CAD原理2(修改)

CAD 系统的硬件系统的硬件陈渭2009.10CAD 系统的硬件系统的硬件2.1 计算机系统计算机系统2.2 输入和输出装置输入和输出装置2.3 3D 数据获取及其应用数据获取及其应用 2.1 计算机系统计算机系统1、大型计算机和图形终端大型计算机和图形终端*功能强大*不方便*成本高2、专用专用 CAD 系统系统*专门 用于CAD,由一个超小型机和几个设计工作站组成*遵循“中心控制概念*不方便和不 够强以处理3D复杂建模 3、工作站工作站&高端个人计算机高端个人计算机*支持多任务*支持网络和文件共享*成本低*现在和趋势2.2 输入和输出装置输入和输出装置计算机图形输入字母数字输入图形输出字母数字输出（CAD工作站）计算机终端2.1.1 图形输出设备图形输出设备（1）两种技术 矢量绘图设备 光栅扫描设备 （例如笔式绘图仪）（例如点阵打印机 激光打印机）用数组 A（I，J)数组中每个元素为“0”或“1”说明：两种光栅显示设备两种光栅显示设备(CRT 和和 LCD)描的方式生成图像 传统的阴极射线管电视以扫 LCD显示一个象素表示一 个光点，以增加图像质量采用象素，每 图形输出技术图形输出技术 （1）好的分辨率 （1）速度与图像无关（a）直线 （b）光滑曲线（2）仅需很少的内存和指示优点优点缺点（1）复杂图像成像慢在CRT上抖动（2）着色困难且慢矢量 光栅矢量 光栅图形输出设备图形输出设备矢量设备CRT（阴极射线管）（阴极射线管）电磁场控制电子束使磷放光，持续时间取决于镀层材料（1060 微秒）。刷新速度3080次/秒，高于人的眼睛获取速度（23次/秒）图形输出设备图形输出设备-光栅设备分辨率取决于屏幕的象素数目，而数目取决于内存数和光束的分辨率例如：13英寸屏幕（8X10英寸）100X100象素/英寸2黑白显象，1bit/象素（彩色或灰度不同时8bits）80英寸2X10,000象素/英寸2=800,000bits图形输出设备图形输出设备-光栅设备液晶显示器 LCD(Liquid Crystal Display等离子显示器 PDP(Plasma Display Panel）发光二极管显示器 LCD（Liquid Crystal Display）平面图像显示设备LCD与PDP具有同样的缺点，诸如反应速度慢，温度范围窄，尺寸与视角由限制平显技术有了很大的发展，越来越多的LCD和LED用在电视和计算机屏幕LCD 和和 等离子显示等离子显示CRT、LCD、PDP、LED比较比较CRT比LCD稍微好的原因成本低色彩丰富反应快，显示运动没有拖尾现象利用发射技术扩大视角LCD 比CRT稍微好的原因小和轻能耗少因为图像是由每个LCD象素显示图像鲜艳降低视力应力和疲劳辐射少与其他设备干扰少总是有好的几何形状比大多数CRT晃眼少LCD与LED相比LED能耗降低90%；LED 视角范围更宽；LED低温极限高，零下40度；LED更薄关键技术术语关键技术术语CRT的刷新率刷新率 是指每秒屏幕重新画多少次.低的刷新率会使屏幕闪烁和眼睛疲劳.17英寸显示器刷新率 75 Hz 大的是 85 Hz.LCD 不闪烁，所以刷新率不重要.点距是同色磷点之间的距离，单位是毫米点距是同色磷点之间的距离，单位是毫米.点距越小图像越好.优化的点距是 0.26 mm 或更小(通常以点距问价).亮度亮度:LCD 提供不同背景亮度.亮度单位为 nits.大多 LCDs 提供大多用户觉得可以地150-200 nits.LCD 背景亮度可以工作15万小时.数字光处理数字光处理-DLP由德州仪器公司生产的基于半导体,的显示(1993)一个小平镜安装 在DLP 投影系统的小悬臂上可以倾斜或离开光源(ON/OFF)-生成亮或暗点在投影平面.DLP 投影系统的的灯泡产生白光当它投到投影平面时通过一个彩色转轮.DLP 投影系统 1-芯片和 3-芯片系统光真空管显示光真空管显示高性能计算与高端虚拟化高性能计算与高端虚拟化虚拟现实和工厂设计图形输入设备图形输入设备 计算机图形输入字母数字输入图形输出字母数字输出（CAD工作站）计算机终端1、键盘字母用箭头输入图形 按键输入ASCII码到计算机，软件转换ASCII码成光标的位置改变，回车输入位置图形输入设备图形输入设备:2、写字板栅格板板上嵌入线组成栅格感应由笔产生的电场并且提供软件笔的位置，它能够用作：u更新图标的位置u图纸数字化u输入系统命令u如果 X1XX2 和Y1YY2,执行命令“XXX”图形输入设备图形输入设备:3、鼠标u机械鼠标小球在表面滚动时，垂直安放的滚子监测X和Y方向运动变化，按键记录位置u光电鼠标光电管照明并记录栅格u无线鼠标红外或篮牙系统：鼠标发射和USB连接接收器图形输入设备图形输入设备:4、光电笔光电倍增管记录电子束通道，光栅决定笔的位置图形输入设备图形输入设备:5、接触屏 光线和探测器组成的矩阵（旧式）接触屏（现在）图形显示器覆盖压敏模块膜图形输入设备图形输入设备:2.3 3D 数据获取及其应用数据获取及其应用 2D 2D 图形图形:(:(对每个象素对每个象素:X:X 和和 Y Y 坐标坐标 和光强和光强).).强度可以时灰色强度可以时灰色 (8(8 bits:0 bits:0 255)255)或彩色或彩色 RGB(24 bits).RGB(24 bits).从测距传感设备或从测距传感设备或3D 3D 摄像机得到的摄像机得到的3D 3D 图像图像/数据数据根据它们的根据它们的 x,x,y,z y,z 坐标定义数据点坐标定义数据点 (可以是点数据可以是点数据).).*机械传感器机械传感器 (测量和扫描测量和扫描)*激光扫描激光扫描*基于三角测量测距传感设备*基于消耗时间测距传感设备*基于 CAD模型的机器视觉生成:*反求工程*机器视觉和智能机器人*车辆尺寸测量和交通监视*扫描 3D 物体,人体,艺术作品 以自由形状的汽车设计为例汽车设计和CAD模型生成根据3D CAD模型用5轴CNC铣床加工的全尺寸泡沫塑料汽车模型根据3D CAD模型用5轴CNC铣床加工的全尺寸泡沫塑料汽车模型从3D扫描生成的CAD模型用机械传感器扫描利用多个图像3D测距和物体/工作空间建模用用 3D 位置传感器位置传感器(3D 摄像机摄像机)获得 3D 云云点数据点数据两种选择:基于三角测量:可见激光,短距,准确基于消耗时间:激光和微波,长程,不够准确 基于三角测量测距仪基于三角测量测距仪基于消耗时间的测距仪反求工程中处理反求工程中处理 3D 位置数据获得位置数据获得 3D CAD 模模型型处理处理 3D 位置数据位置数据 3D 云点数据 基于截面的 CAD 模型 生成物体及空间的完全描述 传感器融合 形成表面模型和 进行反求工程 基于截面的 CAD 模型 表面模型 CNC 加工;RP等.多视图融合和模型生成用于商业和超尺寸车辆的自动车辆尺寸测用于商业和超尺寸车辆的自动车辆尺寸测量系统量系统可在收费站实施 实时车辆尺寸测 量 复杂车辆形状 速度120 km/小时地车辆尺寸测量 恶劣天气条件 高度和宽度误差:15 cm 长度精度:30 cm用红外激光测距仪对运动车辆进行自用红外激光测距仪对运动车辆进行自动实时尺寸测量动实时尺寸测量反求工程和自动反求工程和自动 CNC 工具路径生成工具路径生成 用于高效用于高效和高质量装饰件加工和高质量装饰件加工 基于基于 3D 扫描的几何建模扫描的几何建模挑战:准确/照明/范围(选择正确的 3D 传感器技术)阻塞(障碍)/多视点融合 多层建模:云点/截面/表面/实体应用:反求工程(e.g.Face Mask)尺寸测量(e.g.Moving Vehicle)物体辨识(e.g.Moving Vehicle)3D CAD 模型生成 3D 雕刻文件 做鞋 电影人物制作/计算机游戏 作业:找和阅读 3D 长程传感器