第二章材料加工CAD技術基礎2.1CAD系統的組成與分類2.2計算機圖形處理技術2.3CAD系統的三維造型技術2.4CAD系統的數據信息交換2.5CAD系統的智能化技術與優化分析技術第二章材料加工CAD技術基礎2.1CAD系統的組成與分類學習目標：

了解CAD系統的組成及分類。掌握圖形處理技術、CAD系統的三維造型技術，CAD系統的數據信息交換。了解CAD系統的智能化和優化技術。學習重點：圖形學基礎知識、CAD系統的三維造型技術，CAD系統的數據信息交換。學習目標：

了解CAD系統的組成及分類。掌握圖形處2.3CAD系統的三維造型技術

三維造型技術是核心技術。線框建模、表面建模、實體建模、特征建模2.3CAD系統的三維造型技術

三維造型技術是核心技術。產品建模技術的發展表面建模，增加面的信息。20世紀60年代幾何建模技術產生初始階段主要采用線框結構，僅包含物體頂點和棱邊的信息。線框建模20世紀80年代幾何模型只是物體幾何數據及拓撲關系的描述，無明顯的功能、結構和工程含義。特征建模技術的發展。20世紀70年代末實體建模，包含完整的形體幾何信息和拓撲信息。20世紀70年代產品建模技術的發展表面建模，增加面的信息。20世紀幾何建模技

幾何建模（GeometricModeling）即物體的描述和表達是建立在幾何信息和拓撲信息處理基礎上的。幾何信息是指物體在空間的形狀、尺寸及位置的描述。拓撲信息則是物體各分量的數目及其相互之間的連接關系。幾何建模（GeometricModeling）

幾何信息包括有點、線、面、體的信息，但只用幾何信息表示物體并不充分，常會出現物體表示的二義性。

幾何信息必須與拓撲信息同時給出。物體表示的二義性幾何信息包括有點、線、面、體的信息，但只用幾何信息表九種拓撲關系頂點（Vertex）、邊（Edge）、面（Face）。FFFFFF:{F}VFF:{V}VVVEFF:{E}EEE九種拓撲關系頂點（Vertex）、邊（Edge）、面（FacF1F2E:{F1,F2}EV1E:{V1,V2}V2EEE:{E1,E2,E3,E4}E2E1E3E4FFFV:{F}VVV:{V}VVVEV:{E}EEVF1F2E:{F1,F2}EV1E:{V1,V2}V2E幾何建模技術根據描述方法及存儲的幾何信息、拓撲信息的不同，三維幾何建模可分為三種不同層次的建模類型：

線框建模、表面建模、實體建模。幾何建模技術根據描述方法及存儲的幾何信息、拓撲信息的不同，三三種幾何建模方法a）線框建模b)表面建模c)實體建模三種幾何建模方法（1）線框建模

是CAD/CAM系統應用最早的三維建模方法。線框模型（WireframeModel）在計算機內部是以邊表和點表來描述和表達物體的。

用頂點和棱邊表示形體，沒有面的信息。（1）線框建模立方體的線框模型立方體的邊表立方體的頂點表立方體的線框模型立方體的邊表立方體的頂點表線框建模的優點：

所需信息最少，數據運算簡單，所占存貯空間較小，硬件的要求不高，容易掌握，處理時間短。線框建模的局限性：

幾何意義的二義性：一個線框模型可能被解釋為若干個有效幾何體。

描述的結構體無法進行消隱、物性計算等。線框建模的優點：線框建模的局限性：（2）曲面建模又稱表面建模，是利用各種曲線、曲面來擬合逼近物體的表面。主要適用于其表面不能用簡單的數學模型進行描述的復雜物體型面。

在線框模型的基礎上增加了面的信息。曲面的各種處理技術至今仍是CAD/CAM和計算機圖形學領域探索和研究最活躍的分支之一。（2）曲面建模又稱表面建模，是利用各種曲線、曲面來擬合逼表面描述方法常用的表面描述的方法中的幾種：平面直紋面表面描述方法常用的表面描述的方法中的幾種：直紋面旋轉面貝齊爾（Bezier）曲面旋轉面貝齊爾（Bezier）曲面B樣條曲面B樣條曲面

這種建模方法的重點是給出的離散點數據構成光滑過渡的曲面，使這些曲面通過或逼近這些離散點。

曲面建模描述任意形狀表面，便于有限元網格劃分。有助于系統直接提取有關面的信息生成數控加工指令。

曲面建模不包含各個表面之間相互關系的信息。這種建模方法的重點是給出的離散點數據構成光滑過

實體建模的優點

1.可以提供實體完整的信息；

2.可以實現對可見邊的判斷，具有消隱的功能；

3.能順利實現剖切、有限元網格劃分、直到NC刀具軌跡的生成。（3）實體建模實體建模的優點（3）實體建模

實體建模是利用一些基本體素，如長方體、圓柱體、球體、錐體、圓環體等通過集合運算（布爾運算）生成復雜形體的一種建模技術。

實體建模主要包括兩部分內容:體素的定義及描述和體素之間的布爾運算（交、并、差）。實體建模是利用一些基本體素，如長方體、圓柱體、球體體素的定義及描述

基本體素如長方體、圓柱體、球體、錐體、圓環體等。體素的定義及描述

基本體素如長方體、圓柱體、球另一類是掃描體素，又可分為平面輪廓掃描體素和整體掃描體素。另一類是掃描體素，又可分為平面輪廓掃描體素和整體（1）平面輪廓掃描法這種方法的基本設想是由任一平面輪廓在空間平移一個距離或繞一固定的軸旋轉就會掃描出一個實體。（1）平面輪廓掃描法（2）整體掃描法

就是使一個剛體在空間運動以產生新的物體形狀。（2）整體掃描法布爾運算兩個或兩個以上體素經過集合運算得到實體的表示稱為布爾模型（BooleanModel）,所以這種集合運算亦稱布爾運算。A∪BA∩BA－B布爾運算兩個或兩個以上體素經過集合運算得到實體的表示稱為布爾實體模型的表示方法

三維實體建模在計算機內部存貯的信息不是簡單的邊線或頂點的信息，而是準確、完整、統一地記錄了生成物體的各個方面的數據。常見的實體建模表示方法邊界表示法構造立體幾何法混合表示法（即邊界表示法與構造立體幾何法的混合模式）空間單元表示法實體模型的表示方法三維實體建模在計算機內部存貯的邊界表示法

（BoundaryRepresentation）

簡稱B-Rep法。它的基本思想是一個實體可以通過它的面的集合來表示，而每一個面又可以用邊來描述，邊通過點，點通過三個坐標值來定義。

邊界表示法強調實體外表的細節，詳細記錄了構成物體的所有幾何信息和拓撲信息。在計算機內部，網狀的數據結構。邊界表示法

（BoundaryRepresentation邊界表示法數據結構邊界表示法數據結構邊界表示法優點

有較多的關于面、邊、點及其相互關系的信息。有利于生成和繪制線框圖、投影圖，有利于計算幾何特性，易于同二維繪圖軟件銜接和同曲面建模軟件相關聯。局限性無法提供關于實體生成過程的信息，也無法記錄組成幾何體的基本體素的元素的原始數據，同時描述物體所需信息量較多。邊界表示法優點

構造立體幾何法(ConstructiveSolidGeometry)構造立體幾何法簡稱CSG法，是一種通過布爾運算將簡單的基本體素拼合成復雜實體的描述方法。存儲的主要是物體的生成過程。構造立體幾何法(ConstructiveSolidGeo物體的一種CSG結構通過附加體倒圓物體的一種CSG結構通過附加體倒圓CSG法的優點

方法簡潔，生成速度快，處理方便，無冗余信息，而且能夠詳細地記錄構成實體的原始特征參數，甚至在必要時可修改體素參數或附加體素進行重新拼合。

CSG法的缺點

由于信息簡單，這種數據結構無法存貯物體最終的詳細信息，例如邊界、頂點的信息等。CSG法的優點混合模式（HybridModel）混合模式是建立在邊界表示法與構造立體幾何法的基礎上，在同一系統中，將兩者結合起來，共同表示實體的方法。混合模式是在CSG基礎上的邏輯擴展，起主導作用的是CSG結構，B-Rep可以完整的表達物體的幾何、拓撲信息，便于構造產品模型。混合模式（HybridModel）混合模式是建立在邊界表示空間單元表示法空間單元表示法，其基本思想是通過一系列空間單元構成的圖形來表示物體的一種方法。這些單元是具有一定大小的平面或立方體，在計算機內部主要通過定義各單元的位置是否被實體占有來表達物體的。空間單元表示法空間單元表示法，其基本思想是通過一系列空間單元利用空間單元表示圓環利用空間單元表示圓環特點

空間單元表示法要求有大量的存儲空間，同時它的算法比較簡單，可作為物理特性計算和有限元網格劃分的基礎。

空間單元表示法不能表達一個物體任意兩部分之間的關系，也沒有關于點、線、面的概念。特點空間單元表示法要求有大量的存儲空間，同時思考題

1.CAD/CAM系統包括哪幾部分？2.說明參數化設計的基本原理。3.三維幾何建模的類型？4.說明IGES文件的格式？思考題1.CAD/CAM系統包括哪幾部分？第二章材料加工CAD技術基礎2.1CAD系統的組成與分類2.2計算機圖形處理技術2.3CAD系統的三維造型技術2.4CAD系統的數據信息交換2.5CAD系統的智能化技術與優化分析技術第二章材料加工CAD技術基礎2.1CAD系統的組成與分類學習目標：

了解CAD系統的組成及分類。掌握圖形處理技術、CAD系統的三維造型技術，CAD系統的數據信息交換。了解CAD系統的智能化和優化技術。學習重點：圖形學基礎知識、CAD系統的三維造型技術，CAD系統的數據信息交換。學習目標：

了解CAD系統的組成及分類。掌握圖形處2.3CAD系統的三維造型技術

三維造型技術是核心技術。線框建模、表面建模、實體建模、特征建模2.3CAD系統的三維造型技術

三維造型技術是核心技術。產品建模技術的發展表面建模，增加面的信息。20世紀60年代幾何建模技術產生初始階段主要采用線框結構，僅包含物體頂點和棱邊的信息。線框建模20世紀80年代幾何模型只是物體幾何數據及拓撲關系的描述，無明顯的功能、結構和工程含義。特征建模技術的發展。20世紀70年代末實體建模，包含完整的形體幾何信息和拓撲信息。20世紀70年代產品建模技術的發展表面建模，增加面的信息。20世紀幾何建模技

幾何建模（GeometricModeling）即物體的描述和表達是建立在幾何信息和拓撲信息處理基礎上的。幾何信息是指物體在空間的形狀、尺寸及位置的描述。拓撲信息則是物體各分量的數目及其相互之間的連接關系。幾何建模（GeometricModeling）

幾何信息包括有點、線、面、體的信息，但只用幾何信息表示物體并不充分，常會出現物體表示的二義性。

幾何信息必須與拓撲信息同時給出。物體表示的二義性幾何信息包括有點、線、面、體的信息，但只用幾何信息表九種拓撲關系頂點（Vertex）、邊（Edge）、面（Face）。FFFFFF:{F}VFF:{V}VVVEFF:{E}EEE九種拓撲關系頂點（Vertex）、邊（Edge）、面（FacF1F2E:{F1,F2}EV1E:{V1,V2}V2EEE:{E1,E2,E3,E4}E2E1E3E4FFFV:{F}VVV:{V}VVVEV:{E}EEVF1F2E:{F1,F2}EV1E:{V1,V2}V2E幾何建模技術根據描述方法及存儲的幾何信息、拓撲信息的不同，三維幾何建模可分為三種不同層次的建模類型：

線框建模、表面建模、實體建模。幾何建模技術根據描述方法及存儲的幾何信息、拓撲信息的不同，三三種幾何建模方法a）線框建模b)表面建模c)實體建模三種幾何建模方法（1）線框建模

是CAD/CAM系統應用最早的三維建模方法。線框模型（WireframeModel）在計算機內部是以邊表和點表來描述和表達物體的。

用頂點和棱邊表示形體，沒有面的信息。（1）線框建模立方體的線框模型立方體的邊表立方體的頂點表立方體的線框模型立方體的邊表立方體的頂點表線框建模的優點：

所需信息最少，數據運算簡單，所占存貯空間較小，硬件的要求不高，容易掌握，處理時間短。線框建模的局限性：

幾何意義的二義性：一個線框模型可能被解釋為若干個有效幾何體。

描述的結構體無法進行消隱、物性計算等。線框建模的優點：線框建模的局限性：（2）曲面建模又稱表面建模，是利用各種曲線、曲面來擬合逼近物體的表面。主要適用于其表面不能用簡單的數學模型進行描述的復雜物體型面。

在線框模型的基礎上增加了面的信息。曲面的各種處理技術至今仍是CAD/CAM和計算機圖形學領域探索和研究最活躍的分支之一。（2）曲面建模又稱表面建模，是利用各種曲線、曲面來擬合逼表面描述方法常用的表面描述的方法中的幾種：平面直紋面表面描述方法常用的表面描述的方法中的幾種：直紋面旋轉面貝齊爾（Bezier）曲面旋轉面貝齊爾（Bezier）曲面B樣條曲面B樣條曲面

這種建模方法的重點是給出的離散點數據構成光滑過渡的曲面，使這些曲面通過或逼近這些離散點。

曲面建模描述任意形狀表面，便于有限元網格劃分。有助于系統直接提取有關面的信息生成數控加工指令。

曲面建模不包含各個表面之間相互關系的信息。這種建模方法的重點是給出的離散點數據構成光滑過

實體建模的優點

1.可以提供實體完整的信息；

2.可以實現對可見邊的判斷，具有消隱的功能；

3.能順利實現剖切、有限元網格劃分、直到NC刀具軌跡的生成。（3）實體建模實體建模的優點（3）實體建模

實體建模是利用一些基本體素，如長方體、圓柱體、球體、錐體、圓環體等通過集合運算（布爾運算）生成復雜形體的一種建模技術。

實體建模主要包括兩部分內容:體素的定義及描述和體素之間的布爾運算（交、并、差）。實體建模是利用一些基本體素，如長方體、圓柱體、球體體素的定義及描述

基本體素如長方體、圓柱體、球體、錐體、圓環體等。體素的定義及描述

基本體素如長方體、圓柱體、球另一類是掃描體素，又可分為平面輪廓掃描體素和整體掃描體素。另一類是掃描體素，又可分為平面輪廓掃描體素和整體（1）平面輪廓掃描法這種方法的基本設想是由任一平面輪廓在空間平移一個距離或繞一固定的軸旋轉就會掃描出一個實體。（1）平面輪廓掃描法（2）整體掃描法

就是使一個剛體在空間運動以產生新的物體形狀。（2）整體掃描法布爾運算兩個或兩個以上體素經過集合運算得到實體的表示稱為布爾模型（BooleanModel）,所以這種集合運算亦稱布爾運算。A∪BA∩BA－B布爾運算兩個或兩個以上體素經過集合運算得到實體的表示稱為布爾實體模型的表示方法

三維實體建模在計算機內部存貯的信息不是簡單的邊線或頂點的信息，而是準確、完整、統一地記錄了生成物體的各個方面的數據。常見的實體建模表示方法邊界表示法構造立體幾何法混合表示法（即邊界表示法與構造立體幾何法的混合模式）空間單元表示法實體模型的表示方法三維實體建模在計算機內部存貯的邊界表示法

（BoundaryRepresentation）

簡稱B-Rep法。它的基本思想是一個實體可以通過它的面的集合來表示，而每一個面又可以用邊來描述，邊通過點，點通過三個坐標值來定義。

邊界表示法強調實體外表的細節，詳細記錄了構成物體的所有幾何信息和拓撲信息。在計算機內部，網狀的數據結構。邊界表示法

（BoundaryRepresentation邊界表示法數據結構邊界表示法數據結構邊界表示法優點

有較多的關于面、邊、點及其相互關系的信息。有利于生成和繪制線框圖、投影圖，有利于計算幾何特性，易于同二維繪圖軟件銜接和同曲面建模軟件相關聯。局限性無法提供關于實體生成過程的信息，也無法記錄組成幾何體的基本體素的元素的原始數據，同時描述物體所需信息量較多。邊界表示法優點

構造立體幾何法(ConstructiveSolidGeometry)構造立體幾何法簡稱CSG