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導語：在計算機圖形學論文的撰寫旅程中，學習并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優秀范文，愿這些內容能夠啟發您的創作靈感，引領您探索更多的創作可能。
英文名稱：Journal of Computer-Aided Design & Computer Graphics
主管單位：中國科學技術協會
主辦單位：中國計算機學會
出版周期：月刊
出版地址：北京市
語
種：中文
開
本：大16開
國際刊號：1003-9775
國內刊號：11-2925/TP
郵發代號：82-456
發行范圍：國內外統一發行
創刊時間：1989
期刊收錄：
SA 科學文摘(英)(2009)
CBST 科學技術文獻速報(日)(2009)
Pж(AJ) 文摘雜志(俄)(2009)
EI 工程索引(美)(2009)
中國科學引文數據庫(CSCD―2008)
核心期刊：
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
中文核心期刊(1996)
期刊榮譽：
第三屆(2005)國家期刊提名獎期刊
聯系方式
期刊簡介
《計算機輔助設計與圖形學學報》（月刊）創刊于1989年，是由中國計算機學會主辦的我國CAD和計算機圖形學領域第一個公開出版的學術刊物。該刊以快速傳播CAD與計算機圖形學領域的知識與經驗為目的，刊登有創新的學術論文，報導最新科研成果和學術動態，及時反映該領域發展水平與發展方向。讀者對象為從事CAD和計算機圖形及其他有關學科的科研、工程技術人員及高等院校師生。
1教學體系
英國高校的三維動畫教育一般采取三位一體的教學模式。其中包括計算圖形學技術的學習，藝術知識的學習和計算機應用軟件的學習。這三方面互為補充，構成了一個比較完善的教學體系。相比于英國計算機動畫教育，我們存在以下幾個問題：
1．1計算機圖形學技術教育的缺乏計算機圖形學（ComputerGraphics，簡稱CG）是一種使用數學算法將二維或三維圖形轉化為計算機顯示器的柵格形式的科學。簡單地說，計算機圖形學的主要研究內容就是研究如何在計算機中表示圖形、以及利用計算機進行圖形的計算、處理和顯示的相關原理與算法。在計算機三維動畫中，要依靠計算機圖形學技術實現各種效果，如毛發、火焰及模擬各種真實的動作，如地震。可以說，計算機技術的開發大大推動了計算機三維動畫領域的前進，可見其重要性。英國三維動畫教育很重視這方面技術的教學和實踐，也針對這些技術也開設了一系列課程。伯恩茅斯大學傳媒學院就開設了MotionCapture（動作捕捉）課程，而在國內高職院校的三維動畫教育中，計算機圖形學技術的學習是是非常欠缺的一部分。當然也存在一些客觀因素，例如MotionCapture（動作捕捉）這門課，需要相關硬件設備和軟件支持，并且設備價格不菲，由于資金的不足或學院的忽視都導致這些必備課程的無法開設，并直接導致學生嚴重缺乏必要的計算機技術，這也大大桎梏了三維動畫在中國的發展。
1.2計算機動畫教育缺乏人性化和個性化英國動畫教育不但注重培養的學生的團隊精神，更注重學生個性和專長的發展，相比較而言，國內高等職業教育存在一種通病，就是通才教育。過分注重學生什么都要會，缺乏人性化和個性化發展，使得學生本身的特點和優勢受到遏制，反而學到最后什么都會，缺什么都不精，反倒不利于專業素質的提高。
2考試評價體系
2.1評分的公開性對于伯恩茅斯大學傳媒學院，每門課程內容及進度安排，任課老師都會公布在學習網站上，提前讓學生明確學習目標。課程的評分標準和考試分數，任課老師也會公布在學院網站上，供學生查閱。
2.2評分公平性英國的考生，為了公平起見，一般都安排兩個考試或以上評分，包括卷面考試、論文和操作考試等，而且大部分的考試就是老師評分完了以后，也要等學院的考試委員會專門開會通過才能夠正式公布。而且英國考生可以對考試分數提出質疑，甚至進行投訴，針對院校的投訴如果不能通過校內協商解決的話，有關學生可以把投訴提交給獨立仲裁員辦公室。這種評價體系可以督促老師嚴格公正的作出評分，有效的減少不嚴謹不認真的評分現象。對于伯恩茅斯大學傳媒學院，如果學生在評分標準中的某一方面特別突出，還可以要求老師改變評分標準在這方面多占比重。最后的考試作品，會有多個教師同時參與考評并寫出分數及評價語言，指出學生作品的優缺點，提出改進意見。而這也是我們高職專業課考試評分體系所欠缺的，往往只有簡單的阿拉伯數字，缺乏針對性的評語，也不利于學生后續專業提高和發展。
3設備支持
3.1硬件支持在伯恩茅斯大學傳媒學院，學生機房電腦配置為4核，8G內存，獨立顯卡，Linux系統，軟件每半年一更新。本科生3個機房，1-2人指定一臺機器，研究生3個機房，1人一臺機器，機房經費25萬英鎊，老師使用學生淘汰的機器。另外，有視覺效果實驗室和計算機動作捕捉實驗室，提供課堂教學和學生制作作品所需。就我們學院而言，專業課的學習，可以學生做到1人一臺電腦，機房教學設備齊全，但我們所缺乏的是專業的實驗室設備，例如影棚、動作捕捉設備，沒有硬件支持，課程不能開設，就算開設了也只是紙上談兵。當然這需要充足的教學設備經費和學院的重視。
英文名稱：Techniques of Automation and Applications
主管單位：黑龍江省科學院
主辦單位：黑龍江省科學院自動化所;黑龍江省自動化學會
出版周期：月刊
出版地址：黑龍江省哈爾濱市
語
種：中文
開
本：大16開
國際刊號：1003-7241
國內刊號：23-1474/TP
郵發代號：14-37
發行范圍：國內外統一發行
創刊時間：1982
期刊收錄：
核心期刊：
期刊榮譽：
聯系方式
早期工作主要針對大批量生產自動線和各類專用機床。70年代，在我國首次自行研制出立式和臥式加工中心。80年代，開始將信息技術引入傳統的制造業并成為國內最重要的研究力量。在CAD/CAM、柔性自動化、精密加工以及數控方面開始艱苦的創業。90年代，本學科在制造業信息化、激光加工自動化、大型醫療裝備方面的研究富有成效，尤其是在數控技術和制造業信息化方面取得了突破性進展，今天已形成相當規模的產業，總產值已超過5億元，在數控和CAM/CAM/CAPP方面當屬中國高校之最。進入21世紀后，本學科在數字制造、電子制造、微納制造、工業工程等交叉學科領域開展了諸多具有創新性的研究工作，并成為國內在相關研究領域的排頭兵。
目前，本學科已經形成了具有活力的學科方向及實力強且結構合理的學術隊伍，建立了高水平的教學、科研基礎平臺，形成了學、研、產協調發展的態勢，主要研究方向及其特色與前景如下：
1．數控技術與系統
此方向的研究與開發在國內處于水平，研究成果已轉化成有相當規模的產業，年產值超過5億元。現正在開發研究新一代的智能的、網絡化的數控系統。
2．先進裝備及其技術
結合國家支柱產業、國防、醫療等行業對關鍵裝備的需求，研制實用高水平裝備；參與企業重大關鍵裝備或重型機床的數控化改造；研制數值化基礎部件、先進功能部件及新型數字化裝備。
3．制造業信息化技術
此方向的研究與開發在國內處于前列，在CAD/CAM/CAPP方面的研究工作已形成較大規模的產業，其中CAD和CAPP所占國內市場超過70％。在數字化樣機、虛擬設計、多學科優化設計等方面的研究處于國內水平。
4．數字化制造
面向能源、運載、國防等領域的重大需求，在數字制造基礎理論研究方面國內并具有較大的國際影響，承擔了以我校為首席的973項目、國家自然科學基金重大、重點項目，研究工作具有國內水平。
5．現代設計理論與方法
以設計為主線，以機械、汽車等為載體，在機電系統動力學、動態、熱態設計理論與方法、智能設計、優化設計、振動噪聲及其控制、系統動力學與性能仿真、NVH分析與控制、測試與主動控制技術方面的研究具有特色。
6．液壓氣動技術
緊密結合國防需求，開展海、淡水液壓系統及其元件的研發及電液比例、伺服系統與控制技術的研究；以FESTO氣動中心為基地，開展氣動伺服技術的基礎理論、新型氣動元件、電液/電-氣伺服技術的研究。作為非國防口院校，此方向持續得到軍方重大項目及基地建設的支持。
7．測試技術與無損檢測
開展測量原理、實用儀器和自動檢測裝備以及評定理論與方法的研究；組建了教育部制造技術國際標準研究中心，開展GPS標準計量基礎理論與技術的研究；針對輸油、儲油及大型工程中安檢的需求，開展數字化無損檢測的理論研究和實用裝備開發，實現了學、研、產良性循環發展。
本學科較之國內同類學科的優勢主要表現在：
·學術隊伍：五位院士領銜，一批中青年骨干，包括長江學者9人，杰出青年基金4人，總裝備部先進制造領域專家組組長1人，國家863先進制造領域專家組成員1人，教育部創新團隊1個
·學科基地：數字制造與裝備技術國家重點實驗室
制造裝備數字化國家工程研究中心
國家數控系統工程技術研究中心
國家CAD支撐軟件工程技術研究中心
教育部制造技術國際標準研究中心
·學術地位：機械學科教學指導委員會主任委員單位
機械設計制造及其自動化教學指導分委員會主任委員單位
國家自然科學基金重大項目、民口軍口973項目牽頭單位
·學術成就：獎勵（國家科技進步二等獎四項）
全國百篇優秀博士論文三篇
獲得了國際SME大學獎
·學科產業：研究開發促進規模產業的形成（華中數控、天喻信息、天喻軟件、開目軟件）
學院在強化自身建設的同時，還先后與美、英、德、日、韓、俄、澳大利亞、新加坡、香港等多所大學、研發機構和企業建立了廣泛的合作辦學和合作研究關系，為引進和培養一流的國際型人才，積極參與國際競爭與合作奠定了基礎。近十年來，學院承擔并完成國家和企業的科研項目近千項，獲國家科技進步獎9項、國家技術發明4項、省部級科技進步獎100余項。1999年以機械學院為核心的華中科技大學CIMS中心，榮獲了國際制造工程師（SME）頒發的大學獎。今天的機械科學與工程學院形成了自己的學科優勢和辦學特色。它是國內高校同行中有競爭力的學院之一。
全日制博士研究生招生含直博生、碩博連讀生、提前攻博生和統考生，其中2014年博士碩博連讀比例約為45%，直博比例約為25%。
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學術學位招生目錄 學科專業名稱及代碼、
研究方向
招生
人數
考試科目
備注
100機械科學與工程學院
080201機械制造及其自動化
機械類考生考試科目：
①2213 控制理論
2215 優化設計
2201 高等工程數學(含矩陣論、數值計算方法與數理統計)
②1101 英語
③3311 電子技術(二)
3312 計算機圖形學及算法實現
3314 工程測試與信號分析
(2213、2215、2201選一) ( 3311、3312、3314選一)
光電子類、信息類考生考試科目：
①2201 高等工程數學(含矩陣論、數值計算方法與數理統計)
②1101 英語
③3355 半導體光電子學
3364 微機原理與接口技術）
（3355、3364 選一)
080202機械電子工程
機械類考生考試科目：
①2213 控制理論
2215 優化設計
2201 高等工程數學(含矩陣論、數值計算方法與數理統計)
②1101 英語
③3311 電子技術(二)
3312 計算機圖形學及算法實現
3314 工程測試與信號分析
(2213、2215、2201選一) ( 3311、3312、3314選一)
光電子類、信息類考生考試科目：
①2201 高等工程數學(含矩陣論、數值計算方法與數理統計)
②1101 英語
③3355 半導體光電子學
3364 微機原理與接口技術）
（3355、3364 選一)
080203機械設計及理論
機械類考生考試科目：
①2213 控制理論
2215 優化設計
2201 高等工程數學(含矩陣論、數值計算方法與數理統計)
②1101 英語
③3311 電子技術(二)
3312計算機圖形學及算法實現
3314 工程測試與信號分析
(2213、2215、2201選一) ( 3311、3312、3314選一)
光電子類、信息類考生考試科目：
①2201 高等工程數學(含矩陣論、數值計算方法與數理統計)
②1101 英語
③3355 半導體光電子學
3364 微機原理與接口技術）
（3355、3364 選一)
080204車輛工程
機械類考生考試科目：
①2213 控制理論
2215 優化設計
2201 高等工程數學(含矩陣論、數值計算方法與數理統計)
②1101 英語
③3311 電子技術(二)
3312計算機圖形學及算法實現
3314 工程測試與信號分析
(2213、2215、2201選一) ( 3311、3312、3314選一)
光電子類、信息類考生考試科目：
①2201 高等工程數學(含矩陣論、數值計算方法與數理統計)
②1101 英語
③3355 半導體光電子學
3364 微機原理與接口技術）
（3355、3364 選一)
0802Z1工業工程
機械類考生考試科目：
①2213 控制理論
2215 優化設計
2201 高等工程數學(含矩陣論、數值計算方法與數理統計)
2244運籌學（限工業工程專業考生選考）
②1101 英語
③3311 電子技術(二)
3312 計算機圖形學及算法實現
3314 工程測試與信號分析
3336 生產計劃與控制（限工業工程專業考生選考）
(2213、2215、2201、2244選一) ( 3311、3312、3314、3336選一)
光電子類、信息類考生考試科目：
①2201 高等工程數學(含矩陣論、數值計算方法與數理統計)
②1101 英語
③3355 半導體光電子學
3364 微機原理與接口技術）
（3355、3364 選一)
080402測試計量技術及儀器
①2201 高等工程數學(含矩陣論、數值計算方法與數理統計)
②1101 英語
③3314 工程測試與信號分析
3315 誤差理論與數據處理
3355 半導體光電子學
3364 微機原理與接口技術
3522 互換性與技術測量
( 3314、3315、3355、3364、3522選一)
專業學位招生目錄 學科專業名稱及代碼、
研究方向
招生
人數
考試科目
備注
100機械科學與工程學院
085272先進制造
①2309 專業基礎課
②1107 外語實際應用能力
③3546 專業素質和專業能力
關鍵詞:火焰模擬;粒子系統
中圖分類號:TP391文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2010)11-2736-02
Overview of Flame Simulation Methods
LIU Chang-ming,ZHAO Zhi, SUN Yan
(Aviation University of Air Force, Changchun 130022, China)
Abstract: This paper present a survery on the methods of flame simulation,with a detail introduction of basic theory. It summarized the particle system and the textture based method.
Key words: flame simulation; particle system
對于山、水、云、火焰等自然界中豐富多彩的景物來說,其具有實時的多邊性和無規則性。它們的外觀形狀極不規則、沒有光滑的表明,這使得經典的歐幾里得幾何學對其描述就顯得無能為力。
火焰、云、水等流體狀態的模擬是計算機圖形圖像的一個重要問題,以更少的運算和內存空間,更加逼真的模擬它們的狀態,一直是人們努力的目標。本文中,我們將對火焰的模擬做簡單的介紹,從不同的角度比較現今常用的火焰模擬方法。
1 火焰模擬方法的分類
隨著計算機圖形學技術的發展,火焰燃燒在計算機動畫、影視制作和媒體廣告等場景中得到廣泛應用。人們很早就開始了計算機火焰燃燒的模擬。
總體來說,計算機火焰模擬的方法大體分為3種類型:基于粒子系統的火焰模擬、基于數學物理模型的火焰模擬和基于紋理的火焰模擬。
1.1 基于數學物理模型的火焰模擬方法
基于數學物理模型的火焰模擬方法起源較早。其傳統的思想是把火焰看成一種特殊的流體或特殊的物理過程,通過求解Navier-Stokes方程實現對火焰發展變化的控制。該方法中一個基本核心是流體動力學方程,然而其連續性求解對于計算機動畫來說難以承受。因此采用離散的方法來求解復雜的NS微分方程。其中比較具有代表性的方法就是Lattice-Boltzmann方法。
和其他方法相比較,基于數學物理模型的火焰模擬方法計算的依據比較科學合理;火焰運動變化的控制理論比較完備,計算結果基本符合真實燃燒的物理本性和其運動變化的特征。
1.2 基于紋理的火焰模擬方法
基于紋理技術的火焰模擬是人們從視覺角度出發所采用的簡化快速算法,是在整體和局部傷采用紋理貼圖的方法進行火焰的模擬。該方法可節省大量的計算機資源,加快了計算機模擬的速度。
紋理技術模擬的核心是如何合成構建該方法應用的場合與方式、如何挑選具有代表性的紋理圖片、以及如何管理和調配眾多紋理圖片的模擬屬性。
1.3 基于粒子系統的火焰模擬方法
基于粒子系統的火焰模擬方法幾乎已經成為最為成熟、最能經得起時間考驗的重要模擬思想之一。主要思想是:把火焰等不規則外形的物體看作是由無數的微小顆粒所組成的。每一個粒子都有其固有的屬性。隨著模擬的進行,其屬性值不斷發生變化,粒子經歷從產生、發展變化到消亡的全過程。
除了上面描述的模擬方法,還有一些火焰模擬的模型是幾種方法相互配合的共同結果。下面將介紹基于粒子系統和基于紋理技術結合的火焰模擬方法。
2 基于粒子系統和紋理的模擬
基于粒子系統的火焰模擬方法思想比較簡單,而且能表現一定的燃燒場景和燃燒細節,特別是火焰的隨機變化表現比較容易。但隨著場景中粒子數量的增加,粒子的控制和處理就會變得比較繁瑣,系統開銷急劇增加。一個簡單的紋理圖片能夠取代眾多的模擬粒子,因而可以節省大量的計算資源,加快計算機模擬的速度。
林等[1]是通過用少量的粒子建立火焰的輪廓線,然后在輪廓線內填充真實火焰連續紋理的方法實現火焰的動態模擬。其中,用少量的點勾勒中心骨架,通過B樣條函數對其插值得到一條連續曲線,根據中心骨架點生成兩側輪廓線。然后把輪廓線分割成網狀,相應地將火焰也進行分割,進行相應格子的紋理拷貝。
尹等[4]從仿真系統的要求(仿真系統要求系統具有相當高的逼真度和較高的畫面更新速率)為出發點,用粒子系統對自然現象進行模擬的。每個粒子表示多個雪花,用一個四邊形表示,將雪花圖像作為紋理貼到四邊形上,通過圖像合成,生成逼真的雪景。
張等[2]提出了一種新的基于粒子系統的火焰模型,研究了模型參數變化對顯示效果的影響,該模型引入了結構化粒子及表現風力的隨機過程。
3 相關理論技術
3.1 粒子系統
Reeves于1983年提出的一種很有影響的模擬不規則物體的方法。它是一個隨機模型,用大量的粒子圖元來描述景物,粒子會隨時間推移發生位置和形態變化。每個粒子的位置、取向及動力學性質都是由一組預先定義的隨機過程來說明的。
粒子系統的基本思想:采用許多形狀簡單的微小粒子作為基本元素來表示不規則模糊物體。
通常粒子系統在三維空間中的位置與運動是由發射器控制的。發射器主要由一組粒子行為參數以及在三維空間中的位置所表示。粒子行為參數可以包括粒子生成速度、粒子初始速度向量、粒子壽命、粒子顏色、在粒子生命中的變化以及其它參數等等。
3.2 N-S方程
N-S方程是一組描述像液體和空氣這樣的流體物質的方程式。這些方程式建立了流體的粒子動量的改變率和作用在液體內部的壓力的變化和耗散粘滯力以及重力之間的關系。它描述作用于液體任意給定區域的力的動態
3.3 噪聲函數
自然界中很多事物都是分形的。它們有很多層次細節,表現出同一種的大小的變化形式。柏林噪聲函數通過直接累加一定范圍內、不同比例的噪聲函數來重現這種現象。使用很多平滑函數,分別擁有各種各樣的頻率和振幅,可以把它們疊加在一起來創建一個漂亮的噪聲函數,這個就是柏林噪聲函數。
4 總結
在學習傳統粒子系統的基礎上,參閱了一定數量的關于火焰模擬的論文,對基于粒子系統和紋理技術的火焰模擬有了一定的了解。希望在熟悉了OpenGL的基礎上,利用粒子系統和紋理技術實現并改進火焰的模擬,以應用到虛擬實驗中。
參考文獻:
[1] 林夕偉,于金輝.基于粒子和紋理繪制的火焰合成[J].計算機應用,2004,24(4).
[2] 張芹,吳慧中,謝雋毅,等.基于粒子系統的火焰模型及其生成方法研究[J].計算機輔助設計與圖形學學報,2001,13(1).
[關鍵詞] 布料 仿真 碰撞檢測
當前，基于計算機二維圖形學技術的CAD系統研發已經基本成熟，在行業內已經被廣泛采用。但這種平面式的設計系統，已經逐漸顯現出交互性差、可視性差的諸多問題。一種既能滿足大規模工業化生產且又能滿足個性需求、真實表達人們對空間思維的回歸、展示出服裝與人體相互依存關系的技術，越來越受到關注。服裝行業要求一種更便捷、靈活、直觀的設計工具，能夠幫助設計師在電腦上實現設計創意，實時交互式的設計系統。這個系統應該能夠使設計師在設計初始就可以見到虛擬布料的真實效果，逼真模擬出有質感，花色與動態效果。因此，如何利用計算機圖形學，計算幾何以及計算機動畫等領域最新的科研成果，建立基于布料的3D模型和碰撞檢測與響應方法是當前的研究熱點。建立基于布料的3D模型研究已經是比較成熟的領域，本文主要對布料碰撞檢測與響應方法進行研究概述。
一、布料碰撞檢測研究現狀分析
在布料的動態仿真過程中，碰撞問題是一個不容回避的問題，如果不能及時地進行碰撞檢測，就會出現物體之間相互穿透和彼此重疊等不真實的現象。碰撞檢測是影響柔性布料仿真速度的重要因素,它所占用的時間通常會占到總時間的40%左右。由此可見，碰撞問題解決的優劣直接關系到柔性布料仿真的實時性和精確性。
2001年8月魏迎梅等人中給出了一種基于固定方向凸包包圍盒樹的碰撞檢測方法, 并著重論述了利用線性規劃的思想以解決剛體自由運動后包圍盒樹的更新以及通過一種自底向上的方法解決軟體對象變形后包圍盒樹的更新。實驗表明, 該方法不僅能較好地解決剛體間的碰撞檢測, 而且能有效地解決剛體與軟體間的碰撞檢測。
2002年8月，為了加速檢測過程， Robert Bridson等人采用軸向層次包圍盒技術;Choi等人的算法則采用基于體素的算法來加速碰撞檢測。
2002年11月顧爾丹等人提出了一種面-面碰撞檢測算法的服裝動態模擬方法。其中考慮了布料的非理想彈性屬性和變化的空氣流作用力, 并針對系統實現的瓶頸――服裝和人體的碰撞問題, 提出一種碰撞檢測算法。
2004年8月，Pascal Volino等人使用多邊形網格層次的方法對包括布料的柔性物體進行了高效檢測。
2006年2月張明等人提出一種粒子系統,能在任何需要正確模擬碰撞的地方自適應的生成新粒子。當粗糙網格與物體發生碰撞時使網格自動細化。因此這種模型與一般的粒子系統相比,只需要少量的粒子就能獲得精確的物理仿真效果。同時,使用粗糙網格進行快速仿真成為可能。
2006年8月，李文輝等提出了一種面向可變形物體快速的碰撞檢測方法。此方法將粒子群優化算法和隨機碰撞檢測相結合，通過在物體特征域內采樣把三維物體空間內碰撞檢測問題轉換到二維離散搜索空間中解決。這不但可以控制算法的運行速度和檢測質量，更重要的是增加了算法適應性:輸入的可以是不具有拓撲信息的任意物體模型。同年，周云波等人的文章講述了碰撞檢測的基本算法和碰撞檢測領域中經常用到的幾大類碰撞檢測算法：包圍盒層次法、距離跟蹤法和空間剖分法，對包圍盒層次法中的AABB、包圍球、OBB、k-dop算法，距離跟蹤法中的Lin-Canny 算法、Enhanced GJK算法進行了分析。
2006年12月馬登武等人首先對常用檢測算法的檢測效率進行了分析和比較。然后重點針對復雜虛擬場景中含有大量物體的特點,提出了混合包圍盒碰撞檢測算法。該算法利用幀與幀之間的時間和幾何相關性,把對(c2n+m)個對象的動態跟蹤轉化為它們在三個坐標軸上的投影的排序問題,把時間復雜度由O(n2)降低為O(n)。理論分析和仿真計算都表明,該算法能夠滿足多達幾百個運動物體的實時交互碰撞檢測。
2007年1月王季等人結合層次包圍盒和基于圖形硬件的方法,以帶深度紋理的包圍盒替代物體的幾何模型,利用圖形硬件在紋理映射時進行深度比較,以實現碰撞檢測實驗結果表明,與CULL IDE 算法相比,文中算法執行效率更高且執行時間固定,具有較高的實時性。
二、總結
經過研究發現，國內外目前急需一種易實現的碰撞檢測綜合方法，這也是我們今后很長一段時間的研究重點。
關鍵詞：機械CAD優越性；發展歷程；發展趨勢
中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A
計算機輔助設計（Ccomputer Aided Design）的英文縮寫為CAD，是指在實踐生產設計過程中，借助計算機的系統功能，幫助設計人員進行設計方面相關活動的總稱。其涵蓋的內容非常廣泛，例如我們在設計過程中經常涉及到的有限元分析、計算機模擬仿真、計算機二維和三維繪圖等。隨著科技的進步與發展，CAD技術已經滲透到我們的郵電與電子、航空與航天、機械與紡織、建筑與船舶等領域，機械CAD 即在機械設計過程中，2將CAD技術具體運用到產物的一項綜合高新技術。
1 CAD的優越性
（1）CAD技術可以提高工作效率，縮短設計周期，與傳統的設計方法相比，其設計效率可提高3-5倍以上。隨著交互式圖形技術，特別是可視化技術的提高，其效率會有更明顯的增長。
（2）CAD技術可以降低成本，與傳統的設計方法相比，它可以大幅度節省勞動力，并且優化設計可以節省原材料，其經濟效益是很可觀的。
（3）CAD技術可以改進設計方法，提高設計質量。CAD的優化設計方法有助于改進工藝參數和產品結構，另外數據庫中的信息、技術知識可以實現共享，為產品設計提供專業的科學的理論基礎。
2 CAD的發展歷程
截止到目前，CAD技術已經經過了50多年的歷程，縱觀CAD的整個發展歷程，可以分為這樣五個階段：
（1）初始準備階段，1959年12月在MIT召開的一次計劃會議上，明確提出了CAD的概念。
（2）研制試驗階段，1962年，美國MIT林肯實驗室的博士研究生I.E.Sutherland發表了“Sketchpad人機交互圖形系統”的論文，首次提出計算機圖形學，交互技術，分層存儲的數據結構新思想，實現了人機結合的設計方法。1964年美國通用汽車公司和IBM公司成功研制了將CAD技術應用于汽車前玻璃線性設計的DAC-I系統。這是CAD第一次用于具體對象上的系統，在那之后CAD的發展速度得到了迅猛的發展。
（3）技術商品化階段，20世紀70年代， CAD技術開始步入實用化，從二維技術發展到三維技術，開發CAD技術的軟件公司開始層出不窮。
（4）高速發展階段，20世紀80年代開始，CAD技術進入了高速發展階段。隨著科學技術的迅速發展，計算機的成本大幅度下降，計算機硬件和軟件的功能提高的同時價格不升反降，使CAD的硬件配置和軟件開發能夠滿足中、小型企業的承受能力，從此CAD 技術不在被大企業壟斷。Autodesk公司1982年推出微機輔助設計與繪圖軟件系統AutoCAD，隨后多次更新版本，完善系統功能，在CAD發展的歷程中產生了巨大的影響。
（5）全面普及階段，20世紀90年代開始，CAD技術在設計領域得到了廣泛應用，成為工程界一種重要的設計手段。
3 機械CAD在我國的應用現狀
我國在CAD技術上的研究較國外要晚一些，20世紀70年代，開始有為數不多的企業和高校研究計算幾何的數學理論、工程制圖的方法和布局、布線的計算方法。80年代初開始引進了CAD成套系統，80年代中后期，CAD技術有了較大發展，人們逐漸意識到了這一技術的優勢。90年代初誕生了具有獨立版權的CAD系統，90年代中后期開發了應用于檔案管理及繪圖、分析計算的機械CAD軟件。隨著工業發展對科技的要求更高，國內對于CAD技術的開發、研究和應用取得了較大的進展。但是與世界先進國家進行比較，在技術研發的各方面及其應用領域上還存在著一定的不足。國內的CAD軟件多功能性比較差，集成化程度不高、穩定性能差，沒有足夠的市場競爭優勢，CAD設計技術在制造業領域的應用比例不高。基于以上等個因素，使得CAD技術不能夠在我國機械制造業中發揮其巨大的作用。
4 機械CAD的發展趨勢
隨著CAD技術應用領域的不斷普及，CAD技術正向著集成化、智能化、標準化和開放性的方向發展。
開放性主要體現在進戶端、系統的工作平臺、應用開發環境及與其他系統進行的信息交換等方面。對一個系統是否實用且能否轉化為現實生產力的基礎起到決定性作用。
集成化包括三個方面含義，一是CAD功能將多種集成形式匯集成一體，成為各應用領域一體化的解決方法，推動各領域信息化進程，進而使得其生產效率得以提高。二是CAD利用網絡計算的環境功能實現各地區、各領域之間的集成。三是將CAD技術中的算法、功能模塊及系統匯集在一起，并做成芯片來提高CAD整體系統的運行效率。
為滿足各領域對CAD應用的實踐要求， CAD必然朝著智能化方向發展。智能CAD是在深入研究人類設計的思維模型的同時，將現有的CAD技術、智能技術很好的相結合應用到其中，并利用信息技術實現表達。這樣的CAD系統既高效，又給智能領域帶來新的技術手段。智能CAD的發展將深刻的影響著信息科學的發展。
現如今，支撐CAD的軟件正進入ISO標準和工業標準，零標準化方法和標準化部件庫也已成為CAD系統中必要的組成部分。我國應采取主動貫徹ISO10303《產品數據表達與交換標準》中所提倡的方針，針對國內現實的生產實際需求和發展前景，盡快實現統一協調自主開發軟件的數據模型。完善的標準化體系則是我國CAD軟件開發及技術應用實現與世界接軌所必須完成的一項任務。
今后CAD技術將會朝著集成化、網絡化、智能化更深層次的方向發展。在計算機圖形和幾何造型技術上由二維向三維發展，與圖形學發展相關的硬件也將成為人們研究、開發的一個重點。
結語
CAD技術的發展對科技進步、工業技術改革有著深遠的影響。面對更加激烈的市場競爭，國內各領域應將提高產品質量放到第一位，將研發周期縮短，提高市場競爭力，實現效益的最大化。因而研發出代表世界先進水平的機械CAD軟件，才能逐步縮短與國外的差距，同時CAD技術的快速發展也是實現這一目標的有力武器。
參考文獻
摘要：在研究生的計算機仿真技術課程教學中，針對機械工程類研究生的專業方向、課程體系的設置以及工科研究生自身特點，為培養研究生的自主學習能力、創新能力以及增強其工程應用意識，通過在計算機仿真技術課程教學的經驗積累，逐步探索出以項目驅動為主要教學方法，通過實踐應用，取得良好的教學效果。
關鍵詞：項目教學法；計算機仿真；創新；實踐
中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）24-0144-02
一、前言
研究生教學有其突出的特點，他們中多數人理論基礎扎實，獲取書本知識能力強。但同時也存在創新意識和創新能力不足、工程應用背景不夠的缺點。本人通過十多年研究生教學的實踐，結合本學院研究生專業方向、課程內容針對性強等特點，對如何在研究生教學改革中突出培養學生的自學能力、創新能力，增強學生的創新意識與工程應用能力等問題進行了一些改革創新。
二、課程定位及課程特點
隨著現代工業的發展，科學研究的深入與計算機軟、硬件的發展，計算機仿真技術已成為分析、綜合各類系統，特別是大系統的一種有效研究方法和有力的研究工具，計算機仿真技術已經廣泛應用在各技術領域、各學科內容和各工程部門。仿真技術已經在國防軍事、國民經濟、社會生活的眾多領域發揮了重要的作用，國內外眾多學者認為，仿真技術“正在成為與理論、實驗并列的第三種認識和改造客觀世界以及科學研究的手段”，因此仿真技術
被認為是“使能”技術。計算機仿真技術是仿真科學與技術涉及到的有關具體仿真技術中最為基礎的部分，具有綜合性、多學科交叉等特點。
為了拓寬機械工程專業基礎，提高培養對象的整體素質，更好地適應社會對機械工程專業人才的需求，高校工科專業的研究生應掌握一定的計算機仿真知識與技能。計算機仿真技術課程是我校機械工程學院面向所有研究生各專業方向的研究生開設的一門專業基礎課程，考慮專業應用需求并結合教學實踐情況，課程目的是通過本課程的學習，要求學生掌握計算機仿真技術方面的基本理論，基本知識和基本技能，培養學生分析問題和解決問題的能力，為今后分析、綜合各類工程系統或非工程系統提供一種有力的工具，以便能靈活應用所學的計算機仿真技術為本專業工作服務。
一方面，基于仿真技術課程的內容方法較多，實踐性強的特點；另一方面，授課對象專業方向較多、授課學時有限等特點，如何解決在有限的教學課時內講授內容繁多的仿真內容、對計算機仿真技術課程進行教學方法和手段的改革探索和實踐，以達到計算機仿真技術教學目標。
三、教學內容的設置和教學方法的選擇
課程開設初期，由于只是機械電子工程專業方向的同學選修，所以所講內容基本針對該專業方向進行設置。隨著選修人數的不斷增加，以及選修學生所屬專業方向的擴大，專業方向包括：機械制造及其自動化、機械電子工程、機械設計及理論、車輛工程、機械工程（專業學位）等，基本涵蓋了機械工程學院的所有專業方向。
計算機仿真技術課程涉及多個交叉學科，緊密相關的課程包括數值計算方法、計算機編程、計算機圖形學、高等數學、自動控制原理、現代控制理論、優化設計等課程。如何講出本課程的特點，并充分結合相關課程內容，必須在教學內容的選排上下功夫。
項目教學法是一種以任務驅動、以項目為基本教學單元，將理論教學和實踐教學有機融合在一起，強調綜合能力的培養在研究生教育中的重要性，突出學生在整個教學過程中的主體地位。因此，為了滿足各個專業方向學生的要求，使他們能夠掌握一門工程分析技術，為后續的學術論文和碩士學位論文的撰寫提供計算、分析和仿真手段，本人在講授該門課程的過程中，逐年對教學內容、教學手段和教學考核方法等不斷進行調整和完善。
1.采取項目專題方式進行教學內容的講授，調整授課內容，采用專題教學方法使課程主題內容分明，有利于將仿真方法講深、講透。
2.擴展所授課程內容涵蓋的范圍，包括數值計算、優化設計、圖形可視化、控制系統特性仿真、控制系統設計以及與外部軟件的接口等內容，以滿足各專業方向學生的需求。
3.增加與課程相結合的實驗教學內容。計算機仿真技術本來是實踐性很強的綜合性技術，仿真技術本身是在對控制系統分析的過程中不斷完善和發展起來的。因此并結合各個專業研究生的不同研究方向，靈活設計若干個專題實驗，使學生學以致用，培養學生將該門課程應用于實際工程的能力。
4.采用多個工程應用實例進行教學，從系統應用、數學建模、仿真建模、模型求解以及特性分析等，使學生從生產實際認知的研究對象，提升到理論高度的學習，應用所學的各科理論知識和技術手段，進行數學建模、仿真建模的建立，并對模型求解以及特性進行分析，獲得直觀結果，提高學生學習興趣，最終解決實際工程問題，培養學生解決工程實例問題的能力。
5.結合學科前沿，進行課堂討論。研究生在初步掌握了對系統的模型、仿真算法設計、仿真及結果分析這一流程后，為強化計算機仿真在實際工程的應用概念，在此基礎上，以項目形式，開展課程學科前沿以及⒏妹趴緯逃胂執技術融合等專題討論。
6.增加實驗環節，培養研究生工程實際應用能力。利用各種平臺，擴充計算機仿真技術資料，提供最新的仿真案例，結合教學團隊的科研課題，設計實驗項目，培養研究生工程實際應用能力。
四、項目教學法的教學效果
基于項目教學法計算機仿真技術課程的教學方法改革與實踐，滿足機械工程學院各個專業方向研究生的需求，教學方法和手段的完善，使研究生自主學習能力、創新能力和工程應用能力等得到了進一步的提高。
計算機仿真技術作為工科研究生的必備研究手段和技術，使學生掌握一門工程分析技術，為后續的課題研究、學術論文和學位論文的撰寫提供計算、分析和仿真手段。
近五年的每年30―40人研究生選課，工程碩士每年20人左右選課，課程得到了各專業方向研究生的普遍認同。本人指導的研究生，發表與該課程相關的學術論文近20篇，撰寫的碩士論文均用到計算機仿真技術。
論文摘要：鑒于CAD/CAPP/CAM技術日益重要，文章研究CAD/CAPP/CAM課程的教學過程，根據該課程教學現狀，對課程教學中存在的問題進行了研究與分析，并提出了多項有利于解決問題的方法，對充分實現該課程教學目的、培養適應社會需要的人才具有重要意義。
CAD/CAPP/CAM技術是隨著信息技術的發展而形成的一門新技術，它被廣泛地應用于機械、電子、航空、航天、汽車和紡織機建筑等領域，已成為衡量制造業現代化水平的一個重要標志。CAD/CAPP/CAM技術涉及計算機圖形學、數控技術、有限單元分析法、計算機仿真、最優化設計和計算機信息集成技術等多門學科，從而在統一的計算機平臺上進行產品的設計、分析計算和數控編程等工作，能夠大大提高產品開發效率，降低生產成本，目前已成為現代企業進行產品研發的主要方法和手段。中國已成為制造業大國，CAD/CAPP/CAM技術在各行業的應用日益廣泛，應用水平也在不斷提高，同時對應用人才的需求也不斷增加。因此，各大院校都相繼開設了“CAD/CAPP/CAM基礎”這門課程，培養學生掌握產品現代設計和制造的方法和手段、提高學生創新能力，希望課程的設置使學生能掌握這門新興技術，培養適應現代工程領域需求的人才。因此，對課程教學的研究具有重要意義。
本文針對“CAD/CAPP/CAM基礎”課程的教學現狀，分析了該課程的特點及其存在的問題，并進行了相應的探討，提出了解決問題的方法，從而使學生在有限的時間內更加有效地掌握該課程的內容和基本技能，更好地實現課程的培養目標。
一、課程現狀
CAD/CAPP/CAM技術涉及的內容十分廣泛，包括信息技術應用基礎、計算機圖形學基礎、計算機輔助設計技術基礎、計算機輔助工程分析技術基礎、計算機輔助工藝設計技術基礎、計算機輔助制造技術基礎及其相關的專業技術基礎知識等。但同時，CAD/CAPP/CAM技術涉及的知識點又比較分散。目前，有關計算機輔助設計與制造技術的教材較多，課程知識體系基本相同，知識點較全面，課程內容也比較前沿，涵蓋了很多先進制造技術。
在高等教育中，課堂教學至關重要。由于高校教師大多采用傳統的方式講授“CAD/CAPP/CAM基礎”課程，學生學習該課程的積極性不高，學習效率較低，學習效果較差。教授該門課程的老師必須具有相關學科的知識，而且很多知識都涉及當前的新知識，或者較新的軟件，這就要求教師要不斷學習，拓寬知識面，這是對教師的能力提出了一定的要求。此外，學生的能力也有較大差別，部分學生對相關理論知識的理解不夠深入，遇到問題不能及時勇敢面對，造成問題積壓，缺乏學習主動性。這些問題不同程度上影響了教學目標的實現。
二、課程特點與教學中存在的問題
1.課程特點
（1）課程的應用性較強。應用CAD/CAPP/CAM技術主要是為了改善產品設計質量、降低生產成本、提高生產效率，從而能夠最大限度地應用計算機輔助功能為生產提供便利。因此，除了掌握專業基礎知識以外，CAD/CAPP/CAM技術的實際應用十分重要。
（2）課程的系統性較強。“CAD/CAPP/CAM基礎”是一門系統性較強的課程。其中，計算機技術是基礎，無論是CAD、CAPP還是CAM，都是利用計算機來實現輔助技術應用的。要實現這些輔助功能，就必須具備計算機的基本知識、計算機編程語言和計算機輔助繪圖及工藝基本知識。隨著計算機智能化水平的提高，CAD/CAPP/CAM也逐漸由“輔助”變成了“智能化”、“自動化”。此外，設計的客體是產品，它是計算機輔助技術應用的核心，從最初論證到設計完成再到加工與制造，其過程具有極強的系統性。
（3）各學科特色比較鮮明。如CAD主要用于產品的幾何造型設計和論證，CAPP主要用于加工方法的選擇和工藝路線的制定，CAM主要用于數控編程和數控加工。此外，還涉及CAE，其主要用于模擬仿真、分析產品工藝性能及優化設計。各學科之間不僅具有較強的系統性，還具有其自身的特點。
2.教學中存在的問題
（1）重視程度不夠。“CAD/CAPP/CAM基礎”這門課程涉及內容比較廣泛，基本上涵蓋了計算機技術、機械設計與制造、圖形處理技術、工程分析技術、數據庫和優化設計等多學科的內容，是一門具有綜合性、系統性的交叉學科應用課程。目前，在普通高校的專業設計教育中，該門課程大多處于選修課的地位，專業課學時較短，在規定的時間安排中，很難將課程內容全面而詳細地講授給學生。同時，由于時間所限，學生的實踐課時得不到保證，從而削弱了該課程的應用性目的。
（2）硬件設施缺乏。目前，除了某些重點院校，一般普通高校的學生人數和學校的教學條件存在明顯的矛盾，學校為此也在努力改善各方面的教學條件，但硬件設施的改善很難跟上軟件的發展速度，導致學生在學習了理論知識以后，便不再想其他，以至于影響了學生應用能力的提高。
（3）教學內容與手段相對簡化。目前，多數高校機械專業的老師對CAD/CAPP/CAM軟件的講解，基本上以CAD模型設計，特別是以單一的零件設計為主，至于CAE、CAPP、CAM等部分理論講解較多，實踐相對較少。因此，學生就業以后，除了簡單使用軟件以外，幾乎很難實現應用，學習該課程的價值也無法得到體現。同時，由于本學科內容較寬泛，大多數學生對本課程缺乏興趣，使得學生的專業技能和創新能力得不到有效地提高。此外，由于受各種條件的約束，大多數高校教學方式單一乏味，教學圍繞教材轉，使得學生缺乏應用能力。不過，確有部分高校采取多種手段進行CAD/CAPP/CAM的實踐教學，通過平時上機練習、課程設計和畢業設計等手段在培養和提高學生的實踐能力上起到了一定的作用，這是非常好的現象。
因此，在高校教學中，既要更新CAD/CAPP/CAM課程的教學理念，又要強調培養CAD/CAPP/CAM軟件的應用性，這樣才能切實提高學生的理論與實踐應用能力。
三、解決問題途徑的初步探索
1.思想充分重視
高校要從教學理念的高度來重視CAD/CAPP/CAM課程，應該將該課程設置為必修課，使教師與學生都能夠充分重視該課程。否則，學生不僅對理論知識囫圇吞棗，實際應用能力更無從談起。有了思想上的高度重視，才能激發學生學習的興趣，也才能提高教師不斷尋找和提升教學方法的動力，最終實現該課程的教學目的。
2.不斷完善教學設備
應該不斷完善教學設備，適時增加相關硬件與軟件配置，及時進行軟件更新，對計算機、投影儀等設備進行定期檢修與維護，確保教學正常進行，同時建議有條件時開放CAD機房，使學生課外也能夠對所學知識及時鞏固、鍛煉應用。
3.不斷更新教學內容與方法
教學內容應該與時俱進，教師應該不囿于現有教材，而不斷嘗試對教材進行更新，充分發揮自己的創新能力，結合本課程實際進行教學活動。如選擇一些相對較新的軟件來教學生，這樣學生能夠在學習的過程中做到有的放矢。如果還是圍繞教材轉，則不僅提不起學生的學習興趣，更難以達到課程的教學目的。同時，應注意課程的關聯性與針對性。由于該課程是多學科交叉的課程，其特點決定了教師在講課時必須以某一軟件作為主講，同時聯系其他軟件進行講解，做到重點突出，并且針對學生的薄弱環節進行有針對性的講解，以提高講課效率。
4.努力培養學生的實踐應用能力
（1）教師應該簡要講解“CAD/CAPP/CAM基礎”相關軟件基本操作的方法和技巧；同時，應該盡量讓學生構思出某個產品，鼓勵學生多動手進行產品的造型、模擬仿真與分析。通過“CAD/CAPP/CAM課程”教學過程激勵學生，培養學生自主學習的能力。
（2）充分利用現有的軟硬件資源為學生提供一個能充分發揮其主觀能動性和創造力的環境，這不僅可以有效利用學校資源，還可以激發學生的學習興趣、增強動手能力、培養創新意識。建立開放性的“CAD/CAPP/CAM教學與實驗”平臺，積極開設“CAD/CAPP/CAM綜合訓練”課程，將零件設計和數控加工等環節聯系在一起，使學生徹底了解機械產品的開發流程，切實提高實際應用能力。
四、總結
“CAD/CAPP/CAM基礎”課程的教學現狀與教學目的之間存在著一定的差距，高校應該從思想上高度重視，通過多種途徑改善和提高該課程的教學能力，培養適應社會需要的既具有理論知識，又具有實際應用與創新能力的學生。
參考文獻：
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