课程名称：计算机辅助设计（AutoCAD) 课程代码 07075 第一部分课程性质及其设置目的
（一）课程性质和特点
《计算机辅助设计》广泛应用于工程中的各个领域。该项技术是技术人员必备的技能之一，也是高等教育自学考试计算机应用技术专业必修的专业课程之一。
在众多的计算机辅助设计软件中，由美国AutoDesk公司开发的AutoCAD软件应用最为广泛，它不仅有很强的二维绘图与编辑功能，而且具备了较强的三维绘图及实体造型功能，并可在Internet上进行交流与传输。该软件被广泛应用于机械、电子、航空、汽车、船舶、轻工、纺织、建筑等各个领域，并且还可以进行有关专业CAD系统的二次开发。在我国，很多领域都采用AutoCAD进行平面（二维）设计。
计算机辅助设计（AutoCAD)课程所涵盖的内容庞杂，信息量大、更新快，如何将该课程所涉及的基本绘图与编辑命令、各种设计技巧与实践应用等之间的关系阐述清楚是此门课程的主要任务。结合AutoCAD2008中文版软件的学习与操作使学生能高效、快捷的绘制二维图形并标注尺寸，了解简单的三维造型设计，为以后的继续学习打下良好的基础。这是我们学习这门课程的主要目的。
（二）本课程的基本要求
通过本课程的学习，要求学生了解CAD相关概念，掌握AutoCAD的绘图与编辑命令、基本的绘图设计技巧及尺寸标注，了解绘图环境设置、图形显示控制、三维绘图及造型。。
掌握内容：AutoCAD2008软件的安装与界面的熟悉、CAD的文件管理、基本的绘图与编辑命令、绘图环境的设置、图案填充与文本编辑、标注图形尺寸、块的操作；
理解内容：图形显示控制、外部块的创建与插入、外部参照、图形输出；
了解内容：三维图形与实体造型、视力渲染。
（三）本课程与相关课程的联系
计算机辅助设计（AutoCAD)是一门实践性较强的课程，该课程的学习需要有一定的识图能力、对Windows界面下的应用软件的基本操作比较熟悉。在熟悉掌握AutoCAD 2008中文版软件的使用后，结合3DMAX、图形图像处理（Photoshop）等软件的使用，可进行广告设计、装璜设计；结合机械设计、工业设计等专业课程，可进行产品设计或工业设计；还可结合其他的相关专业知识进行服装设计、园林设计、家俱设计、灯具设计、道路与桥梁设计、电子工程线路设计、管网设计等。
与本课程相关的课程有机械识图、计算机应用（Office）、图形图像处理（Photoshop）等。
第二部分课程内容与考核目标
第一章初识AutoCAD 2008
一、学习目的与要求
熟悉AutoCAD 2008的安装、启动方式，熟练掌握其工作界面的基本操作，熟练掌握数据的输入方法和文件操作命令。
二、课程内容
第一节安装和启动AutoCAD 2008；
第二节 AutoCAD 2008中文版工作界面；
第三节 AutoCAD 2008的基本操作；
第四节数据的输入方法
第五节文件操作命令
三、考核知识点与考核目标
（一）重点：AutoCAD 2008工作界面中的标题栏、下拉菜单、工具栏、命令提示窗口、状态栏，AutoCAD 2008命令的输入、重复执行、透明命令，CAD文件的新建、打开与保存。
识记：重复执行命令、透明命令；
理解：标题栏、工具栏，绘图窗口、命令提示窗口，状态栏及其功能按钮，绝对坐标、相对坐标；
应用：工具栏的移动、显示与隐藏，状态栏功能按钮的开启与关闭，命令的输入，数据的输入，文件的新建、打开与保存；
第二章基本绘图命令
一、学习目的与要求
熟练掌握直线、圆弧、圆、椭圆和椭圆弧、点、图案填充、多段线、样条曲线、正多边形、矩形、面域等绘图命令，理解各命令选项的含义，了解直线、圆等重要命令的快捷键，了解射线、构造线、多线、圆环等命令的使用，能综合应用各绘图命令准确、高效、快捷的绘制出相应的平面图形。
二、课程内容
第一节直线；
第二节射线；
第三节构造线；
第四节多线；
第五节多段线；
第六节样条曲线；
第七节正多边形；
第八节矩形；
第九节圆弧；
第十节圆；
第十一节椭圆和椭圆弧；
第十二节点；
第十三节徒手画线；
第十四节圆环；
第十五节图案填充；
第十六节面域；
三、考核知识点与考核目标
（一）重点：直线、圆弧、圆、椭圆和椭圆弧、点、图案填充等绘图命令的命令行、工具栏按钮及命令选项的含义，各命令的启动方式及实际应用。
识记：直线、圆弧、圆、椭圆和椭圆弧、点、图案填充等绘图命令的命令选项的含义；
理解：执行直线、圆弧、圆、椭圆和椭圆弧、点、图案填充等绘图命令时，命令提示行的含义理解与选项的选择；
应用：综合应用直线、圆弧、圆、椭圆和椭圆弧、点、图案填充等绘图命令绘制相关的几何图形；
（二）次重点：多段线、样条曲线、正多边形、矩形等绘图命令的命令行、工具栏按钮及命令选项的含义，各命令的启动方式及实际应用。
识记：多段线、样条曲线、正多边形、矩形、面域等绘图命令的命令选项的含义；
理解：执行多段线、样条曲线、正多边形、矩形、面域等绘图命令时，命令提示行的含义理解与选项的选择；
应用：综合应用多段线、样条曲线、正多边形、矩形、面域等绘图命令绘制相关的几何图形；
（三）一般：射线、构造线、多线、圆环等绘图命令的命令行、工具栏按钮及命令选项的含义，各命令的启动方式及实际应用，面域的创建与布尔运算，徒手画线的操作。
识记：射线、构造线、多线、圆环等绘图命令的命令选项的含义；
理解：射线、构造线、多线、圆环等绘图命令时，命令提示行的含义理解与选项的选择，并、差、交等三种布尔运算的含义；
应用：综合应用射线、构造线、多线、圆环等绘图命令绘制相关的几何图形，灵活运用面域的创建与布尔运算技巧提高绘图速度；
第三章基本编辑命令
一、学习目的与要求
理解对象选择的不同方法及含义，熟练掌握删除、恢复、放弃、重做、复制、镜象、阵列、偏移、移动、旋转、比例缩放、拉伸、修剪、延伸、打断、点打断、倒角、圆角、分解等命令的使用方法与技巧，掌握夹点编辑操作，了解绘图元素的特性编辑，了解多段线编辑、样条曲线编辑、多线编辑等命令的使用方法与技巧。
二、课程内容
第一节选择对象；
第二节基本编辑命令；
第三节利用夹点编辑；
第四节特性编辑。
三、考核知识点与考核目标
（一）重点：对象的选择，删除、恢复、放弃、重做、复制、镜象、阵列、偏移、移动、拉伸、修剪、延伸、倒角、圆角、分解等命令的使用；
识记：AutoCAD 2008提供的十几种选择方法的含义
理解：删除、恢复、放弃、重做、复制、镜象、阵列、偏移、移动、拉伸、修剪、延伸、倒角、圆角、分解等命令的说明；
应用：根据需要灵活应用删除、恢复、放弃、重做、复制、镜象、阵列、偏移、移动、拉伸、修剪、延伸、倒角、圆角、分解等命令；
（二）次重点：旋转、比例缩放、打断、点打断等命令的使用，绘图元素的特性编辑。
应用：根据需要灵活应用等旋转、比例缩放、打断、点打断命令，能对绘图元素的特性进行编辑；
（三）一般：夹点编辑、多段线编辑、样条曲线编辑、多线编辑。
应用：了解夹点编辑、多段线编辑、样条曲线编辑、多线编辑的应用；
第四章绘图环境设置
一、学习目的与要求
要提高绘图效率，必须有一个良好的绘图环境。本章要求学习并掌握绘图范围设置，绘图单位设置，栅格、捕捉、正交的使用，对象捕捉、自动追踪的设置与使用，图层的颜色、线型、线宽的设置，为绘图模板的创建及高效、快捷、精确绘图奠定基础。
二、课程内容
第一节设置绘图范围；
第二节设置图形单位；
第三节栅格、捕捉、正交模式；
第四节对象捕捉；
第五节自动追踪；
第六节图层特性；
三、考核知识点与考核目标
（一）重点：掌握正交模式的使用，对象捕捉的使用，图层的颜色、线型、线宽的设置。
理解：捕捉工具条上17种捕捉方法的含义，图层的意义、性质与图层控制；
应用：根据需要选择合适的对象捕捉模式，图层的打开和关闭、冻结和解冻、锁定和解锁等应用，正交的使用，设置图层颜色，加载线型、设置线型和线型比例，线宽的设置也显示，图层的管理。
（二）次重点：设置绘图范围和图形单位，栅格、捕捉的使用，自动追踪的应用。
识记：设置绘图范围和图形单位的命令名、命令选项的内容，栅格、捕捉命令及命令选项的含义；
应用：绘图范围和图形单位的设置，极轴追踪、对象追踪、临时追踪的设置与应用；
第五章图形显示控制
一、学习目的与要求
图形显示控制在绘制、阅读大型或比较复杂的零件图、装配图时非常重要。通过本章节的学习，要求掌握视图的各种缩放方式、平移方法，了解鸟瞰视图的应用，熟练使用重画、重生成的使用。
二、课程内容
第一节缩放视图；
第二节平移；
第三节鸟瞰视图；
第四节重画；
第五节重生成和全部重生成
三、考核知识点与考核目标
（一）重点：视图的实时缩放、窗口缩放、动态缩放、比例缩放、中心点缩放的应用，视图的实时平移与定点平移的使用，视图重画、重生成的应用。
识记：视图的实时缩放、窗口缩放、动态缩放、比例缩放、中心点缩放等命令的命令行、工具栏按钮、菜单命令及运行，视图的实时平移与定点平移、视图重画和重生成等命令的命令行、工具栏按钮、菜单命令及运行；
应用：根据需要灵活应用视图的实时缩放、窗口缩放、动态缩放、比例缩放、中心点缩放等命令，掌握视图的实时平移与定点平移、视图的重画和重生成等操作；
（三）一般：鸟瞰视图的的认识与使用。
应用：了解鸟瞰视图的使用。
第六章图案填充
一、学习目的与要求
在绘制机械图、建筑图等各类图样时，经常需要对某个图形区域填入剖面线等，以表示该物体的材料或区分各组成部分，这种操作就是图案填充。通过本章的学习，要求掌握图案填充命令的执行、填充图案的选择、填充边界的理解与应用，了解填充图案的编辑。
二、课程内容
第一节图案填充命令；
第二节编辑图案填充；
三、考核知识点与考核目标
（一）重点：图案填充命令及图案填充对话框中各选项的理解与应用。
理解：图案填充选项对话框中，图案填充选项卡中各选项含义的理解，高级选项卡中孤岛检测的理解，填充边界的理解；
应用：根据需要合理选择填充图案，设置填充边界与孤岛检测方式；
（二）次重点：填充图案的编辑。
应用：了解填充图案的编辑；
第七章文本编辑
一、学习目的与要求
在图样中，经常需要添加文字来表达规格、说明、标签等各种信息。通过学习本章内容要求掌握文本样式的创建、单行文本与多行文本的使用、文本中特殊符号的输入、文本的编辑操作等。
二、课程内容
第一节文本输入；
第二节创建和使用文本样式；
第三节输入特殊符号；
第四节文本编辑；
三、考核知识点与考核目标
（一）重点：多行文本的命令与操作，文本样式的创建、使用与对话框中各选项的理解，文本的编辑、对正与比例缩放。
识记：多行文本、创建文本样式、文本编辑、文本对正、文本缩放等命令的命令行、工具栏按钮、菜单命令、命令选项的识记与理解
应用：能够熟练掌握多行文本、创建文本样式、文本编辑、文本对正、文本缩放等命令的使用、根据需要合理选择各命令选项；
（二）次重点：单行文本输入的命令、操作方式及命令选项，单行文本与多行文本中特殊符号的使用。
应用：能够掌握单行文本输入命令的使用，掌握单行文本和多行文本中特殊符号的应用。
第八章块和外部参照及其他辅助功能
一、学习目的与要求
在使用AutoCAD绘图时，使用块和外部参照，能提高工作效率、节省存储空间、便于图形编辑修改。通过本章的学习，要求掌握块的基本知识与操作、块的属性与定义，熟悉块的编辑和外部参照的使用，了解CAD设计中心的应用。
二、课程内容
第一节块的基本知识与操作；
第二节块属性及其应用；
第三节块的编辑和管理；
第四节外部参照的使用；
第五节利用AutoCAD设计中心管理图形
第六节查询命令
三、考核知识点与考核目标
（一）重点：块的基本知识与操作、块属性的应用、利用AutoCAD设计中心管理图形、查询命令的使用。
识记：掌握定义块、存储块、插入块、修改块属性、编辑块属性、等命令的菜单命令、工具栏按钮、命令行等三种调用方式，理解命令选项的含义，理解块属性定义对话框中各选
项的含义与应用。
应用：能够熟定义块和块属性、存储和插入块、修改和编辑块属性，能通过AutoCAD 设计中心打开图形、查找所需的标注样式、文字样式、图层设计、图块、外部参照等内容并应用到将要绘制的图形中，掌握时间、状态、坐标、面积、周长、面积、质量特性等绘图信息的查询。
（二）次重点：块的编辑与管理、外部参照的使用。
应用：了解块插入时对象的特性变化，能对块重新定义并应用块属性管理器，掌握外部参照的引用、编辑与管理。
第九章标注图形尺寸
一、学习目的与要求
熟悉掌握尺寸标注样式的设置与应用，各种不同类型的尺寸标注方法、命令选项的含义与实际应用，尺寸公差与形位公差的标注方法、命令选项与实际应用，掌握尺寸标注的编辑操作。
二、课程内容
第一节尺寸标注概述；
第二节尺寸标注样式设定；
第三节尺寸标注；
第四节尺寸标注编辑；
第五节公差标注
三、考核知识点与考核目标
（一）重点：尺寸标注样式的设定，尺寸标注的实际应用，尺寸公差与形位公差的标注。
识记：掌握尺寸标注样式对话框中直线和箭头、文字、调整、主单位、换算单位、公差等选项卡中各选项的含义与选择应用，掌握长度尺寸、对齐尺寸、基线尺寸、半径尺寸、圆心、角度尺寸、引线、坐标尺寸的标注及选项的含义，了解尺寸的快速标注，掌握尺寸公差与形位公差的标注。
应用：能够熟创建合适的尺寸标注样式、设置并修改标注样式中的各个细节，能够熟悉掌握各不同类型的尺寸的实际标注应用，掌握尺寸公差、形位公差的标注应用。
（二）次重点：尺寸标注编辑。
应用：掌握对已标注尺寸的尺寸修改、尺寸文本修改、文本位置修改等操作应用。
（三）一般：尺寸标注概述；
识记：回顾《机械制图》中有关尺寸标注的基本常识。
第十章图形输出
一、学习目的与要求
掌握图形输出的基本知识，学会在两种环境中打印输出，利用“打印”选项卡控制打印设置。
二、课程内容
第一节图形输出基础；
第二节图形打印与输出；
第三节打印管理；
三、考核知识点与考核目标
（二）次重点：图形输出的基础知识，图形打印与输出的实际应用。
理解：理解模型空间和图纸空间；
应用：掌握打印布局及其参数的设置，掌握图形的打印与输出的实际应用。
（三）一般：打印管理；
应用：了解打印选项、打印机管理和打印样式管理的相关知识。
第十一章绘制三维图形
一、学习目的与要求
掌握三维坐标的输入方式和用户坐标系，熟悉三维视点的设置，了解三维动态观察器，了解实体的标高和厚度，理解并学会视口设置，熟练掌握三维网格的绘制。
二、课程内容
第一节三维绘图基础；
第二节用户坐标系；
第三节实体的标高和厚度；
第四节三维空间的多视力显示；
第五节绘制三维网格。
三、考核知识点与考核目标
（一）重点：三维坐标的理解、用户坐标的定义与管理，三维空间的多视角显示。
理解：理解三维坐标，。
应用：掌握用户坐标系的定义与使用，掌握三维空间多视图显示的应用。
（二）次重点：三维视点的设置、三维动态观察器的使用、三维网格面的绘制。
识记：三维视点的设置。
应用：三维动态观察器的使用、三维网格面的绘制
第十二章三维实体造型
一、学习目的与要求
熟练掌握基本体的造型命令，掌握用面域拉伸与旋转造型，掌握三维实体的布尔运算，掌握实体的平移、旋转、剖切和截面等，熟悉面编辑和体编辑等实体编辑命令。
二、课程内容
第一节基本体造型；
第二节创建拉伸实体和旋转体；
第三节布尔运算；
第四节实体的编辑；
第五节使用SOLIDEDIT编辑实体对象；
第六节实体造型示例。
三、考核知识点与考核目标
（一）重点：基本体造型命令的使用，拉伸体和旋转体的创建，实体的布尔运算。
理解：认识实体造型、编辑命令及布尔运算命令的菜单命令、工具栏按钮、命令行，理解各命令选项的含义。
应用：能够演练的选用相关命令创建各种基本体、拉伸体和旋转体，并能对多个实体进行合适的布尔运算处理。
（二）次重点：实体的编辑操作，实体的SOLIDEDIT编辑；
识记：认识各实体命令的菜单命令、工具栏按钮、命令行，理解各命令选项的含义。
应用：能够演练的选用相关命令对各种三维实体进行编辑，或是SOLIDEDIT编辑。
（三）一般：实体造型示例；
应用：通过实例练习熟练掌握三维实体的造型与编辑。
第十三章渲染
一、学习目的与要求
熟悉渲染对话框，学会设置实体的材质、灯光。
二、课程内容
第一节渲染命令介绍；
第二节场景生成；
第三节光线设置；
第四节渲染材质的使用；
第五节渲染的其他设置；
第六节渲染实例。
三、考核知识点与考核目标
（一）次重点：渲染命令介绍，场景的生成，光线设置，渲染材质的使用；
理解：渲染命令的执行、渲染对话框中各选项的含义与应用，场景的生成，光线设置对话框中各选项的含义与应用，渲染材质的选择。
（二）一般：渲染的其他设置，渲染实例；
识记：了解贴图、背景、雾化、配景等其他渲染设置。
应用：通过实例掌握渲染的综合应用。
第三部分有关说明与实施要求
1．考核的能力层次表述
本大纲在考核目标中，按照“识记”、“理解”、“应用”三个能力层次描述考生应达到的能力层次要求。各能力层次为递进等级关系，后者建立在前者的基础之上，具体含义可表述为：
识记：能知道有关的名次、概念、知识的含义，并能正确认识与表述，是低层次的能力要求。
理解：在识记的基础上，能全面把握基本概念、基本原理、基本方法，能掌握有关概念、原理、方法的区别与联系，是较高层次的能力要求。
应用：在理解的基础上，能运用基本概念、基本原理、基本方法联系学过的多个知识点分析和解决有关的理论问题和实际问题，是最高层次的能力要求。
2．教材
（1）、指定教材：
《计算机辅助设计与绘图》白云编著高等教育出版社；
（2）、参考教材：
《中文版AutoCAD2006基础教程》薛焱、胡腾、程跃华编著清华大学出版社；
《计算机辅助绘图与设计――AutoCAD2006》赵国增编著机械工业出版社；
《AutoCAD 2007中文版实用教程》夏文秀等编著机械工业出版社.
3．自学方法指导
AutoCAD是一门实践性很强的课程，在自学的过程中注意多进行绘图练习，在操作中加深印象，深刻理解相关概念、步骤与过程。：
（1）在开始阅读某一章教材之前，先翻阅大纲中有关这一章的考核知识点以及对知识点的能力层次要求和考核要求，以便在阅读时做到心中有数，有的放矢。
（2）在阅读教材时，要逐段细读，逐句推敲，集中精力，吃透每一个知识点，对基本概念必须深刻理解，对基本理论必须彻底弄清，对基本方法必须牢固掌握。
（3）在自学过程中，既要思考问题，也要做好阅读笔记，把教材中的基本概念、原理、方法等加以整理，这可从中加深对问题的认知、理解和记忆，以利于突出重点，并涵盖整个内容，可以不断提高自学能力
（4）完成书后作业和适当的辅导练习是理解、消化和巩固所学知识，培养分析问题、解决问题及提高能力的重要环节。在做练习之前，应认真阅读教材，按考核目标所要求的不同层次掌握教材内容，在练习过程中对所学的知识进行合理的回顾和发挥，注重理论联系实际和具体问题具体分析，解题时注意培养逻辑性，针对问题围绕相关知识点进行层次（步骤）
分明的论述和推导，明确各层次（步骤）间的逻辑关系。
4．对社会助学的要求
（1）应熟知考试大纲对本课程提出的总体要求和各章的知识点。
（2）应掌握各知识点要求达到的能力层次，并深刻理解对各知识点的考核目标。
（3）辅导时，应以考试大纲为依据，以指定的教材为基础，不要随意增删内容，以免与大纲脱节。
（4）辅导时，应对学习方法进行指导，宜提倡“认真阅读教材，刻苦钻研教材，主动争取帮助，依靠自己学通”的方法。
（5）辅导时，要注意突出重点，对考生提出的问题，不要有问即答，要积极启发引导。
（6）注意对应考者能力的培养，特别是自学能力的培养，要引导考生逐步学会独立学习，在自学过程中善于提出问题、分析问题、作出判断、解决问题。
（7）要使考生了解试题的难易与能力层次高低两者不完全是一回事，在各个能力层次中都存在着不同难度的试题。
（8）助学学时：本课程共5学分，建议总课时90学时。
5．关于命题考试的若干规定
（1）本大纲各章所提到的内容和考核目标都是考试内容。试题覆盖到章，适当突出重点。
（2）试卷中对不同能力层次的试题比例大致是：“识记”为20%、“理解”为30 %、“应用”为50 %。
（3）试题难以程度应合理：易、较易、较难、难比例为2：3：3：2。
（4）每份试卷中，各类考核点所占比例约为：重点占65%，次重点占25%，一般占10%。
（5）试题类型一般分为：单项选择题、多项选择题、填空题、简答题、综合题等题型。
（6）考试采用闭卷考试，考试时间150分钟，采用百分制评分，60分合格。
6、题型举例
（一）、单项选择题
1、AutoCAD中CAD标准文件后缀名为（）
A、dwg
B、dxf
C、dwt
D、dws
2、在AutoCAD中给一个对象指定颜色的方法很多，除了：
A、直接指定颜色特性
B、随层“ByLayer”
C、随块“ByBlock”
D、随机颜色
（二）、多项选择题
1、画一线段从A（10，10）到B（20，20），A点已经确定，下列输入B点坐标正确的
有（）
A.20，20
B.@10，10
C. @20，20
D.20﹤45
E. @10﹥45
2、布尔运算包括（）
A.并集
B.交集
C.差集
D.补集
（三）、填空题
1、WCS意思为__________________UCS意思为__________________。
2、绘图工具栏上，是＿＿＿命令，是＿＿＿命令，
（四）、简答题
1、AUTOCAD 中坐标的输入有几种方法？。
2、如何修改绘图区域背景色？
（五）、综合题
详细叙述在AutoCAD2008中，下图的绘制过程（包括绘图环境的设置、各步骤使用的具体命令、各顶点坐标值如何输入、尺寸是如何标注的等）
1：简述计算机图像学与数字图像处理和计算几何以及模式识别等学科之间的区别：计算机图形学研究计算机显示图像,即现实世界在计算机中的表示,其逆过程就是计算机视觉；图像处理：对图像进行处理包括图像变换，图像分析，边缘检测，图像分割等。模式识别：对数据的模式分析,涉及数据分析统计学,模式分类等。 2：第一台图像显示器是起源于：1950年麻省理工的旋风一号。 3：I.E萨瑟兰德被誉为计算机图像学之父，1963年他的SKETCHPAD被作为计算机图像学作为一个新学科的出现的标志。 4：列举计算机图像学的应用领域：计算机辅助绘图设计；事务管理中的交互式绘图；科学技术可视化；过程控制；计算机动画及广告；计算机艺术；地形地貌和自然资源的图形显示。5：计算机图形系统包括哪些组成：硬件设备和相应的程序系统（即软件）两部分组成。6：图像系统的基本功能：计算功能；存储功能；输入功能；输出功能；对话功能。 7：图像系统的分类：用于图形工作站的图形系统；以PC为基础的图形系统；小型智能设备上的图形系统 8：显示器的分类：阴极射线管（CRT）；液晶显示器（LCD）；LED（发光二极管）显示器；等离子显示器。 9：什么是CRT？其组成部分：即阴极射线管。组成有电子枪，加速结构，聚焦系统，偏转系统，荧光屏。 10：彩色阴极射线管生成彩色的方法：射线穿透法。应用：主要用于画线显示器。优点：成本低。缺点：只能产生有限几种颜色；影孔板法。 11：显示器的刷新方式经历了哪几个阶段：随机扫描显示；直视存储管式显示；光栅扫描显示。 12：什么是显示处理器，它与CPU是一回事吗？：显示处理器又称视觉处理器，是一种专门在PC，游戏机和一些移动设备上图像运算工作的微处理器，是显卡中重要组成部分。它的作用是代替CPU完成部分图形处理功能，扫描转换，几何变换，裁剪，光栅操作，纹理映射等。 13：什么是显存，它与内存的区别：显存全称显示内存，即显示卡专用内存。它负责存储显示芯片需要处理的各种数据。电脑的内存是指CPU在进行运算时的一个数据交换的中转站，数据由硬盘调出经过内存条再到CPU。区别：显存是显卡缓冲内存。内存是电脑的内部存储器。是不同的概念。 14：黑白显示器需要1个位平面；256级灰度显示器需要8个，真彩色需要24个位平面。15：OpenGL是什么？它在计算机图形学中的作用？OpenGL是一个工业标准的三维计算机图形软件接口，可以方便的用它开发出高质量的静止或动画三维彩色图形，并有多种特殊视觉效果，如光照，文理，透明度，阴影等。 16：图元：图形元素，可以编辑的最小图形单位。是图形软件用于操作和组织画面的最基本素材，是一组最简单，最通用的几何图形或字符。基本二维图元包括：点，直线，圆弧，多边形，字体符号和位图等。 17：直线的生产算法有：逐点比较法；数值微分法（DDA）；中点画线法；Bresenham算法。18：采用哪种平移方法可以使任意二维直线变为第一和第二象限中的直线：逐点比较法。19：交互式图形系统的基本交换任务包括：定位，选择，文字输入，数值输出。定位任务是向应用程序指定一个点的坐标，定位中考虑的基本问题：坐标系统；分辨率；网格；反馈。选择任务是指从一个被选集中挑选出一个元素来。在作图系统中，操作命令、属性值、物种种类、物体等都可能是被选集。被选集可根据其元素的变化程度分为可变集和固定集。可变集的选择技术：指名和拾取。固定集的选择技术：指名技术、功能键、菜单技术、模式识
计算机辅助设计（CAD） 唯一的国家级CAD应用水平认证为您提升岗位竞争力 受认可的计算机辅助设计（CAD）专业技能将让您在竞争激烈的就业中脱颖而出。 高新考试计算机辅助设计（CAD）认证是对您知识和技能的可靠证明；代表着在专业设计领域的专业技术与实操技能。 拥有计算机辅助设计（CAD）认证将让您就业受益，助您在设计生涯中获取成功。 计算机辅助设计（CAD）认证能为您提供诸多的优势与好处，增加您的技术认可度。 认证性质 计算机辅助设计（CAD）认证考试是为提高大中专、职业技术院校在校学生以及企事业单位的工程技术人员的数字化设计能力而设计的应用、专业技术水平考试。 认证平台分类 计算机辅助设计-建筑-CAD、计算机辅助设计-机械-CAD、计算机辅助设计-服装-CAD 认证对象 任何希望证明所具备AutoCAD软件知识的人都可以参加认证。计算机辅助设计（CAD）认证强调持证者的技能和知识，任何在工作中使用AutoCAD软件的人都可以从认证项目中获益。通过计算机辅助设计（CAD）认证考试，即证明其具备完成指定工作任务的知识和技能。可应用职务 CAD程师、建筑设计／绘图人员、水电及其他工程绘图人员、机械设计／绘图人员、室内设计／装潢人员、计算机绘图人员、平面设计／美编人员、商业设计、工业设计等等。证书等级及发证机构 证书分为初级、中级、高级，由人力资源与社会保障部职业技能鉴定中心核发。 证书价值 该证书用于从事相关工作岗位的水平等级证明和职业资格证明，是职场岗位晋级、职称晋级和工资福利晋级的必要证书。高级技工（即国家三级）资格证书是日后申评国家二级（即
技师）和国家一级（即高级技师）的必要条件，也是学生从事相关工作的岗位能力证书。认证基本要求 要求考生比较系统地理解AutoCAD的基本概念和基本理论，掌握其使用的基本命令、基本方法，同时要求考生具有一定空间想象能力、抽象思维能力，要求考生在掌握基本操作的基础上能综合运用所学的知识、方法进行复杂产品的设计和开发。 认证方式与考试时间 计算机辅助设计（CAD）认证采用上机考试的形式，使用全国统一题库，按照操作或编程要求，完成指定的考试题目。操作技能考试全部在计算机的相应操作系统和应用程序中完成，实际测试操作能力与操作技能，中级考试时间为120分钟，高级考试时间为180分钟。认证内容 计算机辅助设计（CAD）认证主要是考核AutoCAD中的各种功能，包括人机交互、图档管理、对象生成与修改的高级功能、三维建模的方法、注释与剖面线填充、打印和发布图形，以及数据共享等方面。其中又以生成与修改对象、图档管理、人机交互、三维建模和注释与打印为主要内容。 为什么选择计算机辅助设计（CAD）认证 国家权威认证 由人力资源与社会保障部职业技能鉴定中心推出，至2012年6月全国已经有超过1000万人次参加高新技术考试。 为个人档案添光 无论读书,还是职场晋升,都要面对激烈的竞争,如果拥有计算机辅助设计（CAD）认证,你一定会从激烈的竞争中脱颖而出！ 满足职场技能 计算机辅助设计（CAD）认证给企业员工提供一种提升工作效率、证明自己具备专业技能的方式，这样更助于个人完善自己的职业生涯、增加自身价值！ 学分抵免 计算机辅助设计（CAD）认证项目获得了众多职业院校的认同，将其纳入教学计划，并对于获得计算机辅助设计（CAD）认证的学生给予学分抵免政策。
计算机辅助设计的发展与应用 【摘要】计算机辅助设计(CAD)技术作为关键的共性技术.其广泛应用将促使人们思想观念、工作模式、生产方式的转变，由此对世界经济产生的影响，完全可以与十八世纪的工业革命相比拟。我国CAD软件的开发和应用与国外相比，还有较大的距离，但我们相信，随着知识产权意识的不断增强，随着我国改革开放的不断深入，具有自主版权的CAD软件将不断发展，并更加成熟和完善。与此同时，它也必将拥有更大的市场。本文研究了计算机辅助设计的发展与应用 【关键词】计算机；辅助设计；应用 计算机辅助设计CAD是指利用计算机系统辅助完成工程设计的设计绘图、修改、分析、优化和检验的过程。这一概念产生于七十年代，最初是在机械、电子等领域内的实现。随着32位高档微型机的问世，及高分辨率大屏幕显示器等硬件设备的出现，CAD技术进人普及及应用阶段，并且相继出现了CAM(计算机辅助制造)、CAI(计算机辅助教学)等项计算机应用技术。这些技术已引起人们普遍重视，并且开发出了很多实用系统，在生产实践中起到了减轻人类劳动强度和提高工作效率的作用。CAD引人土木工程领域·现在已经应用与规划设计、施工管理等工作中，收到了显著的经济效益。CAD技术已成为缩短生产周期、降低成本、提高工程和产品质量的重要手段。目前国内土建应用软件不断成熟，已广泛应用与工程设计实践中，随着计算机应用技术的发展，CAD正向标准化、集成化、智能化的方向发展，必将更好地为设计服务。 一、CAD技术在工业中的应用 我国早在二十世纪七十年代就已经开展了CAD技术的研究。在八十年代，我国进行了大规模的CAD技术研究和开发。在“九五”计划期间，国家科委将CAD应用作为四大工程之一（先进制造技术、先进信息工程、CIMS工程、CAD应用工程）。 随着科学技术的发展，CAD技术日益成熟，已经广泛应用于工程技术、机械制造等领域，成为一个技术含量密集的产业，特别是在机械、农业、化工、航天、航空、军事、汽车、电力、船舶、建筑等行业中的应用已经较为普遍。CAD系统的应用解决了产品设计数字化问题，影响和改变着工业的各个方面，使传统的产品设计技术及方式发生了深刻的变革，大大提高了设计的质量和效率。CAM系统的应用解决了实际产品的加工制造问题，提高了零部件的加工精度和产品的制造质量。CAD技术的应用，充分发挥了计算机及外围设备的能力，把计算机的高速度、准确性和大存储量与技术人员的思维能力、综合分析能力结合起来，从而大幅提高了生产效率，缩短了产品的研发周期，提高了设计和制造的质量，节约了原材料和能源，加速了产品更新换代，提高了企业的竞争能力。近年来，一批反映时代潮流的商品化CAD软件在我国广泛使用，如Pro/E、CATIA、UG、Cimatron等。另外，国内一些公司开发出了一批具有自主知识产权的CAD/CAM系统，如广州红地技术公司推出的金银花CAD系统、北航海尔公司开发的CAXA系列软件、武汉开目系列软件等。这些系统已具有很强的实用性和先进性，价格大大低于国外软件，进一步促进了CAD技术在我国的应用和发展。 二、计算机辅助设计的发展 1、智能化 要使自己的产品、工程和系统的质量好、成本低、市场竞争力强，就需要用最好的设计、最好的加工和最好的管理，迫切需要总结国内外相关产品、工程和系统设计制造的经验教训，把成功的设计制造经验做成智能设计、智能制造系统去指导新产品、新工艺和新系统的设计制造，才能使自己的产品、工程和系统具有创造性。目前在智能CAD方面主要开展了以下几方面的工作。 2、多学科多功能综合产品设计技术
光学设计软件介绍 ZEMAX是美国焦点软件公司所发展出的光学设计软件，可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射，折射，绕射等光学模型，并结合优化，公差等分析功能，是套可以运算Sequential及Non-Sequential的软件。版本等级有SE：标准版，XE：完整版，EE：专业版（可运算Non-Sequential），是将实际光学系统的设计概念、优化、分析、公差以及报表集成在一起的一套综合性的光学设计仿真软件。ZEMAX的主要特色：分析：提供多功能的分析图形，对话窗式的参数选择，方便分析，且可将分析图形存成图文件，例如：*.BMP, *.JPG．．．等，也可存成文字文件*.txt；优化：表栏式merit function参数输入，对话窗式预设merit function参数，方便使用者定义，且多种优化方式供使用者使用；公差分析：表栏式Tolerance参数输入和对话窗式预设Tolerance参数，方便使用者定义；报表输出：多种图形报表输出，可将结果存成图文件及文字文件。 CODE V是Optical Research Associates推出的大型光学设计软件，功能非常强大，价格相当昂贵CODE V提供了用户可能用到的各种像质分析手段。除了常用的三级像差、垂轴像差、波像差、点列图、点扩展函数、光学传递函数外，软件中还包括了五级像差系数、高斯光束追迹、衍射光束传播、能量分布曲线、部分相干照明、偏振影响分析、透过率计算、一维物体成像模拟等多种独有的分析计算功能。是世界上应用的最广泛的光学设计和分析软件，近三十多年来，Code V进行了一系列的改进和创新，包括：变焦结构优化和分析；环境热量分析；MTF和RMS波阵面基础公差分析；用户自定义优化；干涉和光学校正、准直；非连续建模；矢量衍射计算包括了偏振；全球综合优化光学设计方法。 CODE V是美国著名的Optical Research Associates（ORA?）公司研制的具有国际领先水平的大型光学工程软件。自1963年起，该公司属下数十名工程技术人员已在CODE V程序的研制中投入了40余年的心血，使其成为世界上分析功能最全、优化功能最强的光学软件，为各国政府及军方研究部门、著名大学和各大光学公司广泛采用1994年，ORA公司聘请北京理工大学光电工程系为其中国服务中心。与国际上其它商业性光学软件相比，CODE V的优越性突出地表现在以下几个方面： 1．CODE V可以分析优化各种非对称非常规复杂光学系统。这类系统可带有三维偏心或倾斜的元件；各类特殊光学面如衍射光栅、全息或二元光学面、复杂非球面、以及用户自己定义的面型；梯度折射率材料和阵列透镜等等。程序的非顺序面光线追迹功能可以方便地
第一章 一、什么是计算机图形学？ 计算机图形学是研究如何利用计算机来显示、生成和处理图形的原理、方法和技术的一门学科。 国际标准化组织(ISO)定义： 计算机图形学是研究通过计算机将数据转换为图形，并在专门显示设备上显示的原理、方法和技术的学科 电气与电子工程协会（IEEE）定义： 计算机图形学是利用计算机产生图形化的图像的艺术和学科。 三、举例说明计算机图形学有哪些应用，分别用来解决什么实际问题？ 应用领域： 1.计算机辅助设计与制造（CAD,CAM） 用于大楼，汽车，飞机，建筑工程，电子路线等的设计和制作过程中。 2.计算机辅助绘图 计算机辅助绘图的典型例子包括计算机可视化，近年来，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，生物信息及生物化学等领域。 3.计算机辅助教学（CAI） 4.办公自动化和电子出版社 5.计算机艺术 6.在工业控制及交通方面的应用 7.在医疗卫生方面的应用 8.图形用户界面 四、人机交互，什么是一致性原则 人机交互学是一门关于设计、评估和执行交互式计算机系统以及研究由此而发生的相关现象的学科。 一致性原则：指在设计系统的各个环节时，应遵从统一的、简单的规则，保证不出现例外和特殊的情况，无论是信息显示还是命令输入都应如此 一致性原则包含这样一些内容：1.一个特定的图符应该始终只有一个含义而不能依靠上下文来代表多个动作或对象；2.菜单总是放在相同的关联位置，使用户不必总是去寻找；3.键盘上的功能键，控制键以及鼠标上的按钮的定义需要前后一致；4.总是使用一种彩色编码，使相同的颜色在不同的情况下不会有不同的含义；5.输入时交互式命令和语法的一致性等 第二章 四、CRT的组成和工作原理是什么？ CRT（Cathode Ray Tube）阴极射线管 ?是一种真空器件，它利用电磁场产生高速的、经过聚焦的电子束，偏转到屏幕的不
精心整理 计算机辅助设计与制造 闭卷考试； 考试题型：名词解释 单选 填空 综合 判断 第1章 1.4 广义 狭义 设计；NC自动编程；计算机辅助测试技术；动态仿真；工程数据管理； 4.CAD/CAM系统大致分为两类：通用集成化（CADAM,UG-II,Pro/ENGINEER, I-DEAS,CV）；单功能系统（GDS,GNC,PLOYSURE,GEMS）; 5.CAD技术与CAM技术结合起来，实现设计、制造一体化具有的明显优越性： （1）有利于发挥设计人员的创造性，将他们从大量繁琐的重复劳动中解放出来。 （2）减少设计、计算、制图、制表所需时间，缩短设计周期。
（3）由于采用了计算机辅助分析技术，可以从多方案中进行分析、比较，选出最佳方案，有利于实现设计方案的优化。 （4）有利于实现产品的标准化、通用化和系列化。 （5）减少零件早车间的流通时间和在机床上装卸、调整、测量、等待切削的时间，提高了加工效率。 （6）先进的生产设备既有较高的生产过程自动化水平，又能在较大范围内适应加工对象的变化，有利于企业提高应变能力和市场竞争力。 （7 （8） 第2章 1. 2.根据以大型 3.根据 立的） 4.根据 5. （1 （2 磁带类、光盘类（光盘存储器）； （3）显示器、键盘、鼠标。 6.输入设备（填空、选择、判断）：键盘；鼠标和操纵杆；数字化仪；图形版（图形输入板）；光笔；触摸屏；扫描输入设备；语音输入设备；数据手套；位置传感器； 7.输出设备（填空、选择、判断）：显示器；打印机；绘图机；立体显示器；3D听觉环境系统；生产系统设备[加工设备（各类数控机床、加工中心）；物流搬运设备（有轨小车、无轨小车、机器
第1章计算机辅助设计概述 1.1 计算机辅助设计的概念 计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD），它是计算机科学技术发展和应用中的一门重要技术。所谓CAD技术，就是利用计算机快速的数值计算和强大的图文处理功能来辅助工程师、设计师、建筑师等工程技术人员进行产品设计、工程绘图和数据管理的一门计算机应用技术，如制作模型、计算、绘图等。 计算机辅助设计对提高设计质量，加快设计速度，节省人力与时间，提高设计工作的自动化程度具有十分重要的意义。现在，它已成为工厂、企业和科研部门提高技术创新能力，加快产品开发速度，促进自身快速发展的一项必不可少的关键技术。 与计算机辅助设计（CAD）相关的概念有： CAE（Computer Aided Engineering ）：计算机辅助分析。就是把CAD设计或组织好的模型，用计算机辅助分析软件对原设计进行仿真设计成品分析，通过反馈的数据，对原CAD设计或模型进行反复修正，以达到最佳效果。 CAM（Computer Aided Manufacture ）：计算机辅助制造。就是把计算机应用到生产制造过程中，以代替人进行生产设备与操作的控制，如计算机数控机床、加工中心等都是计算机辅助制造的例子。CAM不仅能提高产品加工精度、产品质量，还能逐步实现生产自动化，对降低人力成本、缩短生产周期有很大的作用。 把CAD、CAE、CAM结合起来，使得一项产品由概念、设计、生产到成品形成，节省了相当多的时间和投资成本，而且保证了产品质量（如图1-1所示）。 是 图1-1 计算机辅助设计过程 计算机辅助设计（CAD）技术是集计算、设计绘图、工程信息管理、网络通讯等计算机及其他领域知识于一体的高新技术，是先进制造技术的重要组成部分。其显著特点是：提高设计的自动化程序和质量，缩短产品开发周期，降低生产成本费用，促进科技成果转化，提高劳动生产效率，提
光学设计辅助报告 姓名：张雨辰 学号：1011100139
光学计算机辅助设计报告 内容一：已知参数双胶合望远物镜的像质评价 1）像质评价的意义： 任何一个光学系统不管用于何处，其作用都是把目标发出的光按仪器工作原理的要求改变它们的传播方向和位置，送入仪器的接收器，从而获得目标的各种信息，包括目标的几何形状、能量强弱等。因此，对光学系统成像性能的要求主要有两个方面：第一方面是光学特性，包括焦距、物距、像距、放大率、入瞳位置、入瞳距离等；第二方面是成像质量，光学系统所成的像应该足够清晰，并且物像相似，变形要小。第一方面的内容即满足光学特性方面的要求属于应用光学的讨论范畴，第二方面的内容即满足成像质量方面的要求，则属于光学设计的研究内容。 从物理光学或波动光学的角度出发，光是波长在400~760nm的电磁波，光的传播是一个波动问题。一个理想的光学系统应能使一个点物发出的球面波通过光学系统后仍然是一个球面波，从而理想地聚交于一点。但是实际上任何一个实际光学系统都不可能理想成像。所谓像差就是光学系统所成的实际像与理想像之间的差异。由于一个光学系统不可能理想成像，因此就存在一个光学系统成像质量优劣的评价问题，从不同的角度出发会得出不同的像质评价指标。从物理光学出发，推导出几何像差等像质评价指标。有了像质评价的方法和指标，设计人员在设计阶段，即在制造出实际的光学系统之前就能预先确定其成像质量的优劣，光学设计的任务就是根据对光学系统的光学特性和成像质量两方面的要求来确定系统的结构参数。 2）像质评价的方法与Zemax实现： 对于像质评价有两个阶段：1 设计完成后，加工前，对成像情况进行模拟仿真；2 加工装配后，批量生产前，要严格检测实际成像效果。当前我们所作的工作就是对第一阶段进行实际讨论。对于像质评价的方法有两种：1 不考虑衍射：光路追迹法（点列图，像差曲线）； 2 考虑衍射：绘制成像波面，光学传递函数等；有： 瑞利判断：几何像差曲线进行图形积分得到波像差； 中心点亮度（斯托列尔准则）：成像衍射斑的中心亮度和不存在像差时衍射斑的中心亮度之比S.D来表示成像质量； 分辨率：反映光学系统分辨物体细节的能力，可以评价成像质量； 点列图：由一点发出的许多光线经光学系统后，因像差使其与像面的交点不再集中于同
计算机图形学 C o m p u t e r G r a p h i c s E-M A I L:t y z h u w e n b o@163.c o m 主要内容 ?计算机图形学绪论 ?基本二维图形的生成（图形生成算法原理）?二维变换及二维观察（二维图形变化的数 学原理） ?三维变换及三维观察（三维图形变化的数 学原理及变化方法） ?曲线曲面的生成（三维曲线曲面的几种形 式） ?总结全课程 图形学概述 计算机图形学（C o m p u t e r G r a p h i c s) ?定义：计算机图形学是研究怎样用数字计 算机生成、处理和显示图形的一门学科。 ?图形表示和绘制+输入/输出设备 M o d e l i n g+R e n d e r i n g v i a I n p u t/o u t p u t ?计算机图形学计算机科学中，最为活跃、 得到广泛应用的分支之一 数据计算机图形系统图形 计算机图形学 图形及图形的表示方法 ?图形：计算机图形学的研究对象 ?能在人的视觉系统中产生视觉印象的 客观对象 ?包括自然景物、拍摄到的图片、用数学 方法描述的图形等等 ?构成图形的要素 ?几何要素：刻画对象的轮廓、形状等 ?非几何要素：刻画对象的颜色、材质 等 ?表示方法 ?点阵表示 ?枚举出图形中所有的点(强调图 形由点构成) ?简称为图像（数字图像） ?参数表示 ?由图形的形状参数(方程或分析 表达式的系数，线段的端点坐标 等)+属性参数(颜色、线型等)来 表示图形简称为图形 ?图形主要分为两类： ?基于线条信息表示 ?明暗图(S h a d i n g) 第一章绪论 ?1.计算机图形学的发展简史 ?2.计算机图形学的研究内容 ?3.计算机图形学的应用 ?4.常用的图形设备 1.1C G的发展历史 ?50年代 ?1950年，第一台图形显示器作为美国 麻省理工学院（M I T）旋风I号 （W h i r l w i n d I）计算机的附件诞生了 ?1958年，美国C a l c o m p公司由联机的 数字记录仪发展成滚筒式绘图仪， G e r B e r公司把数控机床发展成为平板 式绘图仪 ?50年代末期，M I T的林肯实验室在 “旋风”计算机上开发S A G E空中防 御体系 ?60年代 ?1962年，M I T林肯实验室的I.E. S u t h e r l a n d发表了一篇题为 “S k e t c h p a d：一个人机交互通信的图 形系统”的博士论文--确定了交互图 形学作为一个学科分支（提出基本交互 技术、图元分层表示概念及数据结 构…)。 ?1962年，雷诺汽车公司的工程师P i e r r e Béz i e r提出Béz i e r曲线、曲面的理论 ?1964年M I T的教授S t e v e n A.C o o n s提出 了超限插值的新思想，通过插值四条任 意的边界曲线来构造曲面。 ?70年代（蓬勃发展时期） ?光栅图形学迅速发展 ?区域填充、裁剪、消隐等基本图形 概念、及其相应算法纷纷诞生 ?图形软件标准化 ?1974年，A C M S I G G R A P H的“与机 器无关的图形技术”的工作会议 ?A C M成立图形标准化委员会，制定 “核心图形系统”（C o r e G r a p h i c s S y s t e m） ?I S O发布C G I、C G M、G K S、P H I G S
精编资料 了解图形学与图像处理的发展,应用以及当前国际国内研究的热点和重要成果;理解图形学与图像处理对图元以及图像的分析与理解的以及二维与三维形状重建等;... 图形,图像 计算机图形学与图像处理教案 学时：36，其中讲授26学时，上机10学时。 适用专业：信计专业与数学专业。 先修课程：高等数学、线性代数、数据结构、VC++或者C# 一、课程的性质、教育目标及任务： 计算机图形学与图像处理实际上是两门课程的一个综合。这是一门研究图形学与图像处理的基本理论、方法及其在智能化检测中应用的学科，是计算机科学与技术等电子信息类本科专业的专业课。 本课程侧重于对图形学的基本图元的基本生成，以及图像处理中对图像在空间域与频率域的基本处理算法的研究。并对图形学与图像处理基本理论和实际应用进行系统介绍。目的是使学生系统掌握图形学与图像处理的基本概念、原理和实现方法，学习图形学与图像处理分析的基本理论、典型方法和实用技术，具备解决智能化检测与控制中应用问题的初步能力，为在计算机视觉、模式识别等领域从事研究与开发打下扎实的基础。 二、教学内容基本要求： 1．了解图形学与图像处理的发展、应用以及当前国际国内研究的热点和重要成果； 2．理解图形学与图像处理对图元以及图像的分析与理解的以及二维与三维形状重建等； 3．掌握图形学与图像处理中最基本、最广泛应用的概念、原理、理论和算法以及基本技术和方法； 4．能够运用一门高级语言编写简单的图形学与图像处理软件，实现各种图形学与图像处理的算法。 三、主要教学内容：
学习图形学的基本概念，了解光栅显示系统的原理；掌握基本图元的生成算法：直线的生成算法、曲线的生成算法、多边形的生成算法；掌握区域填充、线段剪裁以及多边形的剪裁；掌握图元的几何变换、以及投影的基本理论。 了解图像的概念；图像数字化的基本原理：取样、量化、数字图像的表示；线性系统理论在图像变换，滤波中的应用：线性系统理论、离散图像变换、小波变换；图像编码压缩、增强，以及复原的基本方法：无失真压缩、有失真压缩、变换编码、压缩标准、图像滤波原理、复原滤波器、直方图运算、点运算；图像识别的基本原理和方法：图像分割、图像分析、图像分类； 四、学时安排 总课时72学时，图形学36学时，其中包括26个学时讲授，10个学时上机；图像处理36学时，其中包括26个学时讲授，10个学时上机； 五、参考书目： (1),
Shanghai Second Polytechnic University 智能制造与控制工程学院（工学部）计算机辅助设计（Pro Engineer 4.0） 课程设计报告 一．课题名称 CB-B 25型齿轮泵 班级：12机工A1 小组成员：李书越陈悦豪 组长：李书越 二．所绘制产品的功能和工作原理描述 CB-B25低压齿轮油泵是将机械能转换为液压能的转换装置。 图1为齿轮泵的工作原理图。装在壳体内的一对齿轮的齿顶园柱及侧面均与壳体内壁接触，因此各个齿间槽间均形成密封的工作空间。齿轮泵的内腔被相互啮合的轮齿分为左、右两个互不相通的空腔a和b，分别与吸油口m和排油口n相通。当齿轮按图示方向旋转时，左侧吸油腔a的轮齿逐渐分离，工作空间的容积逐渐增大，形成部分真空，因此油箱中的油液在大气压力的作用下，经吸油管进入吸油口m。吸入到齿问的油液在密封的工作空间中随齿轮旋转带到右侧的排油腔b，因右侧的齿轮逐渐啮合，工作空间的容
Shanghai Second Polytechnic University 智能制造与控制工程学院（工学部）积逐渐减小，所以齿间的油液被挤出，从排油口n经油管输出。当齿轮不停旋转时，左、右两腔不断完成吸油和排油过程，将压力油输送到液压系统中。 CB-B25齿轮泵应用范围：用于机床、工程机械的液压系统，作为液压系统的动力源，也可作润滑泵，输油泵使用。 齿轮泵工作原理是通过齿轮啮合产生的空间将油从油箱挤压到润滑部位 在术语上讲，齿轮泵也叫正排量装置，即像一个缸筒内的活塞，当一个齿进入另一个齿的流体空间时，液体就被机械性地挤排出来。因为液体是不可压缩的，所以液体和齿就不能在同一时间占据同一空间，这样，液体就被排除了。由于齿的不断啮合，这一现象就连续在发生，因而也就在泵的出口提供了一个连续排除量，泵每转一转，排出的量是一样的。随着驱动轴的不间断地旋转，泵也就不间断地排出流体。泵的流量直接与泵的转速有关。实际上，在泵内有很少量的流体损失，这使泵的运行效率不能达到100%，因为这些流体被用来润滑轴承及齿轮两侧，而泵体也绝不可能无间隙配合，故不能使流体100%地从出口排出，所以少量的流体损失是必然的。然而泵还是可以良好地运行，对大多数挤出物料来说，仍可以达到93%～98%的效率。对于粘度或密度在工艺中有变化的流体，这种泵不会受到太多影响。如果有一个阻尼器，比如在排出口侧放一个滤网或一个限制器，泵则会推动流体通过它们。如果这个阻尼器在工作中变化，亦即如果滤网变脏、堵塞了，或限制器的背压升高了，则泵仍将保持恒定的流量，直至达到装置中最弱的部件的机械极限(通常装有一个扭矩限制器)。 三．所绘制产品的主要结构分析 文后为CB-B 25型齿轮泵的全部零件图。图3的右上方为该齿轮泵的轴测装配图，左上方为轴和齿轮的局部轴测装配图，下面为部分零件的分离式轴测图，以便详细看清楚各零件的结构。轴测图上各零件的编号与图文后零件图上的序号相一致，为叙述方便，泵体及左端盖上各空腔均用小写拉丁字母标注在其轴测图上。 一对相互啮合的齿轮6装在泵体2中，由主动轴4带动回转。主动轴4和从动轴5与两个齿轮6问用平键连接，主动轴的外伸端也装有一平键，三个平键的尺寸均为5×16。轴4、5上各有两个R0.9的凹槽(见文后件4、5的零件图)，分别装4个轴用钢丝
目录 一、建立初始结构 (2) 二、插入多重组态 (2) 三、优化操作数 (3) 四、进行优化 (5) 五、镜头替换 (7) 六、公差分析 (8) 七、零件图 (9) 八、设计感想 (11)
一、建立初始结构 打开ZEMAX,新建一个文件，输入初始数据，设置数值孔径为0.24，波长为1.55nm后的2D图形与斑点图如下： 图1 二、插入多重组态 （一）插入Config1-3三个组态：打开Editor--Multi Configuration Editor--Insert(加两行)--Insert Config（加两列）； （二）设置厚度：将 7、9、11三个面的厚度分别设为50m、100m、150m； （三）此时，3D图如下： 图2
三、优化操作数 1.设置约束条件 （一）输入操作数； （二）用到的操作数： TTHI:设置厚度 OPLT:厚度、间隙小于多少 REAX:实际光线数据的约束 OPGT:厚度、间隙大于多少 EFLX:两器件组合焦距 EFFL:两器件系统焦距 DIFF:两个操作数相减 ABSO:取绝对值 （三）设置相应的Target与Weight值，双击刷新Value与Contrib（贡献值）如下图： 图3
图4 （四）设置完成后初始图： 图5
四、进行优化 （1）根据上述问题进行修改，优化 MXCA的贡献值过大，我将MXCA –surf1、surf2的值由1-11改为1-10，优化（opt）后贡献值接近0，修改数据优化后： 图6
（2）出现的错误图形 错误原因：6.7面相隔距离太近 图7 （3）由于初始结构图形较差，修改参数（将后3个镜面曲面半径设置成无穷）查看贡献值，修改数据优化后 图8
Phong Lighting 该模型计算效率高、与物理事实足够接近。Phong模型利用4个向量计算表面任一点的颜色值，考虑了光线和材质之间的三种相互作用：环境光反射、漫反射和镜面反射。Phong模型使用公式：I s=K s L s cosαΦα：高光系数。计算方面的优势：把r和v归一化为单位向量，利用点积计算镜面反射分量：I s=K s L s max((r，v)α，0)，还可增加距离衰减因子。 在Gouraud着色这种明暗绘制方法中，对公用一个顶点的多边形的法向量取平均值，把归一化的平均值定义为该顶点的法向量，Gouraud着色对顶点的明暗值进行插值。Phong着色是在多边形内对法向量进行插值。Phong着色要求把光照模型应用到每个片元上，也被称为片元的着色。 颜色模型RGB XYZ HSV RGB:RGB颜色模式已经成为现代图形系统的标准，使用RGB加色模型的RGB三原色系统中，红绿蓝图像在概念上有各自的缓存，每个像素都分别有三个分量。任意色光F都可表示为F＝r [ R ] + g [ G ] + b [ B ]。RGB颜色立方体中沿着一个坐标轴方向的距离代表了颜色中相应原色的分量，原点(黑)到体对角线顶点(白)为不同亮度的灰色 XYZ:在RGB 系统基础上，改用三个假想的原色X、Y、Z建立了一个新的色度系统, 将它匹配等能光谱的三刺激值,该系统称为视场XYZ色度系统，在XYZ空间中不能直观地评价颜色。 HSV是一种将RGB中的点在圆柱坐标系中的表示法，H色相S饱和度V明度，中心轴为灰色底黑顶白，绕轴角度为H，到该轴距离为S，沿轴高度为S。 RGB优点:笛卡尔坐标系，线性，基于硬件(易转换)，基于三刺激值，缺点:难以指定命名颜色，不能覆盖所有颜色范围，不一致。 HSV优点:易于转换成RGB，直观指定颜色，’缺点:非线性，不能覆盖所有颜色范围，不一致 XYZ:覆盖所有颜色范围，基于人眼的三刺激值，线性，包含所有空间，缺点:不一致 交互式计算机程序员模型 (应用模型<->应用程序<->图形库)->(图形系统<->显示屏).应用程序和图形系统之间的接口可以通过图形库的一组函数来指定，这和接口的规范称为应用程序编程人员接口(API)，软件驱动程序负责解释API的输出并把这些数据转换为能被特定硬件识别的形式。API提供的功能应该同程序员用来确定图像的概念模型相匹配。建立复杂的交互式模型，首先要从基本对象开始。良好的交互式程序需包含下述特性：平滑的显示效果。使用交互设备控制屏幕上图像的显示。能使用各种方法输入信息和显示信息。界面友好易于使用和学习。对用户的操作具有反馈功能。对用户的误操作具有容忍性。Opengl并不直接支持交互，窗口和输入函数并没有包含在API中。 简单光线跟踪、迭代光线跟踪 光线跟踪是一种真实感地显示物体的方法，该方法由Appel在1968年提出。光线跟踪方法沿着到达视点的光线的相反方向跟踪，经过屏幕上每一象素，找出与视线所交的物体表面点P0，并继续跟踪，找出影响P0点光强的所有的光源，从而算出P0点上精确的光照强度。光线跟踪器最适合于绘制具有高反射属性表面的场景。优缺点：原理简单，便于实现，能生成各种逼真的视觉效果，但计算量开销大，终止条件：光线与光源相交光线超出视线范围，达到最大递归层次。一般有三种：1)相交表面为理想漫射面，跟踪结束。2)相交表面为理想镜面，光线沿镜面反射方向继续跟踪。3)相交表面为规则透射面，光线沿规则透射方向继续跟踪。 描述光线跟踪简单方法是递归，即通过一个递归函数跟踪一条光线，其反射光想和折射光线再调用此函数本身，递归函数用来跟踪一条光线，该光线由一个点和一个方向确定，函数返回与光线相交的第一个对象表面的明暗值。递归函数会调用函数计算指定的光线与最近对象表面的交点位置。 图形学算法加速技术BVH, GRID, BSP, OCTree 加速技术：判定光线与场景中景物表面的相对位置关系，避免光线与实际不相交的景物表面的求交运算。加速器技术分为以下两种：Bounding Volume Hierarchy 简写BVH，即包围盒层次技术，是一种基于“物体”的场景管理技术，广泛应用于碰撞检测、射线相交测试之类的场合。BVH的数据结构其实就是一棵二叉树（Binary Tree）。它有两种节点（Node）类型：Interior Node 和Leaf Node。前者也是非叶子节点，即如果一个Node不是Leaf Node，它必定是Interior Node。Leaf Node 是最终存放物体/们的地方，而Interior Node存放着代表该划分（Partition）的包围盒信息，下面还有两个子树有待遍历。使用BVH需要考虑两个阶段的工作：构建（Build）和遍历（Traversal）。另一种是景物空间分割技术，包括BSP tree，KD tree Octree Grid BSP:二叉空间区分树 OCTree:划分二维平面空间无限四等分 Z-buffer算法 算法描述：1、帧缓冲器中的颜色设置为背景颜色2、z缓冲器中的z值设置成最小值（离视点最远）3、以任意顺序扫描各多边形a) 对于多边形中的每一个采样点，计算其深度值z(x,y) b) 比较z(x, y)与z缓冲器中已有的值zbuffer(x,y)如果z(x, y) >zbuffer(x, y)，那么计算该像素(x, y)的光亮值属性并写入帧缓冲器更新z缓冲器zbuffer(x, y)＝z(x, y) Z-buffer算法是使用广泛的隐藏面消除算法思想为保留每条投影线从COP到已绘制最近点距离，在投影后绘制多边形时更新这个信息。存储必要的深度信息放在Z缓存中，深度大于Z缓存中已有的深度值，对应投影线上已绘制的多边形距离观察者更近，故忽略该当前多边形颜色，深度小于Z缓存中的已有深度值，用这个多边形的颜色替换缓存中的颜色，并更新Z缓存的深度值。 void zBuffer() {int x, y; for (y = 0; y < YMAX; y++) for (x = 0; x < XMAX; x++) { WritePixel (x, y, BACKGROUND_VALUE); WriteZ (x, y, 1);} for each polygon { for each pixel in polygon’s projection { //plane equation doubl pz = Z-value at pixel (x, y); if (pz < ReadZ (x, y)) { // New point is closer to front of view WritePixel (x, y, color at pixel (x, y)) WriteZ (x, y, pz);}}}} 优点：算法复杂度只会随着场景的复杂度线性增加、无须排序、适合于并行实现 缺点：z缓冲器需要占用大量存储单元、深度采样与量化带来走样现象、难以处理透明物体 着色器编程方法vert. frag 着色器初始化：1、将着色器读入内存2、创建一个程序对象3、创建着色器对象4、把着色器对象绑定到程序对象5、编译着色器6、将所有的程序连接起来7、选择当前的程序对象8、把应用程序和着色器之间的uniform变量及attribute变量关联起来。 Vertex Shader：实现了一种通用的可编程方法操作顶点，输入主要有：1、属性、2、使用的常量数据3、被Uniforms使用的特殊类型4、顶点着色器编程源码。输入叫做varying变量。被使用在传统的基于顶点的操作，例如位移矩阵、计算光照方程、产生贴图坐标等。Fragment shader：计算每个像素的颜色和其他属性，实现了一种作用于片段的通用可编程方法，对光栅化阶段产生的每个片段进行操作。输入：Varying 变量、Uniforms-用于片元着色器的常量，Samples-用于呈现纹理、编程代码。输出：内建变量。 观察变换 建模变换是把对象从对象标架变换到世界标架 观察变换把世界坐标变换成照相机坐标。VC是与物理设备无关的，用于设置观察窗口观察和描述用户感兴趣的区域内部分对象，观察坐标系采用左手直角坐标系，可在用户坐标系中的任何位置、任何方向定义。其中有一坐标轴与观察方向重合同向并与观察平面垂直。观察变换是指将对象描述从世界坐标系变换到观察坐标系的过程。（1）：平移观察坐标系的坐标原点，与世界坐标系的原点重合，（2）：将x e，y e轴分别旋转（-θ）角与x w、y w轴重合。 规范化设备坐标系 规范化设备坐标系是与具体的物理设备无关的一种坐标系，用于定义视区，描述来自世界坐标系窗口内对象的图形。 光线与隐式表面求交 将一个对象表面定义为f(x,y,z)=f(p)=0,来自P0，方向为d的光线用参数的形式表示为P(t)=P0+td. 交点位置处参数t的值满足：f(P0+td)=0,若f是一个代数曲面，则f是形式为X i Y j Z k的多项式之和，求交就转化为寻求多项式所有根的问题，满足的情况一：二次曲面，情况二：品面求交，将光线方程带入平面方程：p*n+c=0可得到一个只需做一次除法的标量方程p=p0+td。可通过计算得到交点的参数t的值：t=(p0*n+c)/(n*d). 几何变换T R S矩阵表示 三维平移T 三维缩放S旋转绕z轴Rz( ) 100dx 010dy 001dz 0001 Sx000 0Sy00 00Sz0 0001 cos-sin00 sin cos00 0010 0001 θθ θθ 旋转绕x轴Rx(θ) 旋转绕y轴Ry(θ) 1000 0cos-sin0 0sin cos0 0001 θθ θθ cos0sin0 0100 -sin0cos0 0001 θθ θθ 曲线曲面 Bezier曲线性质：Bezier曲线的起点和终点分别是特征多边形的第一个顶点和最后一个顶点。曲线在起点和终点处的切线分别是特征多边形的第一条边和最后一条边，且切矢的模长分别为相应边长的n倍；（2）凸包性；（3）几何不变性（4）变差缩减性。端点插值。 均匀B样条曲线的性质包括：凸包性、局部性、B样条混合函数的权性、连续性、B样条多项式的次数不取决于控制函数。 G连续C连续 C0连续满足：C1连续满足： (1)(0) p(1)=(1)(0)(0) (1)(0) px qx py q qy pz qz == ???? ???? ???? ???? (1)(0) p'(1)=(1)'(0)(0) (1)(0) p x q x p y q q y p z q z == ???? ???? ???? ???? C0(G0)连续:曲线的三个分量在连接点必须对应相等 C1连续:参数方程和一阶导数都对应相等 G1连续:两曲线的切线向量成比例 三维空间中，曲线上某点的导数即是该点的切线，只要求两个曲线段连接点的导数成比例，不需要导 数相等，即p’(1)=aq’(0) 称为G1几何连续性。将该思想推广到高阶导数，就可得到C n和G n连续性。