称之为C n或n阶参数连续性。另一种称为几何连续性，组合曲线在连接处满足不同于C n的某一组约束条件，称为具有n阶几何连续性，简记为G n。曲线光滑度的两种度量方法并不矛盾，C n连续包含在G n连续之中。第82页，此课件共104页哦 对于上图所示二条曲线P(t)和Q(t)，参数若要求在结合处达到G0连续或C0连续，即两
23、曲线在结合处位置连续：P(1)=Q(0)。第83页，此课件共104页哦若要求在结合处达到G1连续，就是说两条曲线在结合处在满足G0连续的条件下，并有公共的切矢：当 G1连续就成为C1连续。若要求在结合处达到G2连续，就是说两条曲线在结合处在满足G1连续的条件下，并有公共的曲率矢：时这个关系为：即Q”(0)在P”(1)和P(1)确定的平面内。为任意常数。当 G2连续就成为C2连续。在弧长作参数的情况下，C1连续保证G2连续，C1连续能保证G2连续，但反过来不行。也就是说C n连续的条件比Gn连续的条件要苛刻。时第84页，此课件共104页哦3简单代数曲面简单代数曲面简单代数曲面在造型系统中常见，但
24、远远不能满足复杂曲面造型的要求。第85页，此课件共104页哦AutoCADAutoCAD及及MDTMDTIDEASMasterSerIDEASMasterSeriesiesCATIACATIAUnigraphicUnigraphicss（UG)UG)EUCLIDEUCLIDSolidWorksSolidWorksPro/EnginePro/Engineerer国内自主开国内自主开发的的CADCAD软件件第86页，此课件共104页哦AutoCADAutoCAD及及MDTMDT AutoCADAutoCAD是美国是美国AutodeskAutodesk公司为微机开发的一个交互式绘图软公司为微机开发的
25、一个交互式绘图软件，是件，是AutodeskAutodesk的主导产品。的主导产品。AutoCADAutoCAD是当今最流行的二维绘图软件，是当今最流行的二维绘图软件，它有强大的二维功能，如绘图、编辑、尺寸标注、图案填充以及方便它有强大的二维功能，如绘图、编辑、尺寸标注、图案填充以及方便用户二次开发的功能。用户二次开发的功能。MDTMDT（Mechanical DesktopMechanical Desktop）是）是AutodeskAutodesk公司在机械行业推出的基公司在机械行业推出的基于参数化特征实体造型和曲面造型的于参数化特征实体造型和曲面造型的CAD/CAMCAD/CAM软件。它以
26、三维设计为基础，软件。它以三维设计为基础，集设计、分析、制造以及文档管理等多种功能于一体，为用户提供了从设计集设计、分析、制造以及文档管理等多种功能于一体，为用户提供了从设计到制造的一体化解决方案。到制造的一体化解决方案。MDTMDT主要功能特点如下：主要功能特点如下：1 1、基于特征的参数化实体造型；、基于特征的参数化实体造型；2 2、基于、基于NURBNURB的曲面造型，可以构造各种各样的复杂曲面，以满足的曲面造型，可以构造各种各样的复杂曲面，以满足如模具设计等方面对复杂曲面的要求；如模具设计等方面对复杂曲面的要求；3 3、可以比较方便地完成几百甚至上千个零件的大型装配；、可以比较方便地完
27、成几百甚至上千个零件的大型装配；4 4、MDTMDT提供了关联的绘图和草绘功能，提供完整的模型和绘图双向连接。提供了关联的绘图和草绘功能，提供完整的模型和绘图双向连接。第87页，此课件共104页哦MDTMDT不仅包含了完整的二维绘图工具集，而且提供非参数化实体造不仅包含了完整的二维绘图工具集，而且提供非参数化实体造型和基于特征的参数化实体造型、基于约束的装配造型、型和基于特征的参数化实体造型、基于约束的装配造型、NURBSNURBS复复杂曲面造型、实体与曲面融合以及杂曲面造型、实体与曲面融合以及IGESIGES、STEPSTEP、VDA-FSVDA-FS数据数据交换器等一系列先进的三维设计功能
28、及工具，圆满地将交换器等一系列先进的三维设计功能及工具，圆满地将2D2D绘图绘图与与3D3D造型技术融于一体。造型技术融于一体。MDTMDT能够自动从能够自动从3D3D实体模型中生成多个实体模型中生成多个视图的各种配置，支持设计模型与工作图纸的双向数据关联，这视图的各种配置，支持设计模型与工作图纸的双向数据关联，这些都是它的极为优异的功能特性。些都是它的极为优异的功能特性。当然，当然，MDTMDT还存在一些值得改进的地方。例如不支持多个文档，造还存在一些值得改进的地方。例如不支持多个文档，造型手段不如哪些老牌的工作站系统丰富。但是型手段不如哪些老牌的工作站系统丰富。但是MDTMDT的价格优势将
29、使的价格优势将使之成为之成为Pro/EngineerPro/Engineer或或SDRCSDRC的重要竞争对手。的重要竞争对手。第88页，此课件共104页哦IDEASMasterSeriesIDEASMasterSeries IDEAS MasterSeriesIDEAS MasterSeries是美国国家航空及宇航局是美国国家航空及宇航局(NASA)(NASA)支持的美国支持的美国SDRC(Structure Dynamics Research CorporationSDRC(Structure Dynamics Research Corporation）公司自）公司自19931993年推出
30、的新一代机械设计自动化软件，其侧重点是年推出的新一代机械设计自动化软件，其侧重点是工程分析和产工程分析和产品建模品建模，并以其高度的，并以其高度的CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM一体化、功能强大、易学易用等特一体化、功能强大、易学易用等特点而著称。点而著称。它采用开发型的数据结构，把实体建模、有限元模型与分析、计算它采用开发型的数据结构，把实体建模、有限元模型与分析、计算机绘图、实验数据分析与综合、数控编程以及文件管理等集为一体，因机绘图、实验数据分析与综合、数控编程以及文件管理等集为一体，因而能很好的实现计算机辅助设计。而能很好的实现计算机辅助设计。实体建模是实体建模是IDEAS
31、IDEAS的基础，它包括了物体建模、系统组装及机构的基础，它包括了物体建模、系统组装及机构设计等模块。物体建模模块可以通过定义非均匀有理设计等模块。物体建模模块可以通过定义非均匀有理B B样条曲线构成的样条曲线构成的光滑表面来形成雕塑曲面；系统组装模块通过对给定几何实体的定位来光滑表面来形成雕塑曲面；系统组装模块通过对给定几何实体的定位来表达组件的关系，可以实现干涉检验及物性计算；机构设计模块用来分表达组件的关系，可以实现干涉检验及物性计算；机构设计模块用来分析机构的复杂运动关系，并可通过动画显示机构的运动过程。析机构的复杂运动关系，并可通过动画显示机构的运动过程。重要客户或合作伙伴：波音、索
32、尼、三星、现代、福特重要客户或合作伙伴：波音、索尼、三星、现代、福特第89页，此课件共104页哦I-DEAS Master Series I-DEAS Master Series 与与SDRCSDRC公司的先前版本相比，是一公司的先前版本相比，是一个全新的突破。在整个系统中支持所有类型的特征造型功能，个全新的突破。在整个系统中支持所有类型的特征造型功能，包括支持特征、曲线、曲面等，更为重要的是，其包括支持特征、曲线、曲面等，更为重要的是，其VGXVGX技术的推技术的推出出陈述性三维约束表达陈述性三维约束表达SDRCSDRC新的新的VGXVGX变量几何技术真正做到使设计者将注意力集中在变量几何技
33、术真正做到使设计者将注意力集中在工程方面的问题上，直接体现自己的设计思路，基于工程方面的问题上，直接体现自己的设计思路，基于VGXVGX的变量的变量化特征允许化特征允许CADCAD用户通过相同零件的特征在用户通过相同零件的特征在3D3D中动态捕捉各种关中动态捕捉各种关系，并且历程顺序不影响关系的有效性。系，并且历程顺序不影响关系的有效性。VGXVGX功能扩展了检验产品功能扩展了检验产品的约束推理能力。的约束推理能力。但是，但是，VGXVGX技术只是刚刚起步，其先进性有待进一步检验，而且技术只是刚刚起步，其先进性有待进一步检验，而且目前目前VGXVGX特征仅仅表示了拉伸特征，尚不能够表示旋转等其
34、特征仅仅表示了拉伸特征，尚不能够表示旋转等其他特征，并且他特征，并且3D3D约束中的相切功能也只适用于平面或解析面。约束中的相切功能也只适用于平面或解析面。第90页，此课件共104页哦CATIACATIA CATIACATIA是法国达索（是法国达索（DassaultDassault）开发的产品。该系统是在）开发的产品。该系统是在CADAMCADAM系系统（原由美国洛克希德公司开发，后并入统（原由美国洛克希德公司开发，后并入IBMIBM公司）基础上扩充开公司）基础上扩充开发的。发的。CATIACATIA是一个高档是一个高档CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM系统，它具有统一的用户界面、系
35、统，它具有统一的用户界面、数据管理以及兼容的数据库和应用程序接口。数据管理以及兼容的数据库和应用程序接口。CATIACATIA采用特征造型和参数化技术，允许自动指定或由用过采用特征造型和参数化技术，允许自动指定或由用过指定参数化设计、几何或功能化约束的变量式设计。其曲面造型指定参数化设计、几何或功能化约束的变量式设计。其曲面造型功能包含了功能包含了高级曲面设计和自由外形设计高级曲面设计和自由外形设计，用于处理复杂的曲线，用于处理复杂的曲线和曲面定义，并有许多自动化功能，包括分析工具，加速了曲面设计和曲面定义，并有许多自动化功能，包括分析工具，加速了曲面设计过程。过程。CATIACATIA重点在
36、航空、汽车和造船业上，所以产品很强、价格高，但使重点在航空、汽车和造船业上，所以产品很强、价格高，但使用人数较少。其最大的标志性客户是美国波音（用人数较少。其最大的标志性客户是美国波音（BoeingBoeing）公司，波音公公司，波音公司通过司通过CATIACATIA建立一整套无图纸飞机生产系统，建立一整套无图纸飞机生产系统，“波音波音777”777”飞机是其飞机是其杰作之一。杰作之一。第91页，此课件共104页哦CATIACATIA诞生于航空业，目前是航空工业内无可争议的主导诞生于航空业，目前是航空工业内无可争议的主导CAXCAX软软件，在汽车工业，件，在汽车工业，CATIACATIA几乎可
37、以被称作行业标准，同时在其他行业几乎可以被称作行业标准，同时在其他行业CATIACATIA也显示了其强大的实力。也显示了其强大的实力。CATIACATIA采用了许多最新的技术、如可变、可编辑的参数；采用了许多最新的技术、如可变、可编辑的参数；NURBSNURBS；智能实体；基于知识；基于特征；面向对象的设计技术；集成数智能实体；基于知识；基于特征；面向对象的设计技术；集成数据管理功能，它的复合建模的技术极大地增强了其机械设计的实据管理功能，它的复合建模的技术极大地增强了其机械设计的实体、曲面设计和修改能力；体、曲面设计和修改能力；CATIACATIA能够对现有的实体和曲面模型施加约束。模型中的
38、实体可能够对现有的实体和曲面模型施加约束。模型中的实体可以不必被完全约束。除了参数化造型能力，以不必被完全约束。除了参数化造型能力，CATIACATIA还提供了其它还提供了其它的造型手段。它还支持与绘图和的造型手段。它还支持与绘图和NCNC的双向数据关联。现在，的双向数据关联。现在，CATIACATIA正在扩展它已经非常强大的曲面造型能力，力争使之发展成为正在扩展它已经非常强大的曲面造型能力，力争使之发展成为一个全面的机械设计系统。一个全面的机械设计系统。第92页，此课件共104页哦UnigraphicsUnigraphics（UG)UG)UGUG是是Unigraphics Solutions
39、Unigraphics Solutions公司开发的产品。其最早应用公司开发的产品。其最早应用于美国于美国麦道（麦道（MD)MD)公司和通用电气（公司和通用电气（GE)GE)公司，广泛应用于航天、汽车、通用公司，广泛应用于航天、汽车、通用机械及模具等领域。机械及模具等领域。UGUG采用基于特征的实体造型，无论是装配图还是零件图设计，都从三采用基于特征的实体造型，无论是装配图还是零件图设计，都从三维实体开始，可视化程度很高。三维实体生成后，可自动生成二维视图，维实体开始，可视化程度很高。三维实体生成后，可自动生成二维视图，如三视图、轴侧图、剖视图等。具有尺寸驱动编辑功能和统一数据库，如三视图、轴
40、侧图、剖视图等。具有尺寸驱动编辑功能和统一数据库，一个零件尺寸修改，可致使相关零件的变化。该软件还具有人机交互方一个零件尺寸修改，可致使相关零件的变化。该软件还具有人机交互方式下的有限元解算程序，可以进行应变、应力及位移分析。式下的有限元解算程序，可以进行应变、应力及位移分析。UGUG的的CAMCAM模块模块提供了一种产生精确刀具路径的方法，该模块允许用户通过观察刀具提供了一种产生精确刀具路径的方法，该模块允许用户通过观察刀具运动来图形化地编辑刀轨，如延伸、修剪等，其所带地后处理程序支运动来图形化地编辑刀轨，如延伸、修剪等，其所带地后处理程序支持多种数控机床。持多种数控机床。UGUG具有多种图
41、形文件接口，可用于复杂形体的造型设计，在应用具有多种图形文件接口，可用于复杂形体的造型设计，在应用经验方面数它的经验方面数它的数控加工较强数控加工较强，特别适合大型企业和研究所使用。，特别适合大型企业和研究所使用。第93页，此课件共104页哦EUCLIDEUCLID EUCLIDEUCLID软件是法国软件是法国MATRAMATRA公司信息部的产品，它是由法国国家公司信息部的产品，它是由法国国家科学研究中心为英法联合研制的协和号超音速客机而开发的软件。科学研究中心为英法联合研制的协和号超音速客机而开发的软件。该软件具有统一的面向对象的分布式数据库，在三维实体、复杂该软件具有统一的面向对象的分布式
42、数据库，在三维实体、复杂曲面、二维图形及有限元分析模型间不需任何数据的转换工作。曲面、二维图形及有限元分析模型间不需任何数据的转换工作。由于数据是彼此引用，而不是简单的复制，所以用户在修改某部由于数据是彼此引用，而不是简单的复制，所以用户在修改某部分设计时，其他相关数据会自动更新。分设计时，其他相关数据会自动更新。EUCLIDEUCLID主要在主要在SGISGI、DECDEC、SunSun和和HPHP工作站上运行，工作站上运行，法国雷诺汽车公法国雷诺汽车公司是其用户司是其用户。第94页，此课件共104页哦SolidWorksSolidWorks SolidWorksSolidWorks是生信国
43、际有限公司推出的基于是生信国际有限公司推出的基于WindowsWindows的机械设计软的机械设计软件。该软件以件。该软件以WindowsWindows为平台，采用自顶向下的设计方法，可动态模为平台，采用自顶向下的设计方法，可动态模拟装配过程；它采用基于特征的实体建模，自称拟装配过程；它采用基于特征的实体建模，自称100100的参数化设计和的参数化设计和100100的可修改性。的可修改性。SolidWorksSolidWorks集成包括结构分析、运动分析、工程数据库管理和集成包括结构分析、运动分析、工程数据库管理和数控加工等。数控加工等。SolidWorksSolidWorks微机软件旨在以工
44、作站版的相应软件价格的微机软件旨在以工作站版的相应软件价格的1/41/41/51/5向向广大机械设计人员提供用户界面更友好、运行环境更大众化的实体广大机械设计人员提供用户界面更友好、运行环境更大众化的实体造型实用功能。造型实用功能。因为因为SolidWorksSolidWorks的价廉和倾向基本机械设计的功能，所以它也的价廉和倾向基本机械设计的功能，所以它也很受大学机械系的师生欢迎。很受大学机械系的师生欢迎。第95页，此课件共104页哦 SolidWorks 95的第三代产品，是第一个基于微机平台的高度商品化的特征造型系统。SolidWorks 97采用了独特的特征树管理技术，极大地方便了实体
45、模型的构造与修改，并能够最大限度地保持设计者的意图。其变量化技术代表了目前商品化软件中该项技术的最高水平。值得一提的是其全OLE风格的二次开发接口，使得在SolidWorks 97上作二次开发变得极为简单，如使加工特征识别技术达到实用水平的CAMWorks的开发成功就是一例。第96页，此课件共104页哦Integraph公司的SolidEdgeSolidEdgeSolidEdge是是IntegraphIntegraph公司在公司在Microsoft WindowsMicrosoft Windows操作系统操作系统上全新的上全新的CADCAD系列软件的旗舰。系列软件的旗舰。SolidEdgeSo
46、lidEdge最大的特色是它独具创最大的特色是它独具创意的使用者界面，这方面意的使用者界面，这方面SolidEdgeSolidEdge比任何其他的实体模型系统比任何其他的实体模型系统都优秀。都优秀。SolidEdgeSolidEdge不仅可以报告模型的定位过约束和欠约束的情形，并使不仅可以报告模型的定位过约束和欠约束的情形，并使约束的修改变得十分容易，而且它还可以通过一个被称为约束的修改变得十分容易，而且它还可以通过一个被称为“Show VariabilityShow Variability”的工具用图形显示可以变化的情况。的工具用图形显示可以变化的情况。SolidEdgeSolidEdge可
47、以读入可以读入AutoCADAutoCAD或或MicrostationMicrostation所产生的实体所产生的实体模型进行装配设计，并且可以在装配文档中进行零件编辑。模型进行装配设计，并且可以在装配文档中进行零件编辑。SolidEdgeSolidEdge还具有极为出色的出图能力，对模型所作的修改还具有极为出色的出图能力，对模型所作的修改可以自动反应在视图上。可以自动反应在视图上。当然，当然，SolidEdgeSolidEdge也具有一些缺陷，它不能够支持一些造型功能，也具有一些缺陷，它不能够支持一些造型功能，如在实体模型中加入自由曲面；其变半径倒角能力不强，不支如在实体模型中加入自由曲面；
48、其变半径倒角能力不强，不支持零件或装配模型与工程图的双向关联不能够产生爆炸图的工持零件或装配模型与工程图的双向关联不能够产生爆炸图的工程视图。程视图。第97页，此课件共104页哦Pro/EngineerPro/Engineer Pro/EngineerPro/Engineer是美国参数技术公司（是美国参数技术公司（Parametric Technology Parametric Technology CorporationCorporation，PTCPTC）的产品。它采用面向对象的统一数据库和全参数化实）的产品。它采用面向对象的统一数据库和全参数化实体造型技术，为三维实体造型提供了一个优良的
49、平台，因此以面世（体造型技术，为三维实体造型提供了一个优良的平台，因此以面世（19881988）就深受用户的欢迎。）就深受用户的欢迎。Pro/EPro/E率先采用了参数化技术；它开始时建立在工作站上，使系统独率先采用了参数化技术；它开始时建立在工作站上，使系统独立于硬件，便于移植；该系统用户界面简洁，概念清晰，符合工程人员立于硬件，便于移植；该系统用户界面简洁，概念清晰，符合工程人员的设计思想和习惯；的设计思想和习惯；Pro/EPro/E整个系统建立在统一的数据库上，具有完整而统一的模型，能将整整个系统建立在统一的数据库上，具有完整而统一的模型，能将整个设计至生产过程集成在一起；个设计至生产过
50、程集成在一起；它有它有2020多个模块供用户选择。其工业设计方案能可以直接读取内多个模块供用户选择。其工业设计方案能可以直接读取内部的零件和装配文件，当原始造型被修改后，具有自动更新的功能。部的零件和装配文件，当原始造型被修改后，具有自动更新的功能。其其MOLDESIGNMOLDESIGN模块能产生加工零件的完善的模具装配文件。模块能产生加工零件的完善的模具装配文件。基于以上原因基于以上原因Pro/EPro/E在最近几年已成为三维机械设计领域里最富有魅在最近几年已成为三维机械设计领域里最富有魅力的系统，其销售额和用户群发展速度很快。力的系统，其销售额和用户群发展速度很快。第98页，此课件共10