计算机辅助设计第五章

河南科技大学机械设计及自动化专业计算机辅助设计第五章绘图程序设计概念计算机绘图是目前CAD／CAM的重要组成部分，CAD／CAM的发展与计算机绘图的发展有着密不可分的关系。计算机绘图的理论和方法具有基础性和普遍意义。计算机绘图就是利用计算机存贮、生产图形，并在计算机控制下，由绘图机等图形输出设备自动完成绘图工作。（可绘制各类型的图形，如二维曲线，三维的曲面和立体图，机械零件图、装配图、传动系统图）。概念计算机图形系统要想自动输出图形,就必须事先向计算机输入图形数据一是没有图样，技术人员以计算机为工具边设计、边构思、边绘图，图形数据输入可利用交互式绘图软件或通过编写程序完成；二是已有图样，要将其输入计算机，或修改或保存管理。这时，可利用扫描仪实现图形快速输入，处理，将点阵图形转换为矢量图形，这需要专门的光栅／矢量转换软件计算机绘图系统的类型按工作方式分静态自动绘图系统和动态交互式绘图系统前者是将要绘制的图形编成绘图程序的软件系统，在绘图过程中不允许人工干预，若不符合要求，则在修改绘图程序。要求图形己较成熟．或对图形要求并不严格的情况对于新产品的设计，需在设计过程中进行反复研讨、修改、分析、计算，可采用交互式CAD绘图系统，实现图形设计的实时编辑。此时，人和计算机的通信是双向的。使用者可以对屏幕输出不断修改，直到建立的物体模型满意为止图形软件的类型与功能（三类）基本绘图指令软件这类软件通常是一些最基本的绘图指令，如画点、线等。有些高级语言（如BASIC语言C语言）就提供了基本绘图功能图形支撑软件主要指交互式绘图软件，用户可通过图形输入输出装置与计算机交流信息。采用人机对话方式绘制图形以及对图形进行任意操作等。微机上广为应用的AutoCAD软件就支持这种工作方式图形软件的类型与功能（三类）专用图形软件在某种基本绘图软件或支撑软件基础上针对某种特定领域、特定专业或特定用途的图形软件标准机械零件图形软件机械装配图绘制软件建筑图设计生成软件电子线路板绘图软件……计算机绘图方法轮廓线法*参数化法*图元拼合法*尺寸驱动法三维实体投影法后两者为三维实体建模方法（仅做了解）轮廓线法概念：将组成图形的轮廓条逐一绘出，只知道端点坐标即可工作方式编制程序，成批绘制图线，程序一经确定，所绘图形也就确定了，如要修改图形，只有修改程序。这是一种程序控制的静态的自动绘图方式利用交互式绘图软件系统，把计算机屏幕当作图板，采用人机交互方式生成图形，AutoCAD绘图软件就属于这种方式轮廓线法绘图制图中较少采用，但在其它方面仍发挥着作用，如CAPP专家系统中的零件信息描述方法之一就是轮廓线法，它将图形轮廓与加工方法对应起来，附加进加工工序的内容，以便于工艺路线的决策＃include＜graphics.h＞＃include＜math.h＞＃include＜stdio.h＞main（）{intxl［］=｛10,11,30,33,63,65,11,11,34,34,40,40,10,10,63,63｝，y1［］=｛99,100,105,105,102,100,100,80,102,78,93,87,99,8l,102,78｝，x2［］=｛10,11,30,33,63,65,29,29,63,63,56,56,11,11,65,65｝，y2［］=｛81,80,75,75,78,80,100,80,102,78,93,87,100,80,100,80｝，gd=DETECT，gm，i；

clrscr（）;

initgraph（＆gd，&gm，“”）；

for（i=0；i＜16；i++）

｛line（xl［i］，y1［i］，x2［i］，y2［i］）；｝

arc（29，101，270，360，l）；

arc（29，79，0，90，l）；

arc（34，103，180，270，1）；

arc（34，77，90，180，1）；

arc（40，90，90，270，l）

arc（56，90，-90，90，1）；

getch（）；

return()；

｝

该法绘制的图形重用率低，变动一个几何尺寸，也要重新修改程序或重画相关部位。参数化法在实际CAD中，对于系列化的设计，可用参数法,即基本几何拓扑关系不变，只变动形状尺寸

首先建立图形与尺寸参数的约束关系，每个可变的尺寸参数用待标变量表示，并赋予一个缺省值。绘图时，修改不同的尺寸参数即可得到不同规格的图样参数化法特点:简单、可靠、绘图速度快，但不适于约束关系不定的、结构可能会经常变化的新产品的设计，通常用于建立已定型系列化产品的图形库参数化法也有程序绘图和交互式绘图两种工作方式程序绘图需将参数代入程序或在程序运行初期输入其中交互式绘图则先将赋有缺省值的参数图以图形文件形式存入系统，使用时调入，以人机对话方式逐一改变参数编写参数化绘图程序步骤确定参数对抽象的几何图形，可以用尺寸标识作为图形参数。为保证图形参数可以唯一地确定图形，可事先对图形进行试标注，或者用一组参数试画图形机械图中的图形已不再是抽象的几何图形，而是表示具体的零件或结构，因此参数的名称和定义应尽量结合工程实际编写参数化绘图程序步骤确定参数优先考虑描述零件规格、性能的参数作为图形参数。例如：螺钉的外径、滚动轴承的内径号。例如：虽然在齿轮的视图上标注的是分度圆、齿顶圆，但是应该用齿轮的模数、齿数、变位系数等作为齿轮的图形参数代替分度圆和齿顶圆直径。编写参数化绘图程序步骤确定参数为便于用户操作，参数的数量应尽量少标准件或标准结构的尺寸在工程手册中已规定好的，若将这些数据存入文件或数据库，只要输入规格尺寸，即可从文件或数据库中检索出其它尺寸的数值在不影响对零件表达的情况下，图形的某些部分可采用简化画法，或使其与某些参数建立一定关系。如：螺纹直径d可作为参数，螺纹内径可近似等于0.85d通过已确定参数构成图形的各实体的几何参数调用图形函数绘制图形图元拼合法（图形元素组合法）图元拼合法类似于一种搭积木的方法。将各种常用的、带有某种特定专业含义的图形元素存贮建库，设计绘图时，根据需要调用合适的图形元素加以拼合效率高于轮廓线法图形元素的定义和建库是针对本系统产品形状特征的，要想建立一个无所不包的、通用的图元库是很困难的图元拼合法要以参数化法为基础，每一个图元实际上就是一个小参数化图形图元拼合法机械图中，尽管有许多零件的整体形状不同，但有些局部形状是相似的，这种相对独立的形状结构被称为形状特征从图形角度看，形状特征完全可以理解为子图，从工程角度看，形状特征组合法多用于形状结构多变的机械零件形状特征的确定：形状特征应代表一定的形状结构例：轴的结构一般由左、右倒角，左右轴段，轴肩和圆头键槽等图形元素组成图形元素绘制的设计充分收集要处理的各种图形结构认真分析结构特点，分解出构成该范围各种图形的特征元素对特征图元逐一描述，用待标变量表示几何关系确定图形的某些数学关系，并充分估计各种可能性，规定使用条件用高级语言编写几何计算和图形绘制的子程序图形要素尺寸参数描述图形本身形状特性位置参数描述图形应处于的位置例：左右倒角子程序设计

见图倒角的几何参数有三个：

D—轴的直径；B—倒角宽；

θ—倒角角度。

设a点为定位起始点，

其坐标为x0，y0，是倒角中线上的点。则：

b点坐标xb=x0，yb=y0+D/2-B*tg（θ）

c点坐标xc=x0±B（左倒角为+，右倒角为-），yc=y0+D/2

d点坐标xd=x0，yd=y0-D/2+B*tg（θ）

e点坐标xe=x0±B（左倒角为+，右倒角为-），ye=y0-D/2

图形元素的绘制思路编制方法不是唯一的，如绘图起始点可选在不同的位置当轴类零件的全部图形元素子程序都编制完成后，即可按右图所示框图编写绘制轴

类零件的通用主程序也可以将此主程序编制成交互菜单选项的工作方式尺寸驱动法这是一种交互式的变量设计方法。首先将草图快速勾画于屏幕之上，再根据产品结构需要，为草图建立尺寸和形位约束，草图就在这种约束驱动下而变得横平竖直起来，尺寸大小也一一对应去掉的几何坐标点的提取和计算，保留图形所需矢量尺寸，绘图质量好、效率高设计者不用理会绘图细节（平行、垂直，点坐标），支持快速的概念设计，所想即所见。约束一经建立，那些图形细节，就全部由系统代劳尺寸驱动法是当前图形处理乃至CAD实体建模的研究热点之一，它的原理还可应用于装配设计，建立好装配件间的尺寸约束关系，即可支持产品零部件之间的驱动式一致性修改三维实体投影法若设计在计算机三维建模环境下，则能更直观、全面地反映设计对象，还能减轻设计师的负担，提高设计质量和效率如要将三维设计结果以二维图纸形式输出，则只需利用三维几何建模软件系统中提供的二维图投影功能就可方便地实现，再加上一些必要的修改，补充好尺寸标注、公差和技术要求即可这种方法最为理想，将二维绘图工作量最大限度地减小*因为二维图是三维实体投影而来，二者之间有着一对一的映射关系，故对二维图中尺寸变量加以修改后，能直接反馈到三维实体，三维实体也随之改变将是未来计算机绘图的主要方法总结图元拼合法虽引用了参数化法的技术，但它强调的是用不具有零件含义的图形元素拼合出新的图形，以支持新产品的设计参数化法则重视已定型的、或改型产品的系列化、标准化绘图问题。参数化法则是先有结构框架模型和约束关系，后产生图形，其拓扑余地很小，一般不能支持新产品的开发尺寸驱动法是变量设计法，先有草图，后加约束，约束可随时增删、修改，拓扑余地大，图形也随时被新的约束关系所驱动，支持新产品的设计和支持快速的概念设计计算机模拟静态模拟与动态模拟用途外形与装配关系运动学（轨迹、速度、加速度）模拟动力学（稳定性、振动）模拟加工过程、实验过程动画显示技术视觉暂留原理眼睛的一个重要特性是视觉惰性，即光象一旦在视网膜上形成，视觉将会对这个光象的感觉维持一个有限的时间，这种生理现象叫做视觉暂留性。对于中等亮度的光刺激，视觉暂留时间约为0.05至0.2秒视神经的反应速度，其时值是二十四分之一秒。是动画、电影等视觉媒体形成和传播的根据机械绘图应用画完就擦，在新位置再画#include"stdio.h"#include"stdlib.h"#include"graphics.h"#include"conio.h"voidprogram(){inti,j;intx1=50,x2=150,y1=200,y2=300;setcolor(12);rectangle(x1,y1,x2,y2);for(i=0;i<=200;i++){delay(3000);setcolor(LIGHTBLUE);rectangle