第二章CADCAM支撑技术

1、计算机辅助设计计算机辅助设计 (Computer Aided (Computer Aided DesignDesign，CADCAD) ) 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计（ Computer Aided Computer Aided Process PlanningProcess Planning, , CAPP）计算机辅助制造计算机辅助制造（Computer Aided Computer Aided ManufacturingManufacturing, , CAM）1CAD/CAMCAD/CAM是一项是一项计算机应用技术计算机应用技术，所涉及，所涉及的内容极其广泛。需要的内容

2、极其广泛。需要多种技术的支持多种技术的支持，如，如数据结数据结构、数据管理技术、网络技术、成组技术、工程分构、数据管理技术、网络技术、成组技术、工程分析技术、仿真技术析技术、仿真技术等。随着等。随着CADCADCAMCAM技术应用技术应用范围的深入和扩大，数据管理技术和网络技术将占范围的深入和扩大，数据管理技术和网络技术将占据越来越重要的地位。据越来越重要的地位。2第二章 CAD/CAM支撑技术2.1 常用数据结构2.2 数据管理技术2.3 计算机网络技术2.4 可视化技术2.5 人工智能32.1 常用数据结构4如何在计算机中表示现实世界？现实世界计算机世界数据模型数据数据结构算法5学号姓名语

3、文数学C语言6201001张三8554926201002李四92846467学号姓名语文数学C语言6201001张三8554926201002李四9284648二、数据结构：二、数据结构：是按某种是按某种逻辑结构逻辑结构组织起来，按一定组织起来，按一定的存储表示方式把的存储表示方式把组织好的数据存储到计算机组织好的数据存储到计算机中，并中，并对对之定义一系列操作运算之定义一系列操作运算的的数据的集合数据的集合。 数数据据结结构构非线性结构非线性结构数据数据存储结构存储结构数据数据运算运算数据数据逻辑结构逻辑结构线性结构线性结构线性表线性表队列队列栈栈网状结构网状结构树结构树结构链式存储链式存储

4、顺序存储顺序存储插入，删除，更新，检索，排序插入，删除，更新，检索，排序9 数据的逻辑结构描述的是各个结点（或元素）之间的逻辑关系主要分为：1011汽汽 车车车车 身身底底 盘盘发动机发动机电器设备电器设备机机 体体曲柄连杆机构曲柄连杆机构配气机构配气机构曲曲 柄柄飞飞 轮轮连连 杆杆活活 塞塞12 是反映数据元素在计算机中的是反映数据元素在计算机中的存储方法存储方法（也称为（也称为数据的物理结构），是数据的逻辑结构在存储器里数据的物理结构），是数据的逻辑结构在存储器里的实现。的实现。主要分为：顺序存储：顺序存储：把逻辑上相邻的数据元素存储在把逻辑上相邻的数据元素存储在物理位置上相物理位置上相

5、邻的存储单元邻的存储单元里，元素间的逻辑关系由存储单元的邻接关系里，元素间的逻辑关系由存储单元的邻接关系体现。体现。链式存储：链式存储：元素间的逻辑关系用元素间的逻辑关系用指针段表示指针段表示，每个数据元，每个数据元素分成两部分：素分成两部分：1 1）数据项；）数据项；2 2）指针项，指向其后继或前趋）指针项，指向其后继或前趋元素的存储地址。元素的存储地址。13插入插入往数据结构中添加新的元素往数据结构中添加新的元素更新更新修改或替代数据结构中指定元素的一个或多修改或替代数据结构中指定元素的一个或多个数据项（字段值）个数据项（字段值）删除删除把指定的数据元素从数据结构中去掉把指定的数据元素从数

6、据结构中去掉遍历遍历在数据结构的各个元素中移动，或查看所有在数据结构的各个元素中移动，或查看所有数据元素，即从第一个结点开始，依次访问逐个结点数据元素，即从第一个结点开始，依次访问逐个结点（每个结点只能被访问一次），以便进行某种处理（每个结点只能被访问一次），以便进行某种处理查找查找在数据结构中查找满足一定条件的数据元素在数据结构中查找满足一定条件的数据元素排序排序在保持数据结构中数据元素个数不变的前提在保持数据结构中数据元素个数不变的前提下，把元素按指定的顺序重新排列。排序一般是建立下，把元素按指定的顺序重新排列。排序一般是建立在线性逻辑结构的基础上在线性逻辑结构的基础上14 逻辑结构逻辑结

7、构：相同数据元素组成的相同数据元素组成的有限序列有限序列，除表头和表尾之外，除表头和表尾之外， 每每 个数据元素仅有一个个数据元素仅有一个前驱前驱和和后继后继。如工资表、学生名册。如工资表、学生名册。15存储结构存储结构： 有顺序存储和有顺序存储和链式存储两种结构链式存储两种结构 1）顺序存储顺序存储相邻的存储单元相邻的存储单元存储逻辑上的顺序数据元素。存储逻辑上的顺序数据元素。特点：特点：有序性有序性，存储顺序与逻辑顺序一致；，存储顺序与逻辑顺序一致；均匀性均匀性，每个数据元素所占存储单元长度相同。，每个数据元素所占存储单元长度相同。地址计算：设首址为地址计算：设首址为b，则数据元素，则数据

8、元素ai存储地址为存储地址为 LocLoc（a a）= b+= b+（i-1i-1）L L 如线性表（如线性表（a1, a2, , ai , , an）顺序存储结构为：）顺序存储结构为： 16线性表插入运算线性表插入运算：172）链式存储结构：）链式存储结构： 用用任意的存储单元任意的存储单元存放线性表的各个数据元素，用存放线性表的各个数据元素，用指针指针指示各元素的指示各元素的前驱和后继前驱和后继。 链表结点结构：链表结点结构：数据域数据域和和指针域指针域。 指针域有单向指针和双向指针，可构成单向链表和指针域有单向指针和双向指针，可构成单向链表和双向链表。双向链表。 18链表插入链表插入操作

9、运算操作运算步骤：申请步骤：申请新结点新结点存储空间；将存储空间；将待插入元素待插入元素M M存放在新增结点存放在新增结点数据域数据域；新增结点；新增结点指针指针链接。链接。 19顺序存储：顺序存储： 优点：结构均匀，便于数据元素访问和修改操作；优点：结构均匀，便于数据元素访问和修改操作； 不足：删除插入大量数据元素需移动，运算效率低。不足：删除插入大量数据元素需移动，运算效率低。 应用：多用于查找频繁、很少增删的场合（工作手册）。应用：多用于查找频繁、很少增删的场合（工作手册）。链式存储链式存储： 优点：优点：删除插入效率高，不需数据元素移动，不需删除插入效率高，不需数据元素移动，不需 事先

10、分配存储空间，存储空间利用充分。事先分配存储空间，存储空间利用充分。 不足：搜索效率不足：搜索效率低，需从头结点顺次搜寻。低，需从头结点顺次搜寻。 应用应用多用于多用于事先难以确定容量，频繁增、删场合（图形系事先难以确定容量，频繁增、删场合（图形系统）统）。20栈（栈（Stack）：限定在表尾进行插入或删除操作，且为：限定在表尾进行插入或删除操作，且为“后进先出后进先出”的线性表。的线性表。21队列（队列（Queue）：限定在表一端插入，在另一：限定在表一端插入，在另一端删除的端删除的“先进先出先进先出”线性表线性表。循环循环队列队列a1a2akan-1an入队出队队列数据结构队列数据结构22

11、 1. 树结构（层次结构）树结构（层次结构）：每个结点有一个以上后继，除根结点之外，所有结点仅有一个直接前驱。 ABCDGEFHIJKLM23树的实例行政机构图24汽汽 车车车车 身身底底 盘盘发动机发动机电器设备电器设备机机 体体曲柄连杆机构曲柄连杆机构配气机构配气机构曲曲 柄柄飞飞 轮轮连连 杆杆活活 塞塞25叶子叶子： 没有后继的结点称为叶子（或终端结点），如图中没有后继的结点称为叶子（或终端结点），如图中的结点的结点F F、G G、I I、J J、K K、L L、MM分支结点分支结点： 非叶子结点称为分支结点（或非终端结点）非叶子结点称为分支结点（或非终端结点）结点的度结点的度： 一个

12、结点的子树数目就称为该结点的度一个结点的子树数目就称为该结点的度 图中的结点图中的结点B B、E E的度为的度为2 2；结点；结点C C、H H的度为的度为1 1；结；结点点D D的度为的度为3 3；结点；结点J J、MM的度为的度为0 0ABCEFGHIJKLMD26子结点子结点： 某结点子树的根称为该结点的子结点。图中某结点子树的根称为该结点的子结点。图中D D的子结点是：的子结点是：H H、I I、J J父结点父结点： 相对于某结点子树的根，称该结点为子树根的父结点相对于某结点子树的根，称该结点为子树根的父结点兄弟兄弟： 具有同一父结点的子结点称兄弟。如图，结点具有同一父结点的子结点称兄

13、弟。如图，结点D D是结点是结点H H、I I、J J的父的父结点；结点结点；结点H H、I I、J J是结点是结点D D的子结点；结点的子结点；结点MM是结点是结点H H的子结点；的子结点；结点结点H H、I I、J J互为兄弟互为兄弟树的深度树的深度： 一棵树中，结点的最大层次值就是树的深度。如图所示的树的深度一棵树中，结点的最大层次值就是树的深度。如图所示的树的深度为为4 4森林森林： 森林是森林是n n棵树的集合棵树的集合 (n = 0)(n = 0) 任何一棵树，删去根结点，树就变成了森林任何一棵树，删去根结点，树就变成了森林 对树中的每个结点来说，其子树的集合就是一个森林对树中的每

14、个结点来说，其子树的集合就是一个森林ABCEFGHIJKLMD2728二叉树二叉树：各结点仅有左子树和右子树的特殊树结构。若深度为k，其结点数最多是2k-1个。29二叉树也是非线性结构，但不同于一般的树结构，其形式更简单、方便。二叉树的定义如下： 二叉树是n个结点的有限集合(n=0)，可以是空 (即n=0)，此时称为空二叉树，或者由一个根结点和两棵互不相交的被称为根的左子树和右子树组成； 每个结点的度不大于2，即最多有两棵子树（左子树和右子树）； 二叉树的子树是有序的。30张 张父祖父祖母张母外祖父外祖母31二叉树二叉树：各结点仅有左子树和右子树的特殊树结构。 若深度为k，其结点数最多是2k-

15、1个。满二叉树满二叉树：拥有2k-1个结点的二叉树，所有结点都有左右子树， 所有叶结点都在同一层上。完全二叉树完全二叉树：深度为k结点数为n的二叉树，从1至n每一结点 编号都与满二叉树编号一致。32 二叉树二叉树存储结构存储结构 顺序存储顺序存储：仅适合于完全二叉树，若用于一般二叉树，仅适合于完全二叉树，若用于一般二叉树， 将有许多空存储单元将有许多空存储单元。链式存储链式存储：每结点除数据域外，还包含左右子树指针每结点除数据域外，还包含左右子树指针。 33 2.2 数据管理技术常用数据管理技术文件管理系统数据库管理系统工程数据库产品数据管理（PDM)CAD/CAM系统数据管理方法34一、文件

16、管理系统： 数据文件数据文件：具有相同性质和结构记录的集合。 文件管理系统文件管理系统：由操作系统提供，定义数据文件结构，规定数据文件的存取方法，管理文件存储地址。 数据文件姓名平时成绩实验成绩。主程序功能1功能2功能3由操作系统统一管理由操作系统统一管理一组具有相同性质一组具有相同性质和结构的记录和结构的记录35文件管理系统文件管理系统优点：优点： 据具有一定的独立性据具有一定的独立性 实现方便实现方便 使用效率高使用效率高 简单、灵活简单、灵活文件管理系统文件管理系统缺点：缺点： 数据的冗余度大数据的冗余度大 没有集中的数据管理，难以保证数据的完整性、统一性没有集中的数据管理，难以保证数据

17、的完整性、统一性和安全性和安全性361 1、数据库的概念、数据库的概念数据库管理系统是对数据库和系统资源进行数据库管理系统是对数据库和系统资源进行统一管理和控制统一管理和控制的的软件系统，是数据库系统的核心部分；软件系统，是数据库系统的核心部分；提供了对数据库的提供了对数据库的定义、建立、检索、编辑修改定义、建立、检索、编辑修改等操作功能，等操作功能，对数据的对数据的安全性、完整性和保密性安全性、完整性和保密性进行统一的控制和管理，起着进行统一的控制和管理，起着应用程序与数据库之间的接口作用。应用程序与数据库之间的接口作用。数据库管理系统DBMS数据库应用程序1应用程序2应用程序337 数据存

18、储独立于应用程序； 实现数据的共享； 数据完整和安全性得到保证。38 工程应用中涉及的工程应用中涉及的信息信息远比远比“数据数据”复杂复杂 工程应用中所工程应用中所涉及的图形、图像、声音涉及的图形、图像、声音等更加自然的信息等更加自然的信息形式形式 如何如何将工程信息用计算机能够表示的数据来表示将工程信息用计算机能够表示的数据来表示就是工程就是工程数据库需要解决的问题数据库需要解决的问题 工程数据库的特点表现在工程数据库的特点表现在对复杂数据类型的支持对复杂数据类型的支持，对工程，对工程数据动态的定义和管理。数据动态的定义和管理。理想的CAD/CAM系统应以工程数据库为核心 39PDM定义：

19、PDM是管理所有与产品相关的信息信息和过程过程的技术。 与产品相关的信息与产品相关的信息：CAD/CAM文件、材料清单、产品配置、 电子表格、供应商及用户清单等。 与产品相关的过程与产品相关的过程：加工工序、工作流程、审批发放过程、 产品变更过程等。40基于PDM的集成平台 41基于文件记录的专用数据管理基于文件记录的专用数据管理：根据实际需要设计数据文件，应用程序与数据文件一一对应，针对性强，缺乏通用性。在商用在商用DBMSDBMS基础上建立软件接口基础上建立软件接口：将DBMS提供的数据操作语言（SQL）嵌入宿主语言，建立CAD/CAM的高级应用接口。用工程数据库系统建立数据库用工程数据库

20、系统建立数据库：将是下一代CAD/CAM集成系统数据管理的主流。五、CAD/CAM系统数据管理方法42计算机网络功能和特点计算机网络功能和特点： l能够在计算机之间快速地实现数据的传递； l共享网内计算机资源； l网内各计算机互为后备，提高系统的可靠性； l若干计算机可共同完成一项任务，协同进行网络作业。计算机网络类型计算机网络类型： 广域网广域网：用于地区间通信，距离可达几千公里，Internet是目前规模 最大一种广域网。 局域网局域网：在数公里范围内，是直接用于传递数字信号计算机网络。 CAD/CAM系统所采用的网络均属于局域网。43工作站网卡与媒体网间连接器网络系统软件服务器 计算机局

21、域网的组成计算机局域网的组成：44a)总线网b)星形网c)环形网d)网状形 网络拓扑结构：45客户机客户机/服务器模式服务器模式(C/S)特点特点： 可均衡CAD/CAM作业事务的处理； 有较快的通信速度； 客户端有自身应用程序，交互性强；不足不足：客户机维护费用高，随客户机增加系统性能会下降。基于网络的基于网络的CAD/CAM系统模式结系统模式结构构46 浏览器浏览器/服务器模式（服务器模式（ B/S）特点：特点： 包括包括用户层用户层、应用服务层应用服务层、数据服务层数据服务层三层结构；三层结构； 客户端仅需通用浏览器，客户端得到简化客户端仅需通用浏览器，客户端得到简化； 系统功能体现在应

22、用服务器上，减轻了客户端维护工作量；系统功能体现在应用服务器上，减轻了客户端维护工作量； 浏览器为提供了统一、友好、便于操作的界面；浏览器为提供了统一、友好、便于操作的界面；不足不足 与与C/S比较，处理速度较慢，交互灵活性较差比较，处理速度较慢，交互灵活性较差。47 1. 定义：定义：20世纪世纪80年代后期发展起来的一个新研究领域，它运用计年代后期发展起来的一个新研究领域，它运用计算机图形学和图像处理技术，将算机图形学和图像处理技术，将计算机计算处理结果转换为图形或计算机计算处理结果转换为图形或图像形式在屏幕上显示图像形式在屏幕上显示出来的理论和方法。出来的理论和方法。48特点：特点：1）

23、可使研究者一目了然获得研究对象的变化规律和分布情况，加快数据处理速度，使庞大数据得到有效利用；2）可使人们发现和理解科学计算过程中所出现的不同现象；3）可使人们对计算过程进行引导和控制，通过交互手段改变计算所依据的条件并观察其影响。49医学医学 如如B B超、超、CTCT等等50地质勘探地质勘探 以勘探数据或测井数据的等值面、等值线图显示以勘探数据或测井数据的等值面、等值线图显示其范围及走向，并用不同颜色显示出多种参数及其相互关系，其范围及走向，并用不同颜色显示出多种参数及其相互关系，可对钻井作业做出指导，减少无效井位。可对钻井作业做出指导，减少无效井位。51气象学气象学 可将气象数据转换为等

24、压面、等温面、位涡、云层的可将气象数据转换为等压面、等温面、位涡、云层的位置及运动、暴雨区的位置及其强度、风力的大小及方向等。位置及运动、暴雨区的位置及其强度、风力的大小及方向等。52计算流体力学计算流体力学 可将计算结果数据动态地显示出流体中每一点可将计算结果数据动态地显示出流体中每一点的流速和流向，表示出涡流、冲击波、剪切层、尾流及湍流的流速和流向，表示出涡流、冲击波、剪切层、尾流及湍流等流体的运动状态。等流体的运动状态。53有限元分析有限元分析 实现形体的网络剖分以及对有限元分析结果进行实现形体的网络剖分以及对有限元分析结果进行各种不同的图形图像显示，即所谓有限元分析的前后置处理。各种不

25、同的图形图像显示，即所谓有限元分析的前后置处理。砂带磨头的有限元分析砂带磨头的有限元分析54可视化处理层次：可视化处理层次：事后可视化处理：事后可视化处理：在在计算结束后计算结束后在脱机状态下，在脱机状态下，对计算结果进行可对计算结果进行可视化处理视化处理，不要求对数据进行实时显示处理，其处理能力需求较低。，不要求对数据进行实时显示处理，其处理能力需求较低。跟踪可视化处理：跟踪可视化处理：要求要求跟踪计算过程跟踪计算过程，实时显示计算结果，并根据，实时显示计算结果，并根据计算结果判断计算过程正确性。计算结果判断计算过程正确性。驾驭可视化处理：驾驭可视化处理：不仅要求不仅要求实时处理实时处理，如

26、有必要还要能够通过，如有必要还要能够通过交互交互方式修改原始数据、边界条件或其它参数方式修改原始数据、边界条件或其它参数，对计算过程加以实时地控，对计算过程加以实时地控制，要求有很强的计算能力以及很强的交互控制功能。制，要求有很强的计算能力以及很强的交互控制功能。 目前，可视化技术水平目前，可视化技术水平大量还处于大量还处于事后处理阶段事后处理阶段。55数据生成数据生成数据精炼与处理数据精炼与处理可视化映射可视化映射生成绘制生成绘制变换显示变换显示56数据生成数据生成 由计算机数值模拟或测量仪器产生数据。由计算机数值模拟或测量仪器产生数据。数据的精炼与处理数据的精炼与处理 通过精炼和处理以减少

27、数据量。通过精炼和处理以减少数据量。火箭头部温度场和压力场可视化火箭头部温度场和压力场可视化 a)原始数据原始数据 b)经处理的数据经处理的数据 57可视化映射可视化映射 将经过处理的原始数据转换为可供绘制的几何将经过处理的原始数据转换为可供绘制的几何图素和属性。图素和属性。图形或图像的生成绘制图形或图像的生成绘制 将所产生的几何图素和属性转换并将所产生的几何图素和属性转换并绘制可供显示的图形或图像。绘制可供显示的图形或图像。图形变换和显示图形变换和显示 包括图像的几何变换、图像压缩、颜色量包括图像的几何变换、图像压缩、颜色量化、图像格式转换以及图像的动态输出等。化、图像格式转换以及图像的动态输出等。火箭头部温度场和压力场可视化火箭头部温度场和压力场可视化 c)抽象可视化模型抽象可视化模