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计算机绘图概论

2011-02-14 3页 pdf 160KB 55阅读

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计算机绘图概论 第 1 章 计算机绘图概论 教学提示:计算机绘图是计算机辅助设计(CAD)的重要内容之一,是土木工程技术人 员必须掌握的基本技能。计算机绘图技术还广泛运用于电子、机械、航空、航海、轻工、 产品设计、广告影视制作等领域。 教学目标:了解计算机绘图的发展、应用的概况,并掌握计算机绘图系统的基本组成。 1.1 计算机绘图的发展 自从 1946年世界上第一台电子计算机诞生以来,计算机的发展与应用创造了许多令人 难以想象的奇迹。在计算机科学的应用领域中,计算机绘图虽然起步较晚,但发展速度很 快,目前已广泛应...
计算机绘图概论
第 1 章 计算机绘图概论 教学提示:计算机绘图是计算机辅助(CAD)的重要内容之一,是土木技术人 员必须掌握的基本技能。计算机绘图技术还广泛运用于电子、机械、航空、航海、轻工、 产品设计、广告影视制作等领域。 教学目标:了解计算机绘图的发展、应用的概况,并掌握计算机绘图系统的基本组成。 1.1 计算机绘图的发展 自从 1946年世界上第一台电子计算机诞生以来,计算机的发展与应用创造了许多令人 难以想象的奇迹。在计算机科学的应用领域中,计算机绘图虽然起步较晚,但发展速度很 快,目前已广泛应用于科研、设计和生产的许多部门,发挥着越来越重要的作用。如果说 显微镜使人们能够观察微观世界,望远镜向人们展现了宏大的宇宙,而计算机技术,则使 人们看到了一个完全由电子设备模拟的人造数字世界。 图形是客观事物的直接反映,比语言文字更形象,更易于理解和交流,工程图样是 达与交流技术思想的重要工具。长期以来人们一直沿用传统的手工方式绘图,不仅速度慢、 劳动强度大,而且精度也得不到保证。随着技术的进步,图形和数据有了十分密切的联系, 在一定的条件下可以互相转换。电子计算机是一种先进的计算工具,具有很强的数据处理 能力,借助计算机进行绘图就是计算机绘图。利用计算机绘图,可以把人们从烦琐的绘图 劳动中解放出来,自动生成图形并控制输出设备,得到所需要的高质量图形。计算机绘图 由于具有速度快、质量高等许多优点,在科学计算、分析、统计、设计、生产中得到广泛 应用。从常见的统计图到复杂的建筑施工图、机械装配图,从日常生活中的服装裁剪到电 子元件密布的集成电路图都可以由计算机来完成。 计算机绘图经历了由被动式绘图向交互式绘图、由二维绘图向三维实体造型的发展过 程,目前正朝着计算机辅助绘图(CAG)、计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM) 三者一体化的方向发展。 1.2 计算机绘图的应用 计算机绘图广泛应用于工业、商业、教育、科研等许多领域,甚至进入了普通家庭。 计算机绘图的应用主要有以下几个方面。 1. 计算机辅助设计与辅助制造 这是计算机绘图最重要、最广泛的应用领域。利用图形学技术,可以绘制各个行业的 工程图样,包括建筑施工图、结构施工图、设备施工图、机械零件图、装配图等;可以进 土木工程计算机绘图 ·2· ·2· 行结构的受力分析、优化设计,模拟最终产品在各种条件下的变化情况。 2. 动画制作与计算机模拟 用计算机绘图技术产生的动画,无论其艺术效果还是经济效益,都是手工绘制无法比 拟的。计算机模拟包括的范围则更加广泛,如模拟太空飞行的情况、核反应和化学反应过 程,以及汽车碰撞、地震破坏过程,通过计算机模拟使试验变得安全、快捷,并可大大降 低成本。 3. 绘制勘探、测量图形 根据勘探和测量数据,绘制高精度的矿藏分布图、地理规划图、地形图、地质图、气 象图、航海图等。 4. 图像处理 可以对经过扫描采样的照片图像信息进行各种加工,在医疗保健、宇宙探索等行业中, 计算机图像处理具有十分重要的意义。 5. 过程控制 计算机图形系统的过程控制可以将各类传感器采集到的非图像信号加工处理成图像, 过程控制的操作非常方便,例如发电厂、化工厂的控制、机场对飞机的控制等。 6. 办公室自动化 通过计算机绘图能够对大量杂乱无章的文件数据进行分类、汇总,绘制出各类信息的二 维、三维图表,提供形象化的数据和变化趋势,增加对复杂现象的了解,并协助作出决策。 7. 科学计算可视化 通过对空间数据场构造中间几何图素在屏幕上产生二维图像,结果直观明了。这种技 术已用于有限元分析的后处理、分子模型构造、地震数据处理、大气科学、生物化学及医 疗卫生等领域。 8. 计算机辅助教育 计算机图形系统可以生动地演示物理、化学、生物、工程等学科的教学内容,使教学 过程变得生动、形象和直观,有助于提高学生的学习兴趣和注意力,增强教学效果。 计算机绘图在土木工程中的应用也非常广泛,除了用于工程施工图的绘制之外,还用 于各种图形可视化文档、建筑三维图及渲染图、工程进度图、资金控制图及统筹网络图, 以及工程计算、数据分析的可视化研究。 1.3 计算机绘图系统 计算机绘图系统包括硬件系统和软件系统两部分。硬件系统由计算机及其外围设备组 成,它是计算机绘图的物质基础。软件系统是系统软件、图形开发工具等环境的组合,它 是计算机绘图的核心,决定计算机绘图系统的功能。 第 1章 计算机绘图概论 ·3· ·3· 计算机绘图系统的硬件通常由主机和输入/输出设备、外存储设备等组成。主机主要是 指计算机的中央处理器(CPU)和内存储器(简称内存)两部分,它是控制和指挥整个系统运行 并执行实际运算、逻辑分析的装置,是系统的核心。输入设备的主要任务是把程序、数据、 图表及其符号等信息送入计算机内,常用的输入设备有键盘、鼠标、点定位设备和扫描仪 等。输出设备是用来显示或记录程序、计算结果、图形及符号等信息的设备,常用的有显 示器、绘图仪和打印机等。外存储设备是弥补内存储器不足的一种辅助存储器装置,用来 存放大量的暂时不用的程序和数据。目前常用的外存储设备有磁盘和光盘。 计算机绘图系统软件按功能分为三个层次,它们是系统软件、支撑软件和面向用户的 应用软件。系统软件作为用户与计算机之间的一个接口,为用户使用计算机提供了方便, 同时它对计算机的各种资源进行有效的管理与控制,从而能最大限度地发挥计算机的效率。 系统软件主要包括操作系统及面向计算机维护的程序。支撑软件是计算机绘图系统的核心 部分,起承上启下的作用,主要包括交互式图形支撑系统、工程数据库和语言处理系统三 个部分。应用软件是在系统软件和支撑软件基础上,针对某种特定任务发展起来的。面向 用户的应用软件的开发,也称为“二次开发”,这种开发项目专业性强,往往由软件工作 者与用户联合开发。 交互式图形处理是计算机绘图最主要的特色和基本的功能,它包括几何建模软件包和 图形软件包两部分。其中几何建模软件包的主要任务是建立计算机绘图系统中的几何模型, 以及相应的数学模型及数据结构,把几何形体以数据文件的形式存放在数据库中。图形软 件包的主要任务就是提供绘图功能,用户无须使用高级语言编程,只要输入参数就可绘制 各种基本图形元素,如线、圆、弧、文本等,并且具有强大的图形编辑功能,能对图形进 行各种处理,如几何变换、尺寸标注、画剖面线等,还可通过输出命令绘制出符合工程要 求的图样。 目前国内外各种图形软件很多,主要有 AutoCAD、CADKEY、PD等软件包。由美国 Autodesk公司开发的交互式图形软件包 AutoCAD,由于其功能强、适用面广、易学实用和 便于二次开发,是目前在国际上最为流行的图形通用软件,该软件本书将在以后章节作详 细介绍。 总之,计算机绘图是一门应用非常广泛的技术,在土木工程的各个领域占有很重要的 地位,计算机绘图的知识和技术,是土木工程技术人员必须掌握的基本技能,也是工程技 术发展的需要。 1.4 思 考 1. 计算机绘图技术主要应用于哪些领域? 2. 计算机绘图系统主要包括哪两个部分?每个部分由什么构成?
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