CAD-THIETKEBANGMAYTINH [Compatibility Mode]

3/31/2010 NỘI DUNG CAD – Thiết kế nhờ máy tính Người trình bày : HUỲNH HỮU NGHỊ PHẦN CỨNG CAD/CAM/CNC • Noäi dung • • • • • Phần cứng CAD/CAM-CNC Đồ hoạ máy tính Mơ hình hố hình học Cấu trúc liệu Tiêu chuẩn đồ hoạ Giới thiệu phần mềm CAD/CAM Pro/E PHẦN CỨNG CAD/CAM/CNC Cấu hình chung hệ thống CAD/CAM Cấu hình chung hệ thống CAD/CAM Màn hình đồ hoạ Các thiết bị nhập Các thiết bị xuất Các phần tử máy tính PHẦN CỨNG CAD/CAM/CNC Cấu hình chung hệ thống CAD/CAM PHẦN CỨNG CAD/CAM/CNC Cấu hình chung hệ thống CAD/CAM Headphone (Output) Monitor (Output) Hardware box (contains processor, memory, buses etc.) Mouse and Keyboard (Input) 3/31/2010 PHẦN CỨNG CAD/CAM/CNC Cấu hình chung hệ thống CAD/CAM PHẦN CỨNG CAD/CAM/CNC Cấu hình chung hệ thống CAD/CAM CÁC NHIỆM VỤ CỦA TRẠM THIẾT KẾ
Máy tính cá nhân Giao tiếp với CPU Tạo hình ảnh đồ họa rõ ràng hình cho người dùng Đảm bảo mô tả hình ảnh dạng số
Modem connection Truyền lệnh cho máy tính hoạt động Cho phép giao tiếp dễ dàng người hệ thống PHẦN CỨNG CAD/CAM/CNC PHẦN CỨNG CAD/CAM/CNC MÀN HÌNH ĐỒ HỌA Màn hình đồ hoạ Một cathode nung nóng phóng chùm electron với tốc độ cao lên hình thủy tinh tráng lớp phosphor Các điện tử nạp lượng cho lớp phosphor, làm cho phát sáng điểm bị kích thích Bằng cách hội tụ chùm điện tử, thay đổi mật độ điều khiển điểm tiếp xúc màng phosphor nhờ hệ thống phản xạ (deflector), chùm điện tử dùng để tạo hình ảnh Plasma display Liquid crystal display (LCD) PHẦN CỨNG CAD/CAM/CNC Màn hình đồ hoạ Màn hình CRT không thích hợp cho hình mỏng Khi hình Plasma có ích Màn hình Plasma sử dụng khí neon môi trường thuỷ tinh với điện cực nằm mặt trước sau để hiển thị hình ảnh Loại có kích thước mỏng cho diện tích lớn Chúng tiêu thụ nhiều lượng độ phân giải không cao Các hình LCD sử dụng mạng tinh thể lỏng, đổi màu điện trường để hiển thị hình ảnh Màn hình loại sử dụng rộng rãi máy tính xách tay Chúng cho phép dùng tối đa diện tích hình, tốn lượng nên thích hợp cho việc lưu động Tuy hình ảnh hình LCD phụ thuộc vào ánh sáng khuếch tán Chúng sử dụng ứng dụng CAD/CAM PHẦN CỨNG CAD/CAM/CNC Màn hình đồ hoạ Màng phosphor cảm sáng Lưới điều khiển Hệ thống tiêu cự Chùm electron
Là hình sử dụng rộng rãi
Là chai thuỷ tinh chân không Màn hình CRT
Có phần tử nung nóng
Các điện tử bị lôi vào xi lanh hội tụ Anode
Có phản xạ nằm ngang thẳng đứng
Chùm tia đập lên màng phốt trươc ống Cathode Hệ thống phản xạ Sơ đồ ống phóng tia Cathode (CRT) 3/31/2010 PHẦN CỨNG CAD/CAM/CNC PHẦN CỨNG CAD/CAM/CNC Các thiết bị nhập Các thiết bị nhập Keyboard Chuột máy tính PHẦN CỨNG CAD/CAM/CNC PHẦN CỨNG CAD/CAM/CNC Các thiết bị nhập Các thiết bị nhập Scanner Lightpen PHẦN CỨNG CAD/CAM/CNC Các thiết bị nhập PHẦN CỨNG CAD/CAM/CNC Các thiết bị nhập Scanner 3/31/2010 PHẦN CỨNG CAD/CAM/CNC PHẦN CỨNG CAD/CAM/CNC Các thiết bị xuất Các thiết bị xuất Laser jet printer PHẦN CỨNG CAD/CAM/CNC Các phần tử máy tính PHẦN CỨNG CAD/CAM/CNC Các phần tử máy tính Card mạng card hình Main Board Ổ đĩa cứng ổ đĩa mềm Nguồn Ram Bộ vi xử lý PHẦN CỨNG CAD/CAM/CNC Các phần tử phụ ĐỒ HOẠ MÁY TÍNH ỘI DUG 3.1 Tổng quan 3.2 Đồ hoạ máy tính 3.3 Các phương pháp tạo hình 3/31/2010 ĐỒ HOẠ MÁY TÍNH ĐỒ HOẠ MÁY TÍNH TỔNG QUAN TỔNG QUAN Chúng ta biết mối liên hệ CAD/CAM CNC CAD Hệ thống CAD dùng máy tính để CAM Phát triển Phân tích CNC Sửa chữa • • ĐỒ HOẠ MÁY TÍNH ĐỒ HOẠ MÁY TÍNH TỔNG QUAN TỔNG QUAN Vấn đề cốt lõi hệ thống CAD đồ họa máy tính Khi thiết kế người thiết kế dùng máy tính để tạo ra, biến đổi đưa liệu lên hình dạng hình ảnh ký hiệu • Một hệ tương tác đồ họa máy tính ICG (Interactive Computer Graphics) điển hình bao gồm phần cứng phần mềm • Màn hình Máy in Loa Bàn phím Máy tính Ổ đóa mêm Ổ đóa CD ĐỒ HOẠ MÁY TÍNH ĐỒ HOẠ MÁY TÍNH TỔNG QUAN TỔNG QUAN Phần cứng gồm: Bộ xử lý trung tâm Một vài trạm làm việc kể hình Các thiết bị máy in, máy vẽ, • Phần mềm gồm: Các chương trình cần thiết để đưa qúa trình đồ họa lên hệ thống, kèm theo chương trình ứng dụng cho nhiệm vụ thiết kế riêng biệt theo yêu cầu người dùng • Cấu hình phần mềm CAD gồm: Cơ sở liệu ứng dụng Các chương trình ứng dụng Màn hình đồ họa Bộ đồ họa Thiết bị nhập người dùng Design workstation 3/31/2010 ĐỒ HOẠ MÁY TÍNH ĐỒ HOẠ MÁY TÍNH TỔNG QUAN TỔNG QUAN • Hệ thống hay đồ họa (Graphics Package) phần mềm hỗ trợ người dùng hình đồ họa Nó quản lý tương tác người dùng hệ thống Nó dùng giao diện (kết nối trung gian) người dùng phần mềm ứng dụng Hệ thống đồ họa gồm chương trình nhập (input subroutines) chương trình xuất (output subroutines) • Các chương trình nhập nhận lệnh liệu từ người dùng đưa chúng đến chương trình ứng dụng • Chương trình xuất điều khiển hình (hoặc thiết bị khác) biến đổi model ứng dụng sang hình ảnh đồ họa chiều ĐỒ HOẠ MÁY TÍNH ĐỒ HOẠ MÁY TÍNH TỔNG QUAN Các chức đồ hoạ Sự tiến hoá đồ hoạ máy tính:
Từ 1960 Màn hình ký tự
Từ 1963- 1980s Màn hình vector
từ 1972 - Màn hình raster 2D
từ 1984 - 3D graphics workstation
1990 - 2005 Multimedia Hypermedia, thực tế ảo,… ĐỒ HOẠ MÁY TÍNH Tạo phần tử đồ hoạ •Phần tử đồ họa máy tính đối tượng hình ảnh sở điểm, đường thẳng, đường tròn, Tập hợp phần tử hệ thống bao gồm chữ viết ký hiệu đặc biệt • • • • • • Tạo phần tử đồ họa (Create) Biến đổi (Trasform): Di chuyển, phóng đại, xoay Chỉnh sửa (Modify): cắt xén,… Tạo đặc tính (Attribute): nét vẽ, màu, độ dày Chia nhỏ để chọn xoá đối tượng (Delete) Tạo hàm nhập người dùng (User input Function) ĐỒ HOẠ MÁY TÍNH Tạo phần tử đồ hoạ Phần mềm AutoCADï có công cụ tạo phần tử hình học sau : 3/31/2010 ĐỒ HOẠ MÁY TÍNH ĐỒ HOẠ MÁY TÍNH Biến đổi (Trasform) Biến đổi (Transformation) Biến đổi (Transformation) : Biến đổi hình học không gian chiều (2D) Phép di chuyển : Là đưa phần tử hình học từ chỗ tới chỗ Scaling: Dùng để tăng giảm kích thước đối tượng hình học Không thiết phải có tỉ lệ khuyếch đại theo phương x,y Phép xoay : Trong phép biến đổi điểm phân tử xoay quanh gốc tọa độ góc θ Tô bóng = Render Chiếu phối cảnh Chiếu trục đo Dạng khung dây Dạng khung dây có chiều sâu Khung dây antialiasing Tô bóng phẳng Tô bóng mềm mại đa giác Bản đồ tranh có bóng chiếu Cận cảnh Tạo sương mù Biến đổi hình học không gian chiều (2D): Để định vị điểm hệ tọa độ trục, phải tọa độ X, Y Những tọa độ coi ma trận x : (x,y) Thí dụ: Ma trận (2,5) điểm có tọa độ x = y = tính từ gốc toạ độ Phương pháp phát triển cho việc xác định đường ma trận 2x2 cách cho toạ độ điểm đường thẳng Công thức có dạng: ĐỒ HOẠ MÁY TÍNH ĐỒ HOẠ MÁY TÍNH Biến đổi (Transformation) Biến đổi (Transformation) • Bằng cách dùng quy tắc ma trận, điểm hay đường (hoặc phần tử hình học khác viết dạng ma trận) biến đổi để tạo phần tử • Có nhiều phép biến đổi dùng đồ họa máy tính Chúng ta bàn phép biến đổi: di chuyển, khuyếch đại xoay ĐỒ HOẠ MÁY TÍNH ĐỒ HOẠ MÁY TÍNH Phép di chuyển • Di chuyển: Là đưa phần tử hình học từ chỗ tới chỗ Trong trường hợp điểm, phương trình viết sau: • x’ = x + m , y’ = y + n • Trong x’, y’ tọa độ điểm di chuyển tới • x, y tọa độ ban đầu điểm di chuyển đi, • m, n - lượng di chuyển tương ứng theo phương x,y • Viết dạng ma trận: • (x’,y’) = (x,y) + T • Trong T = (m,n) ma trận di chuyển • Ký hiệu T chữ Translate = di chuyển Phép di chuyển • Để minh họa biến đổi mặt phẳng 2D xét đường thẳng xác định ma trận • Giả sử ta cần di chuyển L đơn vị theo x đơn vị theo y • Việc có nghóa ta phải cộng thêm vào giá trị x vào giá trị y điểm đầu cuối đường thẳng Nghóa đường thẳng có điểm cuối (3,4) (4,7) Hiệu phép di chuyển minh họa hình sau 3/31/2010 ĐỒ HOẠ MÁY TÍNH ĐỒ HOẠ MÁY TÍNH Phép di chuyển Scaling: lấy tỉ lệ • Dùng để tăng giảm kích thước đối tượng hình học Không thiết phải có tỉ lệ khuyếch đại theo phương x,y Thí dụ đường tròn biến đổi thành ellipse cách lấy tỉ lệ khuyếch đại theo phương x y khác ĐỒ HOẠ MÁY TÍNH Scaling: lấy tỉ lệ ĐỒ HOẠ MÁY TÍNH Scaling: lấy tỉ lệ Các điểm phân tử lấy tỉ lệ khuyếch đại ma trận tỉ lệ sau: ( x’,y’) = (x,y) S Trong Là ma trận tỉ lệ Điều có nghóa kích thước phân tử thay đổi hệ số tỉ lệ m theo phương x hệ số tỉ lệ n theo phương y ĐỒ HOẠ MÁY TÍNH Scaling: lấy tỉ lệ Thí dụ ĐỒ HOẠ MÁY TÍNH Phép xoay Trong phép biến đổi điểm phân tử xoay quanh gốc tọa độ góc θ Đối với góc θ dương, chi tiết xoay ngược chiều kim đồng hồ Viết dạng ma trận sau: Cũng với đường thẳng thí dụ trên, ta nhân tỉ lệ lên Khi ma trận tỉ lệ ( 2x2) xác định sau: S Trong Phương trình khuếch đại viết Kết khuếch đại Là ma trận xoay R viết tắt chữ Rotation = xoay 3/31/2010 ĐỒ HOẠ MÁY TÍNH Phép xoay ĐỒ HOẠ MÁY TÍNH Phép xoay Thí dụ: Chúng ta sử dụng đường thẳng cho xoay góc 300 quanh gốc tọa độ Ma trận xoay viết: Kết phép xoay Đường thẳng xác định sau: ĐỒ HOẠ MÁY TÍNH ĐỒ HOẠ MÁY TÍNH TẠO HÌNH CHIẾU TRONG ĐỒ HỌA MÁY TÍNH Đặt vấn đề Bản vẽ hình chiếu ĐỒ HOẠ MÁY TÍNH ĐỒ HOẠ MÁY TÍNH Đặt vấn đề Đặt vấn đề Từ xưa, người ta biết vẽ Thí dụ hình ảnh vẽ tường từ năm 2150 trước công nguyên theo phép chiếu song song Trên chai người Hy lạp vào kỷ thứ trước công nguyên hình chếu phối cảnh 3/31/2010 ĐỒ HOẠ MÁY TÍNH ĐỒ HOẠ MÁY TÍNH Đặt vấn đề Tạo hình chiếu đồ hoạ máy tính Planar geometric projections Hình chiếu phối cảnh thời xa xưa Parallel Perspective Orthographic Top (plan) Front elevation Oblique Cabinet Axonometric One-point Two-point Cavalier Side elevation Three-point Other Isometric Other ĐỒ HOẠ MÁY TÍNH ĐỒ HOẠ MÁY TÍNH Tạo hình chiếu đồ hoạ máy tính Tạo hình chiếu đồ hoạ máy tính Hình chiếu trục đo (isometric) Hình chiếu thẳng góc Projection plane (top view) Ưu điểm: - Có thể đo xác - Các hình chiếu có tỉ lệ Nhược điểm: 120o Ưu điểm: Projectors for side view 120o - Có thể đo xác - Khơng cần nhiều hình chiếu Projectors for top view 120o Projection plane hược điểm: - Khơng giống với nhìn thực Projection plane (side view) Projectors for front view Projection plane (front view) - Khơng giống với nhìn thực y Projector - Khó thể mặt cong hắngo với mặt phẳng Projectionplane normal x z ĐỒ HOẠ MÁY TÍNH ĐỒ HOẠ MÁY TÍNH Tạo hình chiếu đồ hoạ máy tính Tạo hình chiếu đồ hoạ máy tính Hình chiếu nghiêng (oblique) Thí dụ hình chiếu thẳng góc (ortographic) nghiêng (oblique) 1 1 1 o 30 o 45 45 yy yy yy yy yy yy yy yy yy yyyyyyyy yyyyyyyy yyyyyyyy 1/2 1 o y y y y y y y y y 1 1/2 cavalier pr of unit cube yy yy yy yy yy yy yy yy yy 30 o cavalier multiview orthographic cabinet 10 3/31/2010 MÔ HÌNH HOÁ HÌNH HỌC MÔ HÌNH HOÁ HÌNH HỌC B-rep CSG CÁC KỸ THUẬT MÔ HÌNH HOÁ KHÁC • B-rep – Các phần tử bản: đỉnh, mặt, cạnh (vertices, faces, edges) – Toán tử: tốn tử Euler – Cấu trúc liệu: • Kỹ thuật Voxel • Kỹ thuật Grammar (nhân mảnh) • Kỹ thuật Particle (tạo hạt) • Cấu trúc cạnh kiểu cánh (Wing edge structure) • Khơng gian nhớ lớn – Ưu điểm phương pháp B- rep khả dễ dàng thay đổi hình dạng bề mặt dùng nhiều hệ thống CADCAM MÔ HÌNH HOÁ HÌNH HỌC KỸ THUẬT VOXEL • Tạo tập khối lập phương nhỏ – Không gian ba chiều chia thành khối (tế bào) lập phương nhỏ với độ phân giải cho trước khối vật thể mơ hình hố cách liệt kê danh sách tế bào mà chiếm giữ MÔ HÌNH HOÁ HÌNH HỌC Kỹ thuật Grammars (nhân mảnh)  Kỹ thuật Grammars tạo mô hình cách dùng tập quy tắc nhân rộng hình đơn giản
Chúng dùng để thể cỏ, vỏ ốc hến, mẫu trang trí tường, vải in MÔ HÌNH HOÁ HÌNH HỌC Ưu nhược điểm Voxel Ưu điểm: • Đơn giản • Độ phức tạp cho tất đối tượng • Dùng tóan tử Boolean hược điểm: • Chỉ gần • Địi hỏi nhớ lớn • Màn hình đắt tiền Dùng chủ yếu máy Scanner y học MÔ HÌNH HOÁ HÌNH HỌC Kỹ thuật Particles (Tạo hạt)  Dùng để biểu diễn mô hình động tượng mây, khói, lửa, nổ, v.v…
Các phần tử hạt có hình dạng khác hình cầu, hình ellipse, gọt nước
Các hạt phát triển tuỳ theo đặc điểm thời gian, hình thù, quỹ đạo, đặc điểm khác
Đặc tính hạt bị ảnh hưởng lực đặc biệt trọng lực, lực từ trường, v.v… Thí dụ hệ thống tạo mô hình cỏ kỹ thuật grammars 24 3/31/2010 MÔ HÌNH HOÁ HÌNH HỌC KỸ THUẬT DROP (TẠO GIỌT)  Chúng hình cầu mềm dẻo với trường lực hấp dẫn xô đẩy Khi hai giọt gặp nhau, chúng trộn vào tạo thành giọt
Phạm vi ứng dụng:  Tạo mô hình phân tử  Tạo mô hình dòng chảy MÔ HÌNH HOÁ HÌNH HỌC NHỮNG ĐẶC ĐIỂM KHÁC CỦA CAD VÀ SỰ TÍCH HP CAD/CAM – Phần lớn hệ thống CAD có khả mở rộng để xây dựng vẽ thiết kế Những khả là: • 1/ Tự động tạo nét gạch chéo mặt cắt vẽ • 2/ Khả viết chữ vẽ (kích thước kiểu chữ) • 3/ Ghi kích thước tự động MÔ HÌNH HOÁ HÌNH HỌC Tạo mô hình khối đặc MÔ HÌNH HOÁ HÌNH HỌC TĨM LƯỢC • Có nhiều cách tạo mơ hình – 2D – 3D • Khung dây • Mặt • Khối ( C-rep, B-rep, Voxel, Grammar, Particles, Drop) • Hiểu biết sử dụng chúng công tác thiết kế sản phẩm thuận lợi MÔ HÌNH HOÁ HÌNH HỌC • - Tất đặc điểm hữu ích, giúp giảm thời gian thiết kế in vẽ • - Một hệ thống tích hợp CAD/CAM có lợi ích to lớn nhiều so với hệ CAD CAM riêng rẽ • - Việc tạo cầu nối CAD CAM mục tiêu đặc biệt hệ thống CAD/CAM MÔ HÌNH HOÁ HÌNH HỌC Tạo mô hình khối đặc 25