¿Cuáles son las perspectivas de desarrollo de los gráficos por computadora? ¿Cuáles son los campos de investigación actuales?

La infografía surgió y se desarrolló con las computadoras y sus dispositivos periféricos. Como rama independiente de la informática y la tecnología, ha experimentado casi 40 años de desarrollo. Por un lado, como materia, la infografía ha experimentado grandes avances en tres aspectos: algoritmos gráficos básicos, software y hardware gráficos, y se ha convertido en una tecnología y herramienta utilizada para mejorar la comprensión y transmisión de información en casi todos los ámbitos científicos contemporáneos. y campos de la ingeniería. Por otro lado, el hardware y el software de gráficos por ordenador se han convertido en una enorme industria por derecho propio.

1. Teorías y tecnologías activas en gráficos por computadora

(1) Teoría y aplicaciones fractales

La teoría fractal es una nueva teoría muy activa en el mundo actual. Como tema de vanguardia, la teoría de los fractales cree que la naturaleza está compuesta de fractales. En el vasto mundo, los objetos y estados simétricos y equilibrados son minoritarios y temporales, mientras que los objetos y estados asimétricos y desequilibrados son mayoritarios y de largo plazo. La geometría fractal es la geometría que describe la naturaleza. Como un nuevo método cognitivo para que los humanos exploren cosas complejas, los fractales tienen importancia de aplicación práctica en todos los campos relacionados con la estructura organizacional y la morfogénesis, y han logrado logros en la exploración petrolera, la predicción de terremotos, la construcción urbana, la investigación del cáncer, el análisis económico, etc. desarrollos. El concepto de fractales fue propuesto por primera vez por el matemático estadounidense B.B. Mandelbrot. En 1967, publicó un artículo en la revista estadounidense "Science" titulado "¿Cuánto mide la costa británica?" 》papel famoso. Al ser una curva, el litoral se caracteriza por ser sumamente irregular y poco suave, mostrando cambios sumamente sinuosos y complejos. No puede describirse mediante métodos geométricos tradicionales y convencionales. No podemos distinguir ninguna diferencia esencial entre esta parte de la costa y aquella parte de la costa en términos de forma y estructura. Este casi mismo grado de irregularidad y complejidad muestra que la costa es autosimilar en morfología, es decir, la morfología local. y Similitud en la forma general. Sin edificios u otros objetos como referencia, las dos fotografías de una costa de 100 kilómetros de largo tomadas desde el aire y la foto ampliada de una costa de 10 kilómetros de largo parecen muy similares. Alguien formuló una vez una proposición evidentemente absurda: "La longitud de la costa británica es infinita. El argumento es el siguiente: la costa es quebrada y en zigzag, y cuando la medimos, siempre utilizamos una determinada escala para obtener una aproximación". value Por ejemplo, establecemos un punto de referencia cada 100 metros. De esta manera, lo que medimos es un valor aproximado, que se calcula a lo largo de una polilínea. Cada segmento de esta polilínea es un segmento de línea recta con una longitud de 100 metros. Si en cambio se coloca un punto de referencia cada 10 metros, lo que realmente se mide es la longitud de otra polilínea, teniendo cada segmento una longitud de 10 metros. Evidentemente, la longitud medida posteriormente será mayor que la longitud medida anteriormente. Si continuamos reduciendo la escala, la longitud medida será cada vez mayor. De esta forma, ¿la longitud de la costa no se volvería infinita? ¿Por qué se llega a esta conclusión? Mandelbrot propuso un concepto importante: la dimensión fractal, también conocida como dimensión fractal. En términos generales, las dimensiones son números enteros, los segmentos de línea recta son gráficos unidimensionales y los cuadrados son gráficos bidimensionales. En matemáticas, el objeto geométrico en el espacio euclidiano se puede estirar, comprimir y torcer continuamente sin cambiar la dimensión. Esta es la dimensión topológica. Sin embargo, esta visión dimensional no puede resolver el problema de la longitud de la costa. Mandelbrot describió las dimensiones de una tetherball de la siguiente manera: cuando se ve desde una distancia larga, la tetherball puede verse como un punto (dimensión cero); cuando se ve desde una distancia más cercana, llena un espacio esférico (tres dimensiones); más cerca, podrás ver la cuerda (unidimensional); profundiza en el nivel microscópico, y la cuerda se convierte en una columna tridimensional, y la columna tridimensional se puede descomponer en fibras unidimensionales. Entonces, ¿qué pasa con los estados intermedios entre estos puntos de observación? Obviamente, no existe un límite exacto en el que un tetherball cambia de un objeto tridimensional a un objeto unidimensional. ¿Por qué la costa del Reino Unido es tan imprecisa? Porque la medida unidimensional euclidiana es inconsistente con las dimensiones de la costa. Según los cálculos de Mandelbrot, la dimensión de la costa británica es 1,26. Con el concepto de dimensión fractal se puede determinar la longitud de la costa.

En 1975, Mandelbrot descubrió que en la naturaleza existen ampliamente formas autosimilares, como montañas y ríos ondulados, nubes flotantes, fracturas de rocas, trayectorias de movimiento de partículas brownianas, copas de árboles, coliflor, corteza cerebral... Mandelbrot llamó a estas formas cuyas partes son similar al todo de alguna manera llamado fractales La palabra se deriva de la palabra latina Frangere, que a su vez tiene significados como "roto" e "irregular". El punto culminante de la investigación de Mandelbrot fue el descubrimiento en 1980 de la colección que lleva su nombre, en la que descubrió que todo el universo estaba estructurado de forma autosemejante de una forma inesperada. Los límites de los gráficos escenográficos de Mandelbrot tienen estructuras infinitamente complejas y sofisticadas. Sobre esta base se formó la ciencia del estudio de las propiedades fractales y sus aplicaciones, llamada teoría fractal o geometría fractal.

Características y aportes teóricos de los fractales Matemáticamente, los fractales tienen las siguientes características: (1) Estructura infinitamente fina; (2) Auto-semejanza proporcional (3) Generalmente, su dimensión fractal es mayor que la dimensión topológica; de ; (4) puede definirse mediante un método muy simple y generarse mediante recursividad, iteración, etc. Los dos elementos (1) y (2) ilustran la regularidad inherente de la estructura fractal. La autosimilitud es el alma de los fractales, lo que hace que cualquier fragmento del fractal contenga la información del fractal completo. El punto (3) ilustra la complejidad de los fractales y el punto (4) ilustra el mecanismo de generación de fractales. Comparamos la geometría euclidiana, representante de la geometría tradicional, con la geometría fractal, que toma los fractales como objeto de investigación, y podemos llegar a la conclusión: la geometría euclidiana es un sistema lógico basado en axiomas, y su investigación se centra en la rotación, la traslación, Varias cantidades invariantes bajo transformación de simetría, como ángulos, longitudes, áreas y volúmenes, se aplican principalmente a objetos creados por el hombre, mientras que los fractales se generan por recursión e iteración y se aplican principalmente a objetos con formas complejas en la naturaleza. Ya no es mirar los puntos, líneas y superficies de un fractal como cosas separadas, sino mirarlos como un todo. Podemos entender la geometría fractal a partir de las características de los patrones fractales. Los patrones fractales tienen una serie de características interesantes, como la autosemejanza, la invariancia a determinadas transformaciones, la estructura interna infinita, etc. Además, los patrones fractales a menudo se asocian con ciertas transformaciones geométricas. Bajo algunos cambios, el patrón permanece sin cambios a partir de un estado inicial arbitrario, después de varias transformaciones geométricas, los gráficos se fijarán en este patrón fractal específico sin ningún cambio. . El principio de autosemejanza y el principio de generación iterativa son principios importantes de la teoría fractal. La teoría fractal desarrolló el concepto de dimensionalidad. Antes del descubrimiento de las dimensiones fractales, la gente estaba acostumbrada a definir los puntos como dimensión cero, las líneas rectas como una dimensión, los planos como dos dimensiones y el espacio como tres dimensiones. Einstein introdujo la dimensión del tiempo en la teoría de la relatividad, formando una dimensión de cuatro dimensiones. espacio-tiempo. Al considerar muchos aspectos de un determinado problema, se puede establecer un espacio de alta dimensión, pero todos son dimensiones enteras. Fractal es un nuevo pensamiento científico y una nueva perspectiva del mundo que surgió en el siglo XX. Teóricamente, es un nuevo desarrollo del pensamiento matemático y una profundización y promoción de la comprensión humana de conceptos como dimensiones y conjuntos de puntos. Al mismo tiempo, está estrechamente relacionado con el mundo físico real y se ha convertido en una herramienta importante para estudiar los fenómenos del caos. Como todos sabemos, el estudio de los fenómenos del caos es una de las fronteras y puntos calientes de la física teórica moderna. Gracias al estudio de los fractales, las personas comprenden mejor la relación dialéctica entre aleatoriedad y determinismo. También tiene un impacto beneficioso en la conexión entre proceso y estado, en la conexión entre macro y micro, en la transformación entre niveles y en la riqueza y variedad del infinito. La teoría fractal es también la frontera y una rama importante de la ciencia no lineal como metodología y epistemología, su inspiración es multifacética: primero, la similitud entre el todo fractal y la forma local inspira a las personas a comprender el todo entendiendo la parte y a comprender. lo infinito desde lo finito. En segundo lugar, los fractales revelan nuevas formas y órdenes entre el todo y la parte, el orden y el desorden, la complejidad y la simplicidad. En tercer lugar, los fractales revelan la conexión universal y la unidad del mundo desde un nivel específico.

Además de la importancia teórica de los campos de aplicación de los fractales, los fractales también muestran un gran potencial en aplicaciones prácticas. Se ha utilizado eficazmente en muchos campos y su rango de aplicación es claramente superior. cualquier predicción hecha hace más de una década. En la actualidad, están surgiendo uno tras otro un gran número de casos de aplicación de métodos fractales.

Estos casos cubren los campos de la evolución de los procesos de vida, ecosistemas, codificación y decodificación digital, teoría de números, sistemas dinámicos, física teórica (como la mecánica de fluidos y la turbulencia), etc. Además, algunas personas usan fractales para hacer reglas urbanas y predicciones de terremotos. . La aplicación de la tecnología fractal a la compresión de datos es un ejemplo muy típico. El Journal of the American Mathematical Society publicó el artículo de Basili "Uso de fractales para la compresión de gráficos" en la edición de junio de 1996. Utilizó fractales para la compresión de gráficos en la producción de discos ópticos. En términos generales, siempre almacenamos y procesamos un gráfico como una colección de píxeles. La imagen más común suele tener cientos de miles o incluso millones de píxeles, por lo que ocupa una gran cantidad de espacio de almacenamiento y la velocidad de transmisión también es muy limitada. Basili utilizó una idea importante en los fractales: los patrones fractales están asociados con ciertas transformaciones. Podemos considerar cualquier gráfico como el producto de iteraciones repetidas de ciertas transformaciones. Por tanto, para almacenar un gráfico, sólo es necesario almacenar información sobre estos procesos de transformación, sin almacenar toda la información de píxeles del gráfico. Siempre que se encuentre este proceso de transformación, los gráficos se pueden reproducir con precisión sin tener que almacenar una gran cantidad de información de píxeles. Con este método, en aplicaciones reales, se logra el efecto de comprimir el espacio de almacenamiento a 1/8 del original. En los últimos años, el Arte Fractal (FA), desarrollado a partir de la teoría fractal, también ha logrado grandes avances en términos de expresión y comprensión de la geometría fractal. El arte fractal es un arte visual bidimensional que es similar a la fotografía en muchos aspectos. Las obras de imágenes fractales generalmente se muestran a través de pantallas de computadora e impresoras. Otra parte importante del arte fractal es la música fractal, que se produce mediante múltiples iteraciones de un algoritmo. La autosimilitud es la esencia de la geometría fractal. Algunas personas usan este principio para construir música sintética con segmentos autosimilares. El tema se repite en un ciclo repetido de tonalidades menores y se pueden agregar algunos cambios aleatorios al ritmo. Muchos de nuestros protectores de pantalla de computadora comunes también se derivan de cálculos fractales.

Desde la década de 1990, la gente ha comenzado a utilizar cada vez más esta teoría para estudiar algunas cuestiones del campo económico, centrándose principalmente en el estudio de los mercados financieros (como los mercados de valores, los mercados de divisas, etc.). El manipulador puede hacer que el precio de las acciones cambie como se desee en una escala micro mediante la manipulación en varios momentos en una escala macro de tiempo, hacer que el precio de las acciones cambie como se desee requiere que el manipulador tenga una fuerza económica considerable; Desde una perspectiva fractal, los precios de las acciones tienen características fractales. Por un lado, el precio de las acciones tiene una microestructura compleja; por otro lado, tiene invariancia de escala en el tiempo, es decir, tiene una estructura similar bajo diferentes escalas de observación. Su estructura es la unidad de complejidad y simplicidad, irregularidad y. orden. . No es difícil para los manipuladores del precio de las acciones influir en el precio de las acciones en un solo momento. Incluso si afecta el precio de las acciones a gran escala, es posible. Sin embargo, es necesario mantener el precio de las acciones mientras afecta el precio de las acciones. precio de las acciones mediante manipulación artificial sería técnicamente muy difícil lograr coherencia entre las escalas de tiempo micro y macro.

(2) Tecnología de modelado de superficies. Es una parte importante de los gráficos por computadora y el diseño geométrico asistido por computadora (Diseño geométrico asistido por computadora). Estudia principalmente la representación, el diseño, la visualización y el análisis de superficies curvas en el entorno de los sistemas de gráficos por computadora. Surgió de la aparición de la tecnología de elevación de aviones y barcos, y la base teórica la sentaron maestros como Coons y Bézier en los años 1960. Después de más de treinta años de desarrollo, ahora se han formado dos tipos de métodos, a saber, el diseño de características paramétricas y la representación de superficies algebraicas implícitas, representados por los métodos Bézier y B-spline, con la interpolación y el ajuste como cuerpo principal, Aproximación, estos tres. Los métodos son el sistema de teoría geométrica del esqueleto. Con los crecientes requisitos de autenticidad, tiempo real e interactividad de la visualización de gráficos por computadora, y con la tendencia cada vez más obvia de los objetos de diseño geométrico hacia la diversidad, particularidad y complejidad topológica, a medida que avanzan la industria gráfica y la industria manufacturera, con el ritmo cada vez mayor. de integración, integración y redes, y con la creciente perfección de la tecnología de muestreo de datos tridimensionales y los equipos de hardware como el escaneo de alcance láser, el modelado de superficies ha logrado grandes avances en los últimos años. Esto se refleja principalmente en la rápida expansión de los campos de investigación y en los métodos de expresión pioneros e innovadores.

1. Desde la perspectiva de los campos de investigación, la tecnología de modelado de superficies se ha expandido desde el estudio tradicional de la representación de superficies, la intersección de superficies y el empalme de superficies hasta la deformación de superficies, la reconstrucción de superficies, la simplificación de superficies, la transformación de superficies y la dislocación de superficies. .

Deformación de la superficie (deformación o combinación de formas): el modelo de superficie tradicional B-spline racional no uniforme (NURBS) solo permite ajustar los vértices de control o los factores de peso para cambiar localmente la forma de la superficie y, como máximo, utiliza métodos jerárquicos. refinamiento del modelo operaciones directas en puntos específicos de la superficie; algunos métodos simples de diseño de superficies basados ​​​​en curvas paramétricas, como barrido, desollado, rotación y estiramiento, solo permiten que las curvas generadas se ajusten para cambiar la forma de la superficie. La industria de la animación por computadora y la industria del modelado de sólidos necesitan urgentemente desarrollar métodos de deformación o métodos de asignación de formas que sean independientes de la representación de la superficie, por eso nació el método de deformación libre (FFD), que es un método de deformación basado en modelos físicos (principios) como como deformación elástica o termoelasticidad, tecnologías de deformación de superficies, como métodos de deformación basados ​​en la resolución de restricciones, métodos de deformación basados ​​en restricciones geométricas y tecnologías de despliegue de formas de superficies basadas en correspondencia poliédrica o basadas en operaciones de suma de Minkowski en morfología de imágenes. Recientemente, el autor y su alumno Liu Ligang fueron pioneros en la nueva idea de interpolación de coordenadas esféricas locales móviles, que dieron una descripción matemática completa de las variables intrínsecas del conjunto de puntos espaciales. Desde la perspectiva de las soluciones geométricas intrínsecas, diseñaron un conjunto. de métodos rápidos para la asignación de formas de poliedros tridimensionales y superficies de forma libre. Algoritmos efectivos, gráficos fluidos e interacción en tiempo real han logrado avances en los problemas técnicos de la deformación de superficies tridimensionales.

Reconstrucción de superficies (Reconstrucción): en la producción de animación de exquisitos diseños de carrocerías de automóviles o superficies escultóricas con forma de cara, a menudo se utiliza el modelado de arcilla y luego se realiza un muestreo de puntos de valor tridimensional. En la visualización de imágenes médicas, los cortes de TC también se utilizan comúnmente para obtener puntos de datos tridimensionales en la superficie de los órganos humanos. Recuperar el modelo geométrico de la superficie original a partir de información de muestreo parcial en la superficie se denomina reconstrucción de superficie. Las herramientas de muestreo son: escáneres láser, generadores de imágenes médicas, digitalizadores de detección de contactos, radares o instrumentos de exploración sísmica, etc. Según la forma de la superficie reconstruida, se puede dividir en dos categorías: reconstrucción de superficie funcional y reconstrucción de superficie discreta.

Simplificación de superficies (Simplification): Al igual que la reconstrucción de superficies, este campo de investigación es actualmente uno de los puntos calientes a nivel internacional. La idea básica es eliminar información redundante de las superficies discretas reconstruidas en 3D o de los resultados de salida del software de modelado (principalmente mallas triangulares) garantizando al mismo tiempo la precisión del modelo, para facilitar el rendimiento en tiempo real de la visualización de gráficos y la economía de almacenamiento de datos y la velocidad de transferencia de datos. Para modelos de superficie de resolución múltiple, esta tecnología también permite establecer un modelo de aproximación jerárquica de la superficie, realizar visualización jerárquica, transmisión jerárquica y edición jerárquica de la superficie. Los métodos específicos de simplificación de superficies incluyen: método de eliminación de vértices de malla, método de eliminación de límites de malla, método de optimización de malla, método de polígono de máxima aproximación del plano y método de remuestreo paramétrico.

Conversión de superficies (Conversion): Una misma superficie se puede expresar en diferentes formas matemáticas. Esta idea no sólo tiene importancia teórica, sino que también tiene importancia práctica para aplicaciones industriales. Por ejemplo, aunque las superficies polinomiales racionales paramétricas como NURBS incluyen todas las ventajas de las superficies polinomiales paramétricas, también tienen las limitaciones de operaciones diferenciales engorrosas y que consumen mucho tiempo y la incapacidad de controlar errores en operaciones integrales. En los cálculos de propiedades físicas y empalmes de superficies, estas dos operaciones son inevitables. Esto plantea el problema de convertir una superficie NURBS en una superficie polinómica aproximada. Los mismos requisitos se reflejan en la transferencia de datos entre el sistema de diseño de superficies NURBS y el sistema de diseño de superficies polinómico y el proceso de producción sin papel. Para otro ejemplo, en la operación de intersección de dos superficies paramétricas, si la forma NURBS de una de las superficies se convierte a implícita, se puede obtener fácilmente la solución numérica de la ecuación. En los últimos años, la investigación sobre conversión de superficies en la comunidad gráfica internacional se ha centrado principalmente en los siguientes aspectos: el algoritmo y la convergencia de la aproximación de superficies NURBS con superficies polinomiales; la implicitización de curvas y superficies de Bézier y sus problemas inversos; sistema de diseño de aeronaves Comparación y conversión mutua de varias formas de generalización de curvas a grandes dimensiones; algoritmo de aproximación de orden reducido y estimación de errores de curvas y superficies racionales de Bézier, transformación rápida de superficies NURBS en el dominio triangular y rectangular, etc.

Desplazamiento de superficie (Offset): también conocido como propiedad isométrica de superficie, se usa ampliamente en procesamiento y gráficos por computadora, y se ha convertido en uno de los temas candentes en los últimos años.

Por ejemplo, el diseño de trayectorias de herramientas de máquinas herramienta CNC requiere estudiar las propiedades isométricas de las curvas. Sin embargo, es fácil ver en la expresión matemática que, en términos generales, la curva isométrica de una curva paramétrica plana ya no es una curva racional, lo que excede el alcance de uso del sistema NURBS general, lo que genera complejidad en el diseño del software y en los cálculos numéricos. cálculos de inestabilidad.

2. Desde la perspectiva de los métodos de representación, el modelado discreto caracterizado por la subdivisión de cuadrícula (Subdivision) tiene un gran potencial de innovación en comparación con el modelado continuo tradicional. Además, este método de modelado de superficies es muy adecuado para el diseño y procesamiento de animaciones y superficies escultóricas vívidas y realistas, y ha sido muy utilizado.

Entre las películas que ganaron el Oscar en 1998, había un cortometraje en la lista, que fue "Geri's Game" seleccionado por el famoso estudio de cine de animación estadounidense Pixar. La caricatura describe una historia humorística sobre un anciano llamado Geri que juega al ajedrez consigo mismo en el parque e intenta todos los medios posibles para ganar. Las figuras y el paisaje de la imagen son detallados y vívidos, integrándose perfectamente con la trama, brindando al público un verdadero disfrute estético. El diseñador de esta caricatura es el autor del artículo anterior, el famoso científico gráfico por computadora T. DeRose. El artículo que DeRose informó en la conferencia SIGGRAPH'98 hablaba sobre el uso de superficies de subdivisión C-C como fondo del modelo de modelado característico del anciano Geri. Señaló que aunque NURBS ha sido utilizado durante mucho tiempo por la organización internacional de estándares ISO como estándar STEP para definir el intercambio de datos de productos industriales y ha sido ampliamente utilizado en modelado industrial y producción de animación, todavía tiene limitaciones. Una sola superficie NURBS, al igual que otras superficies paramétricas, se limita a representar superficies que son topológicamente equivalentes a una hoja de papel, un cilindro o un toroide, y no puede representar superficies con ninguna estructura topológica. Para poder expresar formas más complejas en la animación, como una cabeza humana, manos humanas o ropa humana, nos enfrentamos a un desafío técnico. Por supuesto, podemos utilizar los métodos de modelado más comunes de superficies lisas complejas, como el recorte NURBS (Recorte) para solucionarlo. De hecho, ya existen algunos sistemas comerciales, como Alias-Wavefront y SoftImage, que pueden hacer esto, pero al menos encontrarán las siguientes dificultades: en primer lugar, la poda es costosa y tiene errores numéricos, en segundo lugar, requiere las costuras de la; las superficies permanecen lisas e incluso una suavidad aproximada es difícil porque el modelo está activo. Las superficies de subdivisión tienen el potencial de superar las dos dificultades anteriores. No es necesario recortarlas, no hay costuras y la suavidad del modelo activo se garantiza automáticamente. DeRose aplicó con éxito el método de modelado de superficies de subdivisión de C-C y, al mismo tiempo, inventó la tecnología práctica para construir compuestos y contornos suaves de radio variable, propuso un nuevo algoritmo eficaz para la detección de colisiones en modelos de ropa y construyó un método para subdividir superficies. Método de campo de factor suave. Con estos fundamentos matemáticos y de software, representó de manera realista el cráneo, los dedos y la ropa del viejo Geri, incluyendo chaqueta, pantalones, corbata y zapatos. Estos son difíciles de lograr con el modelado continuo de superficies NURBS tradicional. Entonces, ¿cómo se construye la superficie de subdivisión C-C? Es similar a la superficie de subdivisión tradicional de Doo-Sabin. Comienza desde un poliedro llamado malla de control (la malla se puede ingresar principalmente desde un modelo manual usando un láser) y calcula recursivamente cada vértice en la nueva malla. el promedio ponderado de varios vértices en la malla original. Si una cara de un poliedro tiene n lados, después de subdividirla una vez, la cara se convertirá en n cuadriláteros. A medida que continúa la subdivisión, la malla de control se pule gradualmente y su estado final es una superficie de forma libre. Es fluido y, por lo tanto, fluido, incluso cuando el modelo está activo. Este enfoque reduce significativamente el tiempo necesario para diseñar y construir un modelo original. Más importante aún, permite perfeccionar localmente el modelo original. Aquí es donde es superior al método de modelado de superficies continuas. La subdivisión C-C se basa en cuadriláteros, mientras que las superficies Loop (1987) y las superficies mariposa (1990) se basan en triángulos. Todos ellos son igualmente reutilizados por los trabajadores gráficos de hoy.

(3) Diseño y fabricación asistidos por ordenador (CAD/CAM). Esta es una de las áreas de aplicación más extensas y activas.

El diseño asistido por computadora (CAD) es un método que utiliza las poderosas funciones informáticas y las eficientes capacidades de procesamiento de gráficos de las computadoras para ayudar a los trabajadores del conocimiento en el diseño y análisis de proyectos y productos para lograr objetivos ideales o lograr resultados innovadores. Es una disciplina emergente formada mediante la integración de los últimos avances en informática y métodos de diseño de ingeniería. El desarrollo de la tecnología de diseño asistido por computadora está estrechamente relacionado con el desarrollo y la mejora de la tecnología de software y hardware y la innovación de los métodos de diseño de ingeniería. El uso del diseño asistido por computadora es una necesidad urgente para el diseño de ingeniería moderno. La tecnología CAD se ha utilizado ampliamente en todos los aspectos de la economía nacional y sus principales áreas de aplicación son las siguientes.

1. Aplicación en la industria manufacturera

La tecnología CAD se ha utilizado ampliamente en la industria manufacturera, entre las cuales las aplicaciones más extensas y profundas se encuentran en industrias manufactureras como máquinas herramienta, automóviles, aviones, barcos y naves espaciales. Como todos sabemos, el proceso de diseño de un producto pasa por varias etapas principales, como el diseño conceptual, el diseño detallado, el análisis y optimización estructural y la simulación.

Al mismo tiempo, la tecnología de diseño moderna introduce el concepto de ingeniería concurrente en todo el proceso de diseño y considera de manera integral todo el ciclo de vida del producto durante la etapa de diseño. Los sistemas de aplicaciones CAD avanzados actuales han integrado una serie de funciones como diseño, dibujo, análisis, simulación y procesamiento en un solo sistema. El software más utilizado ahora incluye sistemas de aplicación CAD como UG II, I-DEAS, CATIA, PRO/E y Euclid. Estos sistemas se ejecutan principalmente en plataformas de estaciones de trabajo gráficas. Los principales software de aplicación CAD que se ejecutan en la plataforma de PC incluyen Cimatron, Solidwork, MDT, SolidEdge, etc. Debido a varios factores, AutoCAD de Autodesk ocupa actualmente una cuota de mercado considerable entre los sistemas CAD bidimensionales.

2． Aplicación en diseño de ingeniería

La aplicación de la tecnología CAD en el campo de la ingeniería tiene los siguientes aspectos:

(1) Diseño arquitectónico, incluido el diseño de esquemas, el modelado tridimensional y la representación arquitectónica. Diseño, diseño gráfico, diseño de estructuras arquitectónicas, planificación comunitaria, análisis de luz solar, decoración de interiores y otros programas de aplicación CAD.

(2) Diseño estructural, incluido el análisis de elementos finitos, diseño del plano estructural, cálculo y análisis de estructura de marco/marco, análisis de estructura de gran altura, diseño de cimientos y cimientos, diseño y procesamiento de estructuras de acero, etc.

(3) Diseño de equipos, incluidos equipos de agua, electricidad, calefacción y diseño de tuberías.

(4) Planificación urbana, diseño de transporte urbano, como vías urbanas, vías elevadas, trenes ligeros, metros y otros diseños de ingeniería municipal.

(5) Diseño de tuberías municipales, como agua del grifo, descarga de aguas residuales, gas, electricidad, calefacción, comunicaciones (incluido teléfono, televisión por cable, comunicaciones de datos, etc.), varios tipos de diseño de tuberías municipales.

(6) Diseño de ingeniería de tráfico, como carreteras, puentes, ferrocarriles, aviación, aeropuertos, puertos, muelles, etc.

(7) Diseño de proyectos de conservación del agua, como presas, canales, proyectos fluviales y marítimos, etc.

(8) Otros diseños y gestión de proyectos, como desarrollo inmobiliario y gestión de propiedades, estimaciones de presupuesto de proyectos, control y gestión de procesos de construcción, diseño y distribución de atracciones turísticas, diseño de edificios inteligentes, etc.

3. Aplicaciones en circuitos eléctricos y electrónicos

La tecnología CAD se utilizó por primera vez en el diseño de esquemas de circuitos y diagramas de cableado. En la actualidad, la tecnología CAD se ha extendido al diseño de placas de circuito impreso (diseño de cableado y componentes) y ha demostrado su talento en el diseño y fabricación de circuitos integrados, circuitos integrados a gran escala y circuitos integrados a muy gran escala, y Por lo tanto, ha promovido en gran medida la tecnología microelectrónica y los avances en informática y tecnología.

4. Producción de simulación y animación

La aplicación de la tecnología CAD puede simular verdaderamente el procesamiento de piezas mecánicas, el despegue y aterrizaje de aviones, la entrada y salida de barcos de puertos, el análisis de daños por fuerza de objetos, el entorno de entrenamiento de vuelo, el sistema de políticas de combate y Escenas de accidentes. Reaparición, etc. En la industria cultural y del entretenimiento, el modelado por computadora se ha utilizado ampliamente para simular animales primitivos, extraterrestres y diversas escenas realistas que no se encuentran en el mundo real, y la animación, los fondos reales y las actuaciones de los actores se combinan a la perfección en el cine. La tecnología de producción ha brillado intensamente y ha producido emocionantes éxitos de taquilla uno tras otro.

5. Otras aplicaciones

Además de las aplicaciones en los campos anteriores, la tecnología CAD también se utiliza en la industria ligera, textil, electrodomésticos, ropa, zapatería, tratamientos médicos y medicinas, e incluso deportes

El sistema de estandarización CAD se ha mejorado aún más; la inteligencia del sistema se ha convertido en otro punto de acceso técnico; la integración se ha convertido en una tendencia importante en el desarrollo de la tecnología CAD, la visualización informática científica, el diseño virtual y la tecnología de fabricación virtual; La tecnología CAD en los años 90.

Después de una etapa de estudio de infografía, tengo un cierto conocimiento del algoritmo básico de generación de gráficos en gráficos. El estudio en profundidad de los gráficos requiere conocimientos matemáticos avanzados y cada dirección de refinamiento requiere conocimientos diferentes. Los gráficos son una materia de frontera activa en informática y tecnología, y se utilizan ampliamente en biología, física, química, astronomía, geofísica, ciencia de materiales y otros campos. Siento profundamente que el alcance de este tema es asombroso y se puede decir que es profundo y profundo.