第一章　计算机辅助设计概述

第一节　什么是计算机辅助设计

计算机辅助设计就是利用计算机及其图形设备帮助设计人员完成图形图像的设计任务。现在，计算机辅助设计已在电子和电气、科学研究、机械设计、软件开发、机器人、服装业、出版业、工厂自动化、土木筑、地质、计算机艺术等各个领域得到广泛应用。
　
计算机辅助技术的产生和发展是基于计算机硬件、软件和图形学理论发展的。

第二节　图形和图像的基本概念

１、广泛意义上的图形
广泛的图形是计算机图形学研究的对象，指：能在人的视觉系统中产生视觉印象的客观对象，包括：自然景物、拍摄到的照片、用数学方法描述的图形等等。
构成图形的要素有：几何要素（刻画形状的点、线、面、体等）；非几何要素（反映物体表面属性或材质的灰度、颜色等）。
表示图形的方法有：点阵法（枚举出图形中所有的点来表示图形，强调图形是由点及点的属性—-颜色构成），这种方法表示的图形我们称为像素图或图像；参数法（由图形的形状参数和属性参数来表示）这种方法表示的图形我们简称图形（有别于广泛意义的图形）。

２、图形和图像
我们以广泛意义图形的表示方法来分类。在计算机辅助设计中，所说的图形就是指经由计算机绘制出来的，包括形状参数（方程或分析表达式的系数，线段的端点坐标等）和属性参数（颜色、线型、材质等）表示的图。图像就是指由点阵法表示的图。
图形和图像两个概念间的区别主要是：
图像纯指计算机内以位图（Bitmap）形式存在的灰度信息
图形含有几何属性，或者说更强调场景的几何表示，是由场景的几何模型和景物的物理属性共同组成的。
但是随着计算机图形学的发展，两个概念的区别越来越小了。

３、位图与矢量图
我们在艺术设计专业中，常用的计算机图形的分类是矢量图形（简称矢量图）和位图图像（简称位图）。教材第32页。
矢量图就对应我们前述的图形，通过画贝赛尔曲线显现的图像，线和面整洁精湛，任意缩放不影响图像质量，用于字体、商标、漫画等的设计，有高品质的打印结果。
位图就对应我们前述的图像，由像素构成，所以非常适合表现照片、绘画等有深度的色调、柔和的质感以及自然的氛围但同时会在放大缩小图像时对图像的质量有所损害。

４、像素与分辨率
像素是组成位图图像最基本的元素，每个像素都包含位置信息和颜色信息，一个图像包含色像素越多，描述就越细腻，图像效果就更好，但是，文件也会增大。
分辨率是指单位长度内包含的像素点的数量，像素/英寸（ppi）。分辨率决定了位图细节的精细程度，分辨率越高，图像越清晰。
像素与分辨率的关系：
分辨率越高，像素点越小，密度更高，图像包含的像素点越多，图像质量越好，文件越大。反之亦然。
另一个常用概念是：DPI ，原是印刷上的记量单位，指每平方英寸上所印刷的网点数（Dot Per Inch）。但在电脑与印刷结合，数位输入、输出设备快速发展的同时，大多数的人也将数字位图的解析度用DPI表示，但较为严谨的人可能不会同意，因为印刷时计算的网点大小（Dot）和电脑的显示像素（Pixel）并非相同，所以专业的人士常用PPI表示数字位图的解析度也就是分辨率。

５、色彩
色彩的基本属性：色相（Hue是指红、橙、黄、绿、蓝、紫等色彩分野，而黑、白以及各种灰色是属於无色系的）；明度（Brightness是指色彩的明暗程度）；而彩度（Saturation则是指色彩的纯度，也可以称为色彩的饱和度）。

色彩的色相变化

色彩的明度变化

色彩的饱和度变化（红蓝二色的彩度）

色光三原色（R.G.B）。萤幕显示的色彩是由 RGB（红、绿、蓝0～255）叁种色光所合成的，我们必须利用减色法来计算混合後的色彩，色光越多越接近白色。

印刷四原色 (C.M.Y.K)。印刷色彩由CMYK（青色、洋红、黄色、黑色0～255）四色油墨产生不同於电子影像，我们利用加色法，混合三色最後会得到黑色（K）。

HSB颜色模型（色相0～360、饱和度0～100、亮度0～100）通过调整色相饱和度来调整颜色。

LAB颜色模型（L：亮度0～100；A：绿色到洋红-128～127；B：蓝色到黄色-128～127；）色域最宽的模型。

第三节　计算机辅助设计的应用

１、计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）
CAD/CAM是计算机图形学在工业界最广泛、最活跃的应用领域：飞机、汽车、船舶的外形的设计；发电厂、化工厂等的布局；土木工程、建筑物的设计；电子线路、电子器件的设计等。

２、地理信息系统（GIS）
建立在地理图形之上的关于各种资源的综合信息管理系统，例如：数字地球。把地形数据作为载体，为军事，政府决策，旅游，资源调查等方面提供全球信息。
·建立在地理图形之上的关于各种资源的综合信息管理系统。
·数字地球，地形数据作为载体，（70％）全球信息化。
·军事，政府决策，旅游，资源调查。

３、虚拟现实技术
又称虚拟环境（Virtual Environment)： 是指用立体眼镜、传感手套等一系列传感辅助设施来实现的一种三维现实，人们通过这些设施以自然的方式（如头的转动、手的运动等）向计算机送入各种动作信息，并且通过视觉、听觉以及触觉设施使人们得到三维的视觉、听觉等感觉世界。随着人们不同的动作， 这些感觉也随之改变。

４、数字娱乐
电脑游戏实时性；逼真性；蕴含了先进的图形处理技术
电视广告，节目片头，科教演示（CAI）电影特效…

５、计算机艺术
用计算机软件从事艺术创作：
１）二维平面的画笔程序（如CorelDraw，Photoshop，Illustrator）
２）图表绘制软件（如Visio）
３）三维建模和渲染软件包（如3DMAX，Maya）、以及一些专门生成动画的软件（如Alias，Softimage，Cult3D，Virtools）
优点：（１）提供多种风格的画笔画刷（２）提供多种多样的纹理贴图，甚至能对图象进行雾化，变形等操作（３）可以任意修改，取消败笔
不足：（１）无法达到传统绘画中风格化的艺术效果（２）很难得到有素描效果、油画效果的艺术品

６、计算机动画
计算机动画近十多年来取得了很大的发展，已渗透到人们生活的各个角落
１）商业广告、影视特技／片头、动画片
２）教育、军事、飞行模拟等
分类
１）二维动画：图象变形；形状混合
２）三维动画：关键帧动画；变形物体的动画；过程动画；关节动画与人体动画；

第四节　计算机辅助设计的发展

１、技术更新
２、应用更灵活更广泛