包装计算机辅助设计

包装计算机辅助设计主讲：胡桂林浙江科技学院轻工学院E-mail:[e-mail]@163.com教学要求了解计算机绘图的基本问题，掌握基本图形生成、几何变换和几何设计的基本概念、方法与算法；对数据库、数据结构、优化方法有较好的初步认识；熟悉CAD软件的二次开发概念，具备一定的开发能力；对包装CAD软件有一定的了解，初步具有开发的能力。教材或参考书•教材王德忠主编：包装计算机辅助设计，印刷工业出版社，1996。•主要参考书：徐文才等编著：包装计算机辅助设计，西安理工大学，1993孙家广：计算机图形学（第三版），清华大学出版社，1999教学方式和考试•自学和课堂教学相结合•理论教学和上机实验相结合(40,12)•期末考试,平时作业,上机作业第一章绪论1.1基本概念1.2CAD技术的发展及应用1.3CAD系统的硬件和软件1.4CAD的基本方法1.1基本概念★计算机辅助设计（ComputerAidedDesign,CAD）是指研究利用计算机技术进行工程和产品设计与分析的理论和方法，是涉及整个设计过程的一门学科。★计算机绘图(ComputerDrawing)计算机图形学（ComputerGraphics）是研究怎样用计算机生成、处理和显示图形的理论和方法的新兴学科。计算机绘图则是应用图形学理论实现图形显示、图形处理以及借助图形信息进行人机通讯的学科。★计算机辅助制造(ComputerAidedManufacture,CAM)利用计算机帮助人进行产品的制造。奥迪效果图和线框图工程图及其三维重建结果1工程图及其三维重建结果21.1基本概念★计算机辅助设计（ComputerAidedDesign,CAD）是指研究利用计算机技术进行工程和产品设计与分析的理论和方法，是涉及整个设计过程的一门学科。★计算机绘图(ComputerDrawing)计算机图形学（ComputerGraphics）是研究怎样用计算机生成、处理和显示图形的理论和方法的新兴学科。计算机绘图则是应用图形学理论实现图形显示、图形处理以及借助图形信息进行人机通讯的学科。★计算机辅助制造(ComputerAidedManufacture,CAM)利用计算机帮助人进行产品的制造。1.1基本概念(Cont.)★计算机辅助工艺设计（ComputerAidedProcessPlanning,CAPP）是指利用计算机进行工艺过程的设计。★计算机辅助生产管理(ComputerAidedProduction，CAP)是在将原材料转换为产品的生产系统中，利用计算机对生产全过程进行管理。★计算机集成制造系统(ComputerIntegratedManufactureSystem,CIMS)是指产品从构思、设计、加工制造，直到最终装配、出厂检验的全过程实行计算机控制的系统，是CAM技术试图达到的最终目的。1.2CAD技术的发展及应用一、CAD技术的发展过程（1）50年代（准备和酝酿）–1950年，第一台图形显示器作为美国麻省理工学院（MIT）旋风I号（WhirlwindI）计算机的附件诞生了–1958年，美国Calcomp公司由联机的数字记录仪发展成滚筒式绘图仪，GerBer公司把数控机床发展成为平板式绘图仪–50年代末期，MIT的林肯实验室在“旋风”计算机上开发SAGE空中防御体系一、CAD技术的发展过程（2）60年代（蓬勃发展、进入应用）–1962年，MIT林肯实验室的I.E.Sutherland发表了一篇题为“Sketchpad：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PierreBézier提出Bézier曲线、曲面的理论–1964年MIT的教授StevenA.Coons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。一、CAD技术的发展过程（3）70年代（广泛使用）–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，ACMSIGGRAPH的与“与机器无关的图形技术”的工作会议•ACM成立图形标准化委员会，制定“核心图形系统”（CoreGraphicsSystem）•ISO发布CGI、CGM、GKS、PHIGS–真实感图形学•1970年，Bouknight提出了第一个光反射模型•1971年Gourand提出“漫反射模型＋插值”的思想，被称为Gourand明暗处理•1975年，Phong提出了著名的简单光照模型-Phong模型–实体造型技术•英国剑桥大学CAD小组的Build系统•美国罗彻斯特大学的PADL-1系统一、CAD技术的发展过程（4）80年代及以后–图形硬件和各个分支均在这个时期飞速发展–标准化、集成化、智能化–多媒体技术、人工智能、科学计算可视化、虚拟现实–三维造型技术二、CAD技术的应用1、CAD技术的应用领域–工程和产品的设计–仿真模拟–艺术模拟办公自动化、电子印刷…………..2、CAD技术在包装行业的应用包装纸盒/纸箱、塑料和玻璃容器、缓冲包装、包装装潢计算机艺术•计算机艺术–用计算机软件从事艺术创作•二维平面的画笔程序（如CorelDraw，Photoshop，PaintShop）•图表绘制软件（如Visio）•三维建模和渲染软件包（如3DMAX，Maya）、以及一些专门生成动画的软件（如Alias，Softimage）•优点：–提供多种风格的画笔画刷–提供多种多样的纹理贴图，甚至能对图象进行雾化，变形等操作–可以任意修改，取消败笔•不足：–无法达到传统绘画中风格化的艺术效果–很难得到有素描效果、油画效果的艺术品二、CAD技术的应用1、CAD技术的应用领域–工程和产品的设计–仿真模拟–艺术模拟办公自动化、电子印刷…………..2、CAD技术在包装行业的应用包装纸盒/纸箱、塑料和玻璃容器、缓冲包装、包装装潢三、CAD技术的发展趋势1、网络化图1常见的网络拓朴结构（a）总线；（b）星型；（c）令牌环三、CAD技术的发展趋势2、智能化3、集成化1.3CAD系统的硬件和软件一、CAD系统的组成CAD系统的基本构成CAD系统单用户和网络模式二、CAD系统的硬件主机CPU、内存外存硬盘、软盘、CD光盘、DVD光盘、优盘……….输入设备–第一阶段：控制开关、穿孔纸等等–第二阶段：键盘–第三阶段：二维定位设备，如鼠标、光笔、图形输入板、触摸屏等等，语音–第四阶段：三维输入设备（如空间球、数据手套、数据衣），用户的手势、表情等等–第五阶段：用户的思维数字化坐标仪基本工作原理：电磁感应主要性能指标：1、最大有效幅面2、数字化的速率3、最高分辨率扫描仪主要结构：扫描头、主板、机械结构和附件主要性能指标：1、彩色位数；2、灰度等级；3、分辨率•图形显示系统–CRT显示器–液晶显示器–等离子显示器–伪三维的显示器，和立体眼睛配合使用–头盔式显示器–CAVE/全景式显示环境阴极射线管(CRT-CathodeRayTube)–组成：包括电子枪、加速结构、聚焦系统、偏转系统、荧光屏阴极射线管（CRT)阴极射线管(CRT)–工作原理•高速的电子束由电子枪发出，经过聚焦系统、加速系统和磁偏转系统就会到达荧光屏的特定位置。由于荧光物质在高速电子的轰击下会发生电子跃迁，即电子吸收到能量从低能态变为高能态。由于高能态很不稳定，在很短的时间内荧光物质的电子会从高能态重新回到低能态，这时将发出荧光，屏幕上的那一点就会亮了–要保持显示一幅稳定的画面，必须不断地发射电子束–刷新频率•刷新一次是指电子束从上到下扫描一次的过程•刷新频率高到一定值后，图象才能稳定显示电子枪•电灯丝，阴极和控制栅组成。•阴极：由灯丝加热发出电子束，•控制栅：加上负电压后，能够控制通过其中小孔的带负电的电子束的强弱。通过调节负电压高低来控制电子数量，即控制荧光屏上相应点的亮度。聚焦系统保证电子束在轰击屏幕时，汇聚成很细的点。加速电极加正的高压电（几万伏），使电子束高速运动。偏转系统•控制电子束，静电场或磁场，产生偏转。•电子束要到达屏幕的边缘时，偏转角度就会增大。到达屏幕最边缘的偏转角度被称为最大偏转角•最大偏转角是衡量系统性能的最重要的指标，显示器长短与此有关•CRT显示器屏幕越大整个显象管就越长荧光屏荧光物质：当它被电子轰击时发出亮光持续发光时间：电子束离开某点后，该点的亮度值衰减到初始值1/10所需的时间刷新(Refresh)：为了让荧光物质保持一个稳定的亮度值刷新频率：每秒钟重绘屏幕的次数荧光屏像素(Pixel:PictureCell)：构成屏幕（图像）的最小元素分辨率(Resolution)：CRT在水平或竖直方向单位长度上能识别的最大像素个数，单位通常为dpi（dotsperinch)。在假定屏幕尺寸一定的情况下，也可用整个屏幕所能容纳的像素个数描述，如640*480，800*600，1024*768，1280*1024等等–点状影孔板工作原理•红、绿、兰三基色•三色荧光点（很小并充分靠近--〉像素）•三支电子枪电子枪、影孔板中的一个小孔和荧光点呈一直线；每个小孔与一个像素（即三个荧光点）对应显示器能同时显示的颜色个数如果每支电子枪发出的电子束的强度有256个等级，则显示器能同时显示256*256*256=16M种颜色，称为真彩系统调节各电子枪发生的电子束中所含电子的数目，即可控制各色光点亮度。打印机（撞击式和非撞击式）绘图机（滚筒式和平板式）快速成型机（三维打印）图形硬拷贝设备结合激光扫描和电子照相技术，主要由硒鼓（感光鼓）、上粉盒、充电电晕丝等组成。主要工作步骤:1、硒鼓初始化2、硒鼓感光3、显影4、将图像传到纸上5、熔化像点6、清扫硒鼓，开始新一轮工作激光打印机绘图机主要技术指标绘图速度：画笔移动的最高速度绘图精度：包括定位精度、重复精度、零位精度和总精度等绘图有效面积：绘图笔所能达到的有效绘图范围绘图功能：如图线线型、画直线、画圆等绘图笔的步距、笔数、夹持笔的方式主要有滚筒式：由两只步进电机分别带动绘图笔和绘图纸运动。价格便宜，精度不高，过程不清楚平板式：由计算机发出脉冲驱动x、y向的驱动电机，使画笔做x、y方向的移动。精度高，有效绘图面积大，过程可监视。价格较高、占地面积大三、CAD系统的软件CAD软件一般由功能不同的三个层次组成，即系统软件、支撑软件和应用软件CAD软件一般只能运行在特定的操作系统上；支撑软件是CAD软件中的重要组成部分，如各种图形软件、计算分析、优化软件、数据库管理系统、仿真软件；应用软件是针对特定领域的，如包装容器造型和结构设计CAD等三、CAD系统的形式及分类从系统的配置和终端与主机间的构成方式来看，CAD系统主要有大型图形系统中型机或超级小型机图形系统微机型图形系统工作站图形系统网站型工作站分布式图形系统1.4CAD的基本方法一、CAD系统的功能要求应具有计算、存储、对话、输入和输出等功能–计算功能：应包括形体设计、分析的算法程序和描述形体的数据库；–存储功能：能在内存、外存中存放图形数据；–对话功能：能通过图形显示器、定标坐标等直接结果进行人机交互通讯；–输入功能：能把设计中的有关尺寸和参数，及命令输入计算机；–输出功能：应具有图形、文字和图像的输出功能。二、CAD的基本方法设计过程是反复进行建立模型—〉分析计算和评价模型——〉修正完善模型的过程二、CAD的基本方法1、CAD作业中的模型与专业设计有关的数学模型与CAD直接有关的模型2、CAD的分析计算基本内容：力学性能的分析计算；几何形体特性的分析计算；设计方法的分析计算基本分析方法：解析法和数值模拟法3、CAD的评价与自动绘图三、计算机辅助设计的常用技法1、分层技术2、标准图形库的应用3、图形/图像处理技术4、造型图像化5、用户界面设计包装计算机辅助设计主讲：胡桂林浙江科技学院轻工学院E-mail:[e-mail]@163.com