计算机辅助三维设计教学案.docx

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计算机辅助三维设计教学案

郑州航院艺术设计系

课程名称：

计算机辅助三维设计

授课专业：

工业设计

讲授人：

宗思生副教授

2012年3月

《计算机辅助三维设计》课程基本信息

（一）课程名称：

计算机辅助三维设计

（二）学时学分：

周4学时，2.5学分

（三）预修课程：

无

（四）使用教材

李启炎主编：

《计算机绘图（初级）》（AutoCAD2000版），同济大学出版社，2001年7月版。

（五）教学参考书（3本以上）

1．余强著：

《AutoCAD2005机械制图经典实例教程》，机械工业出版社，2005年3月版。

2．王国业著：

《AutoCAD2008中文版三维造型实例教程（含1CD）》，机械工业出版社，2008年4月版。

3．刘培晨著：

《AutoCAD中文版室内设计图绘制实例教程》，机械工业出版社，2003年1月版。

（六）教学方法：

课堂讲授，课堂讨论，提问式教学。

（七）教学手段：

多媒体教学，实时操作演示。

（八）考核方式：

上机测试。

（九）其它要求：

严格考勤，注重学生课堂表现及课堂参与情况，上机练习情况。

第一章CAD技术概况

教学时数：

2学时

教学目的与要求：

通过本章的教学，使学生对计算机辅助设计的基本概念及应用有一个全面概括的了解。

要求学生掌握基本概念。

教学重点：

CAD概念，CAD系统的构成。

教学难点：

CAD相关概念的比较讲解，使学生透彻理解概念。

教学内容：

§1.1CAD技术的发展史

§1.2CAD系统的构成

§1.3CAD技术的应用

§1.4CAD技术发展展望

§1.1CAD技术的发展史

1．CAD是什么

·20世纪60年代初，美国学者提出CAD（ComputerAidedDesign）的概念。

以后CAD技术发展与CG（ComputerGraphics–计算机图形学）相结合形成一门新学科。

·计算机绘图：

由计算机及图形输入/输出设备实现图形显示及绘图输出。

是图形学、计算数学、计算机科学结合的结晶，是CAD/CAM的基础。

·计算机辅助设计是利用计算机的计算功能和图形处理能力，按照设计师的意图进行分析和计算，作出判断和选择，最后得到满意的设计结果和生产图纸。

·计算机辅助制造CAM（ComputerAidedManufacturing）是使计算机与工厂生产设备联系起来，利用计算机系统进行生产的计划、管理控制、操作的技术。

·计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）是指从设计到制造的整个过程应用计算机进行信息处理的技术。

2．CAD技术的发展

·企业技术水平的一个重要标志。

从根本上改变了传统的设计、管理控制、生产的模式。

·其应用与发展与计算机软件、硬件的发展密切相关。

·在我国，在各行业得到迅速发展，有不少已取得显著经济效益:

制造业、工程设计、其他行业（纺织、服装等）

3．当前CAD/CAM技术发展的主要特点

·应用范围不断扩大，普及面日益广泛。

·集成化程度不断提高。

CAD/CAM集成，再与市场分析、生产管理、仓/料管理等集成一起最终形成计算机集成制造系统（CIMS）。

·与人工智能相结合，使其拥有机械领域专家的经验和知识，具有学习、推理、联想和判断能力，有智能化的视觉、听觉、语言能力，使CAD/CAM系统在产品设计和制造中发挥作用。

4.CAD技术的地位

CG/CAD/CAM当前在机械、航空、电子、造船、轻纺、测绘等行业中已得到广泛应用。

它可以缩短设计周期，提高设计质量，节约原材料，提高产品一次合格率，加快产品的更新换代速度。

已成为增强企业应变能力和国际竞争能力的必备手段。

§1.2CAD系统的构成

1．CAD系统对支撑环境的要求

（1）高速数据处理能力和数值计算能力；

（2）很强的图形处理能力；

（3）有效的数据管理能力；

（4）系统应符合标准化；

（5）良好的文字处理能力；

（6）友好的用户界面，便于学习和使用；

（7）系统应具有较强的适合各领域应用的功能。

2．CAD系统的组成

（1）CAD系统是一个综合的、集成了各种技术在内的系统，它将信息技术与应用领域技术紧密集成在一起。

所涉及信息技术有：

计算机技术（硬件、软件）、图形学、数据管理、数值分析、智能技术、人机界面、网络通讯。

（2）CAD系统的组成

CAD系统的硬件

大型的CAD软件系统一般在大/中型计算机、图形工作站或网络上运行，外围设备和系统软件都比较丰富和庞大。

由于微机性能的提高，微机版的CAD软件纷纷出现。

本书以Win2000上运行的AutoCAD2000为基础介绍CAD应用技术。

3．CAD系统中的计算机平台

目前，主要有建立在工程工作站和个人机PC为平台的系统。

其中高档PC的应用更为广泛。

4．图形设备

（1）图形输入设备：

键盘、光笔、鼠标器、数字化仪、扫描仪

（2）图形显示设备：

显示器

（3）图形输出设备：

绘图仪、打印机、缩微胶卷

5．大容量存储设备：

磁盘（软磁盘、硬盘），磁带，光盘

6．通讯与网络设备

（1）局域网：

Novell、WindowsNT及实现异种机通讯的TCP/IP协议的网络

（2）客户机/服务器系统（C/S）:

服务器存放数据，客户机存放应用

（3）Internet和Intranet

7．CAD系统中的软件环境

（1）系统软件：

操作系统、编程语言

（2）计算分析软件：

有限元分析、模拟仿真

（3）图形处理软件：

计算机绘图

（4）数据管理软件：

关系数据库系统

（5）网络软件

（6）文字处理软件：

WPS、Office

§1.3CAD技术的应用

1．3．1制造业中的应用

概念设计、详细设计、结构分析和优化、仿真模拟，现代化设计。

CAD技术贯穿于整个设计过程。

当前先进的CAD应用系统将设计、绘图、分析、仿真、加工等一系列功能集成于一个系统内。

最常用软件：

UGIIUnigraphicsSolution公司

IDEASSDRC公司

CATIADassult公司

PRO/EPTC公司

CADDS5CV公司

EuclidMATRA公司

Cimatron

1．3．2工程设计中的应用

建筑：

方案设计、三维造型、建筑渲染图等概念设计，平面布景、建筑构造设计、小区规划、日照分析、室内装潢（包括室内分隔、家具、环境装修）等。

结构：

有限元分析、结构平面设计、框和排架结构计算和分析、高层结构分析、地基及基础设计，钢结构设计与加工。

设备：

水、电、暖各种设备及管道设计。

市政建设：

城市规划、城市交通—道路高架、轻轨、地铁。

市政管线：

自来水、污水排放、煤气、电力、暖气、通信。

交通工程：

公路、桥梁、铁路、航空、机场、港口、码头。

水利工程：

大坝、水渠、河海工程。

房地产开发及物业管理、工程概预算、施工过程控制与管理、风景、旅游景点设计与布置、智能大厦设计等。

1.3.3其他应用

轻工、纺织、家电、服装、制鞋、医疗和医药，文化娱乐和体育。

1.3.4计算机绘图技术

计算机图形处理技术是CAD的重要基础之一。

机械、建筑等工程设计任务最终要出加工或施工图纸。

绘图任务必须由图形软件来完成。

如AutoCAD、Microstation等。

一个图形软件应包括基本图素的生成，如点、线、曲线、多边形、圆、圆柱体、球体、曲面等；图形编辑功能，如图形的平移、旋转、放大、缩小、修改、增删等；符号及标注功能，各种常用符号、文字、剖面线；尺寸标注；文件管理，文件的生成、存储、删除、建库等；三维图形的着色、消隐、阴影、反走样、真实感图形、表面纹理生成等。

1.4CAD技术发展展望

标准化、智能化、集成化。

标准化：

CGI,GKS,PHIGS,IGES,STEP

智能化：

专家知识、自动生成、方案优选、仿真模拟技术、多媒体技术。

集成化：

首先集成了计算机软、硬件，数据库、外围设备、图形学、网络及各个应用领域的技术；又与CAM、CAPP、MIS、PDM、MRP等系统相集成。

科学计算可视化、虚拟设计、虚拟制造技术是CAD技术发展的新趋向。

本章小结：

本章讲述了CAD技术的基本概念及其发展情况，对其软、硬件系统的组成作了介绍，通过对其在各行业的应用情况的了解，对其重要地位及实用性有了全面的了解，对其发展作了展望。

本章思考题（讨论题，练习题，作业题）

1．CAD与计算机绘图技术的关系

2．CAD的硬件系统及软件系统

3．CAD的应用情况

第二章AutoCAD2000的基本概念

教学时数：

2学时

教学目的与要求：

通过本章的教学，使学生对AutoCAD2000的基本概念及基本操作有一个概括的了解。

要求学生掌握基本概念及基本操作。

教学重点：

基本操作命令，坐标系。

教学难点：

坐标系及绝对坐标和相对坐标的关系，详细讲解相对坐标与绝对坐标的换算，图示示例。

教学内容：

§2.1AutoCAD的基本功能

§2.2AutoCAD2000的安装

§2.3AutoCAD2000的启动

§2.4UseaWizard使用向导

§2.5UseaTemplate设置样板

§2.6AutoCAD2000文件基本操作方法和技巧

§2.7AutoCAD2000绘图区域界限的设定

§2.8AutoCAD2000的辅助绘图工具操作

§2.9坐标系

§2.10命令的输入方法

§2.11坐标点的输入

§2.12实体选择方式

§2.13夹点的操作

§2.1AutoCAD的基本功能

美国Autodesk公司的软件产品，微机绘图软件包，内嵌有AutoLISP语言及AutoCAD的C语言开发系统，具备开放结构特点。

1997年上半年推出R14版。

AutoCAD2000增加了400多项功能。

其基本功能可归结为：

1．绘图功能：

直线，圆，弧，椭圆，曲线，三维实体模型等

2．编辑功能：

复制，镜像，裁剪，阵列，缩放，旋转，平移等

3．辅助绘图功能：

捕捉，栅格，正交，目标捕捉等

4．编程功能：

形文件，菜单文件，命令文件，LISP、ADS程序文件等。

§2.2AutoCAD2000的安装

1.在Windows9X/me/XP/2000下安装AutoCAD2000

2.AutoCAD2000的汉化问题

3.硬件要求：

PC486以上，内存64MB以上，硬盘112MB以上，显示器SVGA800x600以上，光驱，鼠标，键盘等。

§2.3AutoCAD2000的启动

§2.4UseaWizard使用向导

§2.5UseaTemplate设置样板

StartfromScratch完全绘制新图

§2.6AutoCAD2000文件的基本操作方法和技巧

1．创建新的图形文件

下拉菜单[File]=>[New…]

命令行Command:

NEW

1．打开已有的图形文件

下拉菜单[File]=>[Open…]

命令行Command:

OPEN

2．已打开图形文件的保存

另存到其他图形文件[File]=>[SaveAs…]

命令行Command:

SaveAs

保存到当前图形文件

下拉菜单[File]=>[Save…]

命令行Command:

Qsave

文件的自动保存

下拉菜单[Tools]=>[Preferences…]

选General,在DrawingSessionSafteyPrecautions复选框，选择AutomaticSave选项，并设定自动保存时间间隔。

3.恢复图形文件

下拉菜单[File]=>[DrawingUtilities]=>[Recover]

命令行Command:

RECOVER

4．部分打开文件

5．文件的部分加载

6．同时打开多个图形文件

7．退出AutoCAD

下拉菜单[File]=>[Exit…]

命令行Command:

EXIT

§2.7AutoCAD2000绘图区域界限的设定

AutoCAD中作图都需要设定一个作图区域，在起始屏幕可以设定作图区域，进入后则需要用界限设定命令修改。

下拉菜单[Format]=>[DrawingLimits]

命令行Command:

LIMITS

ON/OFF/<0.0000,0.0000>:

0,0

Upperrightconner<12.0000,9.0000>:

420,297

ON/OFF/<0.0000,0.0000>:

ON

此时超出界限的绘图操作不接受。

设定后还需要用缩放命令显示全部。

§2.8AutoCAD2000的辅助绘图工具操作

AutoCAD2000中提供了多种辅助命令。

1．GRID（栅格显示）

命令行Command:

GRID

GRIDSpacing（X）orON/OFF/Snap/Aspect<10.00>:

其中Snap为间距等于捕捉步距，Aspect为设置栅格水平及垂直间距。

功能键F7，组合键CTRL+G

2.SNAP（定点捕捉）

命令行Command:

SNAP

SnapSpacingorON/OFF/Aspect/Rotate/Style<10.00>:

其中Rotate指定一个角度和基点，绕点旋转捕捉方向（由十字光标指示）。

功能键F9。

3.ORTHO（正交）

命令行Command:

ORTHOON/OFF:

§2.9坐标系

1.绝对坐标系

（1）直角坐标系

（2）极坐标

（3）

球面坐标

（4）柱面坐标

2.相对坐标：

相对于前一点的坐标，也有以上4种坐标系

§2.10命令的输入方法

1AutoCAD命令提示符

Command:

2命令输入方式

（1）在Command:

提示符后键入命令

（2）选择菜单

（3）透明命令

也可按空格键、回车键或单击鼠标右键重复执行前一命令。

§2.11坐标点的输入

1．绝对坐标：

直角坐标极坐标球面坐标柱面坐标

4,3,220<3020<30<6020<30,15

2．相对坐标@5,6,7

3．用光标定位

4．点的过滤输入.X,10,20.XY,20

5．临时捕捉点

6．隐含捕捉点

§2.12实体选择方式

1实体：

图元，指点、直线、圆、圆弧等均是实体

2实体选择方式的设定

[Tools]=>[Selection…]

3几种实体选择方式

单点选择、多点选择、窗口选择W、交叉窗口选择C、最后选择L、上一次选择P、所有实体的选择ALL、取消选择U。

§2.13夹点的操作

§2.14AutoCAD2000的工作屏幕

1．绘图窗口

2．标题栏

3．菜单栏：

下拉式菜单、工具条按钮菜单

4．工具条

5．命令信息区

6．绘图区

7．图形光标

8．状态条

AutoCAD2000下拉菜单简介

File图形文件管理：

新建、打开、保存、打印等

Edit命令的撤消、重作，对实体的复制、剪贴、粘贴等

View当前视图的控制，视图放大、缩小、移位、重画等，观察方式

Insert插入外部的图形、数据

Format格式控制，如图层、颜色、线形、字体、尺寸标注等

Tools实用工具，如拼写检查、查询、应用程序的加载等

Draw绘制各种基本实体

Dimension用于控制尺寸标注的风格

Modify对已有实体进行编辑

Help向用户提供在线帮助

本章小结：

本章讲述了AutoCAD2000软件系统的基本功能、安装启动及文件基本操作，对其辅助工具、坐标系、实体选择方式作了介绍，通过本章的学习，对AutoCAD2000有一个较全面的了解。

本章思考题（讨论题，练习题，作业题）

1．AutoCAD的基本功能及安装

2．AutoCAD的辅助功能

3．AutoCAD的坐标系及坐标给定方式

4．AutoCAD的命令执行方式及实体选择方式

第三章基本绘图命令

教学时数：

讲授1学时+上机2学时

教学目的与要求：

通过本章的教学，使学生掌握简单绘图命令的操作方法、步骤。

要求学生掌握操作命令及其基本操作。

教学重点：

各画图命令，点捕捉的使用。

教学难点：

特征点捕捉的使用，示例讲解特征点及其捕捉。

教学内容：

§3.1点的绘制命令（POINT）

§3.2直线的绘制命令（LINE）

§3.3圆的绘制命令（CIRCLE）

§3.4圆弧的绘制命令（ARC）

§3.5ELLIPSE绘制椭圆和椭圆弧

§3.6特殊点的捕捉

§3.7X/Y/Z点的过滤

§3.8REGEN重新生成命令

任何复杂的图形都是由一些基本的几何元素组成，这些几何元素称为实体（Entity）。

本章将讲述一些点、线、圆、圆弧的绘制命令及基本的编辑命令。

§3.1点的绘制命令（POINT）

POINT命令有四条子命令，其中:

Singlepoint一次画一点

MultiplePoint一次命令画多个点

1.Singlepoint命令格式

[Draw]=>[Point]=>[Singlepoint]

Command:

POINT

2.MULTiplepoint命令格式

[Draw]=>[Point]=>[Multiplepoint]

Command:

POINT

3.点标记符的设置（Format---PointStyle）

[Format]=>[Pointstyle…]

可设置:

PointSize及点图形大小的参照

§3.2直线的绘制命令（LINE）

[Draw]=>[Line]

Command:

LINE

给定点方式：

光标取点,绝对坐标,相对坐标,极坐标（正三角形）

§3.3圆的绘制命令（CIRCLE）

1.画圆的6种方式

2.命令格式:

[Draw]=>[Circle]=>[CenterRadius]

[Draw]=>[Circle]=>[CenterDiameter]

[Draw]=>[Circle]=>[2Point]

[Draw]=>[Circle]=>[3Point]

[Draw]=>[Circle]=>[Tan,Tan,Radius]

[Draw]=>[Circle]=>[Tan,Tan,Tan]

Command:

Circle

§3.4圆弧的绘制命令（ARC）

1.画弧的11种方式

2.命令格式:

[Draw]=>[Arc]=>[3Point]

[Draw]=>[Arc]=>[Start,Center,End]

[Draw]=>[Arc]=>[Start,Center,Angle]

Command:

ARC

§3.5ELLIPSE绘制椭圆和椭圆弧

格式：

[Draw]=>[Ellipse]=>[]

Command:

ELLIPSE

操作步骤:

给定椭圆轴端点或[Arc椭圆弧/Center中心]:

给定点1或输入选项

给定轴的另一端点:

Specifyapoint

（2）

给定与另一轴的距离或[Rotation旋转因子]:

Specifyapoint（3）,enteravalue,orenterr

生成椭圆弧arc.先用前面两步生成椭圆，再给定椭圆弧起始角和终止角：

给定起始角或[Parameter参数]:

给定点1,enteravalue,orenterp

给定终止角或[Parameter/Includedangle]:

给定点2,enteravalue,orenteranoption

§3.6特殊点的捕捉

1.连续特殊点的捕捉的设置

2000下:

[Tools]=>[DraftingSettings…]

R14下:

[Tools]=>[ObjectSnapSettings…]

ENDpoint端点MIDpoint中点INTersection交点EXTension延伸点

APParentIntersection显式交点CENter圆心点NODe点目标QUAdrant象限点

INSertion插入点PERpendicular垂线点TANgent切线点NEArest最近点

PARallel平行点QUIck快速捕捉NONe关闭点捕捉

Command:

OSNAP

2.临时特殊点的捕捉选用

Shift+鼠标器右键单击

§3.7X/Y/Z点的过滤

（1）x轴坐标值过滤

Command:

.x回车给定一点,取其x坐标

（needyz）再给定yz值（可选点,取其yz坐标）

（2）y轴坐标值过滤

Command:

.y回车给定一点,取其y坐标

（needxz）再给定xz值（可选点,取其xz坐标）

§3.8REGEN重新生成命令

[View]=>[Regen],Command:

REGEN

本章小结：

通过本章AutoCAD2000的基本绘图命令的学习，对其操作使用方法有了初步的掌握，能够绘制简单的图形，对AutoCAD2000的作用有了一定感知了解，对后面章节的学习打下了一定基础。

本章思考题（讨论题，练习题，作业题）

1．点样式的设定

2．辅助线的作用及点捕捉功能的使用

3．基本绘图命令的作用

第四章基本编辑命令

教学时数：

讲授1学时+上机2学时

教学目的与要求：

通过本章的教学，使学生掌握简单编辑命令的操作方法、步骤。

要求学生掌握操作命令及其基本操作。

教学重点：

各编辑命令的使用。

教学难点：

对齐操作，拉伸操作，示例讲解两种操作的步骤。

教学内容：

§4.1命令的撤消及恢复U，UNDO,REDO

§4.2平移命令MOVE

§4.3旋转命令ROTATE

§4.4SCALE缩放命令

§4.5ALIGN对齐命令

§4.6COPY复制命令

§4.7MIRROR镜像命令

§4.8CHAMFER倒角命令

§4.9FILLET倒圆角命令

§4.10STRETCH拉伸命令

§4.11LENGTHEN改变长度命令

补充：

夹点操作（演示内容）。

在前面章节中我们学习了基本绘图命令，在作图过程中，不可避免的会出现各种错误，利用AutoCAD提供的丰富的编辑命令，可以方便的对图形进行修改，还可以对图形进行诸如移动、旋转、复制、缩放等操作，从而可以大大简化绘图工作，方便快捷绘图。

本章主要学习掌握图形的基本编辑命令。

§4.1命令的撤消及恢复U，UNDO,REDO

在AutoCAD中，可以方便的撤消先前一步或几步的操作，还可以将被撤消的操作恢复，避免在绘图过程中因各种误操作而产生不可挽回的后果。

1．命令的撤消