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1、计算机辅助产品造型设计,第一章 概述,第一节 信息时代的产品设计 一、计算机辅助产品设计的概念及特点,计算机辅助产品设计具体是指设计师在产品设计流程中，使用计算机作为工具来完成产品设计过程中的各项必要工作，包括草图设计、产品造型设计、零件设计、结构设计、工装设计、工程分析等。 计算机辅助产品设计具有系统性、高效性、精确性以及交互性等特点。,一、计算机辅助产品设计的概念及特点,系统性： 计算机是一套组织严密、分工明确的系统，计算机中的各个硬件和软件系统严格按照既定的逻辑指令来完成任务。计算机系统中的各个部分都是相互依赖、相互协调、共同进行信息的处理工作，构成了一个非常严密的结构体系。由于计算机系
2、统本身的这个特点就决定了计算机辅助产品设计的工作流程也具有严密的系统性。 产品设计本身也是一个完整的系统，其中的各个环节都是紧密相连不可分割的，而计算机技术的引入则强化了设计中的这种联系。在计算机信息系统的帮助下，信息的交换速度大幅提高，同时获取和发布信息的渠道也更加多样化，这就使得产品在设计的各个环节都能中得到很好的监控，不同部门的设计师和工程师也可以借助信息共享的便利进行更加紧密地合作从而提升产品制造生产的效率和质量。,一、计算机辅助产品设计的概念及特点,高效性： 发明计算机的最初目的就是提高数据处理的计算速度，进而减轻人们的工作量并提高工作效率。同时借助于网络技术，多台计算机可以并行同时
3、完成一项工作，使得计算速度成倍的提高，这样的工作效率是人力绝对无法企及的。 计算机辅助设计的高效性还表现在其对设计图纸有极强的可修改性，任何时候都可以撤销重新制作，在传统的手工制图过程中，如果发现错误就很可能意味着要全部重新制作。同时计算机文件可以轻易的进行复制备份，这样就避免了工作文件丢失或毁坏所带来的对工作进度上的影响。,一、计算机辅助产品设计的概念及特点,准确性： 产品设计是一项严谨的工作，对于尺寸的精度要求十分严格。而计算机完全程序的化的工作方式就决定了其在准确性上的绝对优势，只要系统设置无误，计算机就可以不出半点差错的一直工作下去。对于尺寸等具体的数值参数，在计算机软件中都可以按需要
4、进行精确的设置，对于所有的尺寸都可以精确到小数点后四位，使用这样的工具进行绘图工作，无疑会使设计的可靠性大大提高。,一、计算机辅助产品设计的概念及特点,交互性： 计算机辅助产品设计实际上是设计师与计算机相结合，发挥各自的优势，相互配合，应用多学科的技术方法综合有效地解决设计中遇到的问题的一种新的工作方式。设计师发挥自己的创造力和想象力，先在头脑中形成新产品的构思，然后借助计算机高效的处理能力将头脑中的概念快速转变为可视化的图纸。在这一过程中设计师的判断能力、创新能力与计算机高效的数据信息处理能力完美的结合在一起，设计师向计算机下达指令，计算机将数据处理结果反馈给设计师，设计师在进行判断后根据反
5、馈结果将自己的想法再次输入到计算机中。这种人机交互的过程是计算机辅助产品设计区别于其他设计方法的重要特点。,二、计算机辅助产品设计的相关技术,计算机图形学 计算机辅助造型技术 虚拟现实技术 多媒体技术 逆向工程技术,三、计算机对产品设计的影响,计算机对设计方法的影响 计算机对设计方式的影响 计算机对设计观念的影响,第二节 计算机辅助产品设计的历史及发展趋势 一、计算机辅助产品设计的发展历史,二维绘图阶段 三维几何造型阶段 三维曲面造型阶段 三维实体造型阶段 参数化造型阶段 变量化造型阶段,计算机辅助产品设计大致经历了如下几个阶段:,二、计算机辅助产品设计的未来发展趋势,新的人机交互设备 虚拟现
6、实技术与快速成型技术的发展 高度网络化与智能化的设计平台,第三节 产品造型设计中主要计算机软件比较 一、平面设计类软件,Adobe Photoshop Adobe Illustrator CorelDraw,二、三维造型与动画软件,Autodesk AliasStudio Rhino Autodesk Maya Autodesk 3Dsmax,三、工程类CAD软件,CATIA I-DEAS EDS Unigraphics Pro/Engineer Autodesk AutoCAD,第二章 产品造型计算机辅助设计及发展,第一节 计算机辅助设计下的产品开发流程演变,传统设计流程：,计算机辅助下的产
7、品开发流程：,第一节 计算机辅助设计下的产品开发流程演变,第二节 产品设计各环节中计算机工具的介入,一、计算机辅助设计调研,二、计算机辅助产品概念草图设计,三、计算机辅助产品三维造型设计,四、计算机辅助产品结构设计和预装配,五、计算机辅助产品设计表达,六、计算机辅助产品设计评价,曲面分析 有限元分析 人机工程学评价,第三节 产品造型计算机辅助设计的硬件基本知识,一、计算机辅助产品设计中的硬件需求及特点 二、计算机系统的主机配置 三、计算机系统的输入设备 四、计算机系统的输出设备,第三章 产品设计定位研究中的计算机辅助设计,第一节 设计调研与资料分析中的计算机辅助设计 一、设计信息资料的收集,设
8、计相关的信息资料收集主要包含两个大的方面：一是产品的信息，这主要是对市场现有产品的情况进行调研，发现现有产品所存在的不足并为新产品的开发提供参考；二是用户的信息，对用户信息的收集包括消费者的生理情况、使用习惯、审美情趣、消费心理等前期的设计信息的收集，还包括在设计进行及样机分析阶段及时获得用户对设计方案的反馈与评价。 计算机对于用户调研的辅助作用主要表现在设计制作用户调查问卷、调查结果统计分析、利用计算机虚拟现实设备辅助用户测试等方面。在计算机系统的配合下，可以将由多种渠道获取的图片、数据、视频等信息进行整合，也可以直接在电脑上进行用户数据的收集和分析，再将这些数据进行整理，对目标群体的特征进
9、行描述，作为把握设计的方向、评价设计结果的依据。所有的这些数据还可以被保存、传递和再次利用。,二、调研数据的整和与分析,设计调研结果的准确性很大程度上取决于调研样本的多少，然而更多的调研样本意味着需要花费更长的人力和时间来对数据进行统计分析。计算机统计分析软件的出现很大程度上的缓解了数据处理上的压力，可以用更短的时间得到更准确的统计结果。 设计调研结果的呈现方式有很多种，但绝大多数情况下客户都希望最终的统计数据能以一种直观的图表方式来呈现。使用图表不用过多的解释就可以使客户对调查的结果有很直观的认识，可以说是调研数据的最佳展现方式。目前有很多计算机制表软件可以完成制表的任务，大大减少了生成数据
10、表格的时间。这些软件也能够实施统计技巧，包括描述性测量，如数学平均值、中位数等等。更加先进的统计程序则包括了绘制图表及进行决策分析等诸多功能。 常用的图表制作软件有很多，调研人员在将数据录入逐一录入表格后，这些软件还能够对数值做进一步的分析并生成图表。常用的制表软件有Access、Excel、SPSS等,第二节 方案创意与草图表现中的计算机辅助设计 一、数字绘图技术的现状及发展,数字绘图以现代化的数字技术为依托，主要由计算机输入硬件和计算机绘图软件两大部分组成。硬件是指以数位板为代表的人机交互设备，可以使设计师以传统的持笔方式进行绘图。绘图软件在数字绘图中的作用相当于传统手绘中的绘图纸和颜料，
11、随着软件的不断发展在计算中已经可以模拟出逼真的笔触效果。数位板结合绘图软件可以模拟出钢笔、喷枪笔、马克笔、色粉等各种传统绘图工具的效果，是当代设计师常用的数字化绘图工具。,一、数字绘图技术的现状及发展,(一) 数字绘图的硬件设备,Wacom公司出品的数位板产品,不同的数位笔,(二) 数字绘图的相关软件,Alias Sketchbook ArtRage Corel Painter Adobe Photoshop Autodesk AliasStudio,二、数位板的配置及使用,数位板毫无疑问的是数字绘图中的重要工具，数位板的工作除了硬件本身的因素外还需要相应驱动程序的配合。驱动程序是衔接数位板与
12、计算机绘图软件的桥梁，通过配置驱动程序可以使软件与硬件更好的配合从而进一步提高工作效率。(具体的设置方法请参见配套教材),第三节 数位板配合绘图软件进行产品草图表现的基本方法 一、AliasStudio软件界面及基本操作介绍,A: 工具箱面板 B:软件菜单 C:控制面板 D:常用工具架 E:绘图窗口,二、AliasStudio软件绘图工具的配置及使用,三、图层及曲线工具的特点及使用,第四节 产品设计草图计算机辅助表现技巧与案例分析 一、马克笔与色粉绘图效果的计算机表现,（一）绘制产品轮廓线,一、马克笔与色粉绘图效果的计算机表现,（二）使用马克笔工具为暗部着色,（三）使用喷枪工具为产品亮部着色,
13、一、马克笔与色粉绘图效果的计算机表现,（四）绘制阴影,（五）图象的输出与保存,二、综合运用绘图辅助工具进行数字草图的表现,（一）设计参考图的使用,二、综合运用绘图辅助工具进行数字草图的表现,（二）探讨产品形态,（三）确定产品形态,（四）对产品主体进行渲染,二、综合运用绘图辅助工具进行数字草图的表现,（五）细节的添加与制作,二、综合运用绘图辅助工具进行数字草图的表现,（六）利用纹理填充工具制作背景,二、综合运用绘图辅助工具进行数字草图的表现,（七）丰富画面效果,第四章 产品设计方案发展阶段中的计算机辅助设计,第一节 产品造型二维效果表现中的计算机辅助设计 一、Adobe Photoshop在产品
14、效果快速表现中的应用,一、Adobe Photoshop在产品效果快速表现中的应用,（一）绘图准备,设置暂存盘 高速缓存与内存设置 设置历史记录 新建绘图文档,一、Adobe Photoshop在产品效果快速表现中的应用,（二）描绘产品轮廓,（三）填充基本颜色,一、Adobe Photoshop在产品效果快速表现中的应用,（四） 产品光影及质感表现,（五） 描绘产品的细节,一、Adobe Photoshop在产品效果快速表现中的应用,（六） 添加背景,二、CorelDraw 在产品效果快速表现中的应用,二、CorelDraw 在产品效果快速表现中的应用,（一） 绘制产品轮廓曲线,（二） 立体感
15、及质感表现,（三） 产品细节表现,第二节 产品造型三维效果的计算机辅助设计 一、三维模型与三维设计软件,（一） 三维模型的分类与特点,三维模型按照模型生成方式和制作方法的不同可以分为NURBS曲面模型和Polygon多边形模型两大类。NURBS曲面建模是目前工业建模中所普遍使用的，NURBS是Non-Uniform Rational B-Spline的缩写，即非均匀有理B样条。NURBS建模方式通过创建空间曲线来生成空间曲面，然后通过对多个曲面进行处理得到最终的模型。Polygon多边形建模则被广泛的用于影视动画、建筑表现、游戏设计等领域。Polygon多变形建模是通过对计算机模型的最基本元素
16、面进行编辑，通过创建和排列这些面，就可以制作出任何形状的模型，具有很高的制作效率。,一、三维模型与三维设计软件,（一） 三维设计软件介绍,Rhinoceros (Rhino,犀牛） Autodesk AliasStudio Autodesk 3Dsmax Autodesk Maya Cinema4D,二、NURBS曲面建模技巧及案例分析,（一） NURBS曲面建模概述,对于曲面来讲，最为重要的是要保持各个曲面之间的连续性。单一的曲面是无法完成复杂模型的制作的，绝大多数的模型都是由多个曲面拼合而成的。曲面之间的连续性决定了各个曲面之间的关系，连续是评价曲面质量的一个重要依据。 连续有三种类型：Position、Tangent、Curvature ,即位置连续、相切连续和曲率连续。曲面之间的连续方式在数学上用G来表示，G0对应Position、G1对应Tangent、G2对应Curvature。,二、NURBS曲面建模技巧及案例分析,（二） NURBS曲面建模常用工具简介,Blend Curve Tool Rail Tool Project Tool Trim Tool,二、
