实体造型和计算机辅助设计

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实体造型和计算机辅助设计之间的区别

实体造型 vs. 计算机辅助设计

实体造型（Solid modelling）是用於數學和電腦建模的三維實體上的一組連貫原則，它和幾何模型以及计算机图形的差別主要在於它對物理尺度保真度的強調。幾何模型和實體模型一同構成電腦輔助設計的根基，一般可以協助物理實體的創造、交換、視覺化、製作動畫、檢查和註解。 实体造型的主要應用領域是计算机辅助设计、工程分析、计算机图形学、动画、快速原型（rapid prototyping）、医疗测试和科学研究的可视化（visualization）。. 電腦輔助設計（Computer Aided Design, CAD）是指運用電腦軟體製作並模擬實物設計，展現新開發商品的外型、結構、彩色、質感等特色的過程。隨著技術的不斷發展電腦輔助設計不僅僅適用於工業，還被廣泛運用於平面印刷出版等諸多領域。它同時涉及到軟體和專用的硬體。 CAD有时也写作“computer-assisted”、“computer-aided drafting”，或类似的表达方式。相关的缩略语有CADD，表示计算机辅助设计和草图（computer-aided design and drafting），以及CAAD，表示计算机辅助建筑设计（computer-aided architectural design）。所有这些术语基本上同義，都指使用计算机而不是传统的绘图板来进行各种项目的设计和工程制图。通常由CAD创建的建筑和工程项目的范围很广，包括建筑设计制图，机械制图，电路图，和其他各种形式的设计交流方式。现在，它们都成为计算机辅助设计更广泛的定义的一部分。 设计者很早就开始使用计算机进行计算。有人认为Ivan Sutherland在1963年在麻省理工学院开发的Sketchpad是一个转折点。SKETCHPAD的突出特性是它允许设计者用图形方式和计算机交互：设计可以用一枝光笔在阴极射线管屏幕上绘制到计算机裡。实际上，这就是图形化用户界面的原型，而这种界面是现代CAD不可或缺的特性。 CAD最早的应用是在汽车制造、航空航天以及电子工业的大公司中。随着计算机变得更便宜，应用范围也逐渐变广。 CAD的实现技术从那个时候起经过了许多演变。这个领域刚开始的时候主要被用于产生和手绘的图纸相仿的图纸。计算机技术的发展使得计算机在设计活动中有更有技巧的应用。现今，CAD已经不仅仅用于绘图和显示，它开始进入设计者的专业知识中更“智能”的部分。 隨著電腦科技的日益發展，效能的提升和更便宜的價格，許多公司已採用立體的繪圖設計。以往，礙於電腦效能的限制，繪圖軟件只能停留在平面設計，欠了真實感。而立體繪圖則衝破了這限制，令設計藍圖更實體化。 现代CAD系统的功能包括：.

线框模型

线框模型（wireframe model）是真实世界对象的采用直线和曲线的一种骨架表示（skeletal representation）。线框由物体上两个数学上连续光滑的表面相交生成或者用直线或者曲线连接物体顶点得到，通过绘制每一条边就可以将物体映射到计算机屏幕上。 使用线框模型可以看到三位模型的底层结构设计。传统的二维观察或者绘制可以通过合适的物体旋转以及选择经过切面的线消隐实现。 由于线框渲染方法相对来说比较简单并且计算速度很快，所以这种方法经常用于高帧速的场合，如非常复杂的三维模型或者模拟外部现象的实时系统。当需要更加精细的效果时可以在完成线框绘制之后自动渲染表面纹理。这种方法允许设计人员及时审查改动以及将物体旋转到新设计的场景，它没有真实感渲染所常有的较长延时。 线框模型格式也非常适合于数控机床中的路径编程，并且已经在那个领域得到了广泛应用。.

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计算机图形学

计算机图形学（computer graphics，縮寫为CG）是研究计算机在硬件和软件的帮助下创建计算机图形的科学学科，是计算机科学的一個分支領域，主要關注數位合成與操作視覺的圖形內容。雖然這個詞通常被認為是指三維圖形，事實上同時包括了二維圖形以及影像處理。.

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有限元分析

有限元分析，即有限元方法（冯康首次发现时称为基于变分原理的差分方法），是一种用于求解微分方程组或积分方程组数值解的数值技术。这一解法基于完全消除微分方程，即将微分方程转化为代数方程组（稳定情形）；或将偏微分方程（组）改写为常微分方程（组）的逼近，这样可以用标准的数值技术（例如欧拉法，龙格－库塔法等）求解。 在解偏微分方程的过程中，主要的难点是如何构造一个方程来逼近原本研究的方程，并且该过程还需要保持数值稳定性。目前有许多处理的方法，他们各有利弊。当区域改变时（就像一个边界可变的固体），当需要的精确度在整个区域上变化，或者当解缺少光滑性时，有限元方法是在复杂区域（像汽车、船体结构、输油管道）上解偏微分方程的一个很好的选择。例如，在正面碰撞仿真时，有可能在"重要"区域（例如汽车的前部）增加预先设定的精确度并在车辆的末尾减少精度（如此可以减少仿真所需消耗）;另一个例子是模拟地球的气候模式，预先设定陆地部分的精确度高于广阔海洋部分的精确度是非常重要的。.

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