时间：2023-04-01 10:05:44
导语：在计算机图形学论文的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
英文名称：Journal of Computer-Aided Design & Computer Graphics
主管单位：中国科学技术协会
主办单位：中国计算机学会
出版周期：月刊
出版地址：北京市
语
种：中文
开
本：大16开
国际刊号：1003-9775
国内刊号：11-2925/TP
邮发代号：82-456
发行范围：国内外统一发行
创刊时间：1989
期刊收录：
SA 科学文摘(英)(2009)
CBST 科学技术文献速报(日)(2009)
Pж(AJ) 文摘杂志(俄)(2009)
EI 工程索引(美)(2009)
中国科学引文数据库(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)
期刊荣誉：
第三届(2005)国家期刊提名奖期刊
联系方式
期刊简介
《计算机辅助设计与图形学学报》（月刊）创刊于1989年，是由中国计算机学会主办的我国CAD和计算机图形学领域第一个公开出版的学术刊物。该刊以快速传播CAD与计算机图形学领域的知识与经验为目的，刊登有创新的学术论文，报导最新科研成果和学术动态，及时反映该领域发展水平与发展方向。读者对象为从事CAD和计算机图形及其他有关学科的科研、工程技术人员及高等院校师生。
1教学体系
英国高校的三维动画教育一般采取三位一体的教学模式。其中包括计算图形学技术的学习，艺术知识的学习和计算机应用软件的学习。这三方面互为补充，构成了一个比较完善的教学体系。相比于英国计算机动画教育，我们存在以下几个问题：
1．1计算机图形学技术教育的缺乏计算机图形学（ComputerGraphics，简称CG）是一种使用数学算法将二维或三维图形转化为计算机显示器的栅格形式的科学。简单地说，计算机图形学的主要研究内容就是研究如何在计算机中表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法。在计算机三维动画中，要依靠计算机图形学技术实现各种效果，如毛发、火焰及模拟各种真实的动作，如地震。可以说，计算机技术的开发大大推动了计算机三维动画领域的前进，可见其重要性。英国三维动画教育很重视这方面技术的教学和实践，也针对这些技术也开设了一系列课程。伯恩茅斯大学传媒学院就开设了MotionCapture（动作捕捉）课程，而在国内高职院校的三维动画教育中，计算机图形学技术的学习是是非常欠缺的一部分。当然也存在一些客观因素，例如MotionCapture（动作捕捉）这门课，需要相关硬件设备和软件支持，并且设备价格不菲，由于资金的不足或学院的忽视都导致这些必备课程的无法开设，并直接导致学生严重缺乏必要的计算机技术，这也大大桎梏了三维动画在中国的发展。
1.2计算机动画教育缺乏人性化和个性化英国动画教育不但注重培养的学生的团队精神，更注重学生个性和专长的发展，相比较而言，国内高等职业教育存在一种通病，就是通才教育。过分注重学生什么都要会，缺乏人性化和个性化发展，使得学生本身的特点和优势受到遏制，反而学到最后什么都会，缺什么都不精，反倒不利于专业素质的提高。
2考试评价体系
2.1评分的公开性对于伯恩茅斯大学传媒学院，每门课程内容及进度安排，任课老师都会公布在学习网站上，提前让学生明确学习目标。课程的评分标准和考试分数，任课老师也会公布在学院网站上，供学生查阅。
2.2评分公平性英国的考生，为了公平起见，一般都安排两个考试或以上评分，包括卷面考试、论文和操作考试等，而且大部分的考试就是老师评分完了以后，也要等学院的考试委员会专门开会通过才能够正式公布。而且英国考生可以对考试分数提出质疑，甚至进行投诉，针对院校的投诉如果不能通过校内协商解决的话，有关学生可以把投诉提交给独立仲裁员办公室。这种评价体系可以督促老师严格公正的作出评分，有效的减少不严谨不认真的评分现象。对于伯恩茅斯大学传媒学院，如果学生在评分标准中的某一方面特别突出，还可以要求老师改变评分标准在这方面多占比重。最后的考试作品，会有多个教师同时参与考评并写出分数及评价语言，指出学生作品的优缺点，提出改进意见。而这也是我们高职专业课考试评分体系所欠缺的，往往只有简单的阿拉伯数字，缺乏针对性的评语，也不利于学生后续专业提高和发展。
3设备支持
3.1硬件支持在伯恩茅斯大学传媒学院，学生机房电脑配置为4核，8G内存，独立显卡，Linux系统，软件每半年一更新。本科生3个机房，1-2人指定一台机器，研究生3个机房，1人一台机器，机房经费25万英镑，老师使用学生淘汰的机器。另外，有视觉效果实验室和计算机动作捕捉实验室，提供课堂教学和学生制作作品所需。就我们学院而言，专业课的学习，可以学生做到1人一台电脑，机房教学设备齐全，但我们所缺乏的是专业的实验室设备，例如影棚、动作捕捉设备，没有硬件支持，课程不能开设，就算开设了也只是纸上谈兵。当然这需要充足的教学设备经费和学院的重视。
英文名称：Techniques of Automation and Applications
主管单位：黑龙江省科学院
主办单位：黑龙江省科学院自动化所;黑龙江省自动化学会
出版周期：月刊
出版地址：黑龙江省哈尔滨市
语
种：中文
开
本：大16开
国际刊号：1003-7241
国内刊号：23-1474/TP
邮发代号：14-37
发行范围：国内外统一发行
创刊时间：1982
期刊收录：
核心期刊：
期刊荣誉：
联系方式
早期工作主要针对大批量生产自动线和各类专用机床。70年代，在我国首次自行研制出立式和卧式加工中心。80年代，开始将信息技术引入传统的制造业并成为国内最重要的研究力量。在CAD/CAM、柔性自动化、精密加工以及数控方面开始艰苦的创业。90年代，本学科在制造业信息化、激光加工自动化、大型医疗装备方面的研究富有成效，尤其是在数控技术和制造业信息化方面取得了突破性进展，今天已形成相当规模的产业，总产值已超过5亿元，在数控和CAM/CAM/CAPP方面当属中国高校之最。进入21世纪后，本学科在数字制造、电子制造、微纳制造、工业工程等交叉学科领域开展了诸多具有创新性的研究工作，并成为国内在相关研究领域的排头兵。
目前，本学科已经形成了具有活力的学科方向及实力强且结构合理的学术队伍，建立了高水平的教学、科研基础平台，形成了学、研、产协调发展的态势，主要研究方向及其特色与前景如下：
1．数控技术与系统
此方向的研究与开发在国内处于水平，研究成果已转化成有相当规模的产业，年产值超过5亿元。现正在开发研究新一代的智能的、网络化的数控系统。
2．先进装备及其技术
结合国家支柱产业、国防、医疗等行业对关键装备的需求，研制实用高水平装备；参与企业重大关键装备或重型机床的数控化改造；研制数值化基础部件、先进功能部件及新型数字化装备。
3．制造业信息化技术
此方向的研究与开发在国内处于前列，在CAD/CAM/CAPP方面的研究工作已形成较大规模的产业，其中CAD和CAPP所占国内市场超过70％。在数字化样机、虚拟设计、多学科优化设计等方面的研究处于国内水平。
4．数字化制造
面向能源、运载、国防等领域的重大需求，在数字制造基础理论研究方面国内并具有较大的国际影响，承担了以我校为首席的973项目、国家自然科学基金重大、重点项目，研究工作具有国内水平。
5．现代设计理论与方法
以设计为主线，以机械、汽车等为载体，在机电系统动力学、动态、热态设计理论与方法、智能设计、优化设计、振动噪声及其控制、系统动力学与性能仿真、NVH分析与控制、测试与主动控制技术方面的研究具有特色。
6．液压气动技术
紧密结合国防需求，开展海、淡水液压系统及其元件的研发及电液比例、伺服系统与控制技术的研究；以FESTO气动中心为基地，开展气动伺服技术的基础理论、新型气动元件、电液/电-气伺服技术的研究。作为非国防口院校，此方向持续得到军方重大项目及基地建设的支持。
7．测试技术与无损检测
开展测量原理、实用仪器和自动检测装备以及评定理论与方法的研究；组建了教育部制造技术国际标准研究中心，开展GPS标准计量基础理论与技术的研究；针对输油、储油及大型工程中安检的需求，开展数字化无损检测的理论研究和实用装备开发，实现了学、研、产良性循环发展。
本学科较之国内同类学科的优势主要表现在：
·学术队伍：五位院士领衔，一批中青年骨干，包括长江学者9人，杰出青年基金4人，总装备部先进制造领域专家组组长1人，国家863先进制造领域专家组成员1人，教育部创新团队1个
·学科基地：数字制造与装备技术国家重点实验室
制造装备数字化国家工程研究中心
国家数控系统工程技术研究中心
国家CAD支撑软件工程技术研究中心
教育部制造技术国际标准研究中心
·学术地位：机械学科教学指导委员会主任委员单位
机械设计制造及其自动化教学指导分委员会主任委员单位
国家自然科学基金重大项目、民口军口973项目牵头单位
·学术成就：奖励（国家科技进步二等奖四项）
全国百篇优秀博士论文三篇
获得了国际SME大学奖
·学科产业：研究开发促进规模产业的形成（华中数控、天喻信息、天喻软件、开目软件）
学院在强化自身建设的同时，还先后与美、英、德、日、韩、俄、澳大利亚、新加坡、香港等多所大学、研发机构和企业建立了广泛的合作办学和合作研究关系，为引进和培养一流的国际型人才，积极参与国际竞争与合作奠定了基础。近十年来，学院承担并完成国家和企业的科研项目近千项，获国家科技进步奖9项、国家技术发明4项、省部级科技进步奖100余项。1999年以机械学院为核心的华中科技大学CIMS中心，荣获了国际制造工程师（SME）颁发的大学奖。今天的机械科学与工程学院形成了自己的学科优势和办学特色。它是国内高校同行中有竞争力的学院之一。
全日制博士研究生招生含直博生、硕博连读生、提前攻博生和统考生，其中2014年博士硕博连读比例约为45%，直博比例约为25%。
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或登录学校who.hust.edu.cn/readytoSearchAdv.action，查询机械学院导师信息。
欢迎广大考生报考机械科学与工程学院研究生！
学术学位招生目录 学科专业名称及代码、
研究方向
招生
人数
考试科目
备注
100机械科学与工程学院
080201机械制造及其自动化
机械类考生考试科目：
①2213 控制理论
2215 优化设计
2201 高等工程数学(含矩阵论、数值计算方法与数理统计)
②1101 英语
③3311 电子技术(二)
3312 计算机图形学及算法实现
3314 工程测试与信号分析
(2213、2215、2201选一) ( 3311、3312、3314选一)
光电子类、信息类考生考试科目：
①2201 高等工程数学(含矩阵论、数值计算方法与数理统计)
②1101 英语
③3355 半导体光电子学
3364 微机原理与接口技术）
（3355、3364 选一)
080202机械电子工程
机械类考生考试科目：
①2213 控制理论
2215 优化设计
2201 高等工程数学(含矩阵论、数值计算方法与数理统计)
②1101 英语
③3311 电子技术(二)
3312 计算机图形学及算法实现
3314 工程测试与信号分析
(2213、2215、2201选一) ( 3311、3312、3314选一)
光电子类、信息类考生考试科目：
①2201 高等工程数学(含矩阵论、数值计算方法与数理统计)
②1101 英语
③3355 半导体光电子学
3364 微机原理与接口技术）
（3355、3364 选一)
080203机械设计及理论
机械类考生考试科目：
①2213 控制理论
2215 优化设计
2201 高等工程数学(含矩阵论、数值计算方法与数理统计)
②1101 英语
③3311 电子技术(二)
3312计算机图形学及算法实现
3314 工程测试与信号分析
(2213、2215、2201选一) ( 3311、3312、3314选一)
光电子类、信息类考生考试科目：
①2201 高等工程数学(含矩阵论、数值计算方法与数理统计)
②1101 英语
③3355 半导体光电子学
3364 微机原理与接口技术）
（3355、3364 选一)
080204车辆工程
机械类考生考试科目：
①2213 控制理论
2215 优化设计
2201 高等工程数学(含矩阵论、数值计算方法与数理统计)
②1101 英语
③3311 电子技术(二)
3312计算机图形学及算法实现
3314 工程测试与信号分析
(2213、2215、2201选一) ( 3311、3312、3314选一)
光电子类、信息类考生考试科目：
①2201 高等工程数学(含矩阵论、数值计算方法与数理统计)
②1101 英语
③3355 半导体光电子学
3364 微机原理与接口技术）
（3355、3364 选一)
0802Z1工业工程
机械类考生考试科目：
①2213 控制理论
2215 优化设计
2201 高等工程数学(含矩阵论、数值计算方法与数理统计)
2244运筹学（限工业工程专业考生选考）
②1101 英语
③3311 电子技术(二)
3312 计算机图形学及算法实现
3314 工程测试与信号分析
3336 生产计划与控制（限工业工程专业考生选考）
(2213、2215、2201、2244选一) ( 3311、3312、3314、3336选一)
光电子类、信息类考生考试科目：
①2201 高等工程数学(含矩阵论、数值计算方法与数理统计)
②1101 英语
③3355 半导体光电子学
3364 微机原理与接口技术）
（3355、3364 选一)
080402测试计量技术及仪器
①2201 高等工程数学(含矩阵论、数值计算方法与数理统计)
②1101 英语
③3314 工程测试与信号分析
3315 误差理论与数据处理
3355 半导体光电子学
3364 微机原理与接口技术
3522 互换性与技术测量
( 3314、3315、3355、3364、3522选一)
专业学位招生目录 学科专业名称及代码、
研究方向
招生
人数
考试科目
备注
100机械科学与工程学院
085272先进制造
①2309 专业基础课
②1107 外语实际应用能力
③3546 专业素质和专业能力
关键词:火焰模拟;粒子系统
中图分类号:TP391文献标识码:A文章编号: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
对于山、水、云、火焰等自然界中丰富多彩的景物来说,其具有实时的多边性和无规则性。它们的外观形状极不规则、没有光滑的表明,这使得经典的欧几里得几何学对其描述就显得无能为力。
火焰、云、水等流体状态的模拟是计算机图形图像的一个重要问题,以更少的运算和内存空间,更加逼真的模拟它们的状态,一直是人们努力的目标。本文中,我们将对火焰的模拟做简单的介绍,从不同的角度比较现今常用的火焰模拟方法。
1 火焰模拟方法的分类
随着计算机图形学技术的发展,火焰燃烧在计算机动画、影视制作和媒体广告等场景中得到广泛应用。人们很早就开始了计算机火焰燃烧的模拟。
总体来说,计算机火焰模拟的方法大体分为3种类型:基于粒子系统的火焰模拟、基于数学物理模型的火焰模拟和基于纹理的火焰模拟。
1.1 基于数学物理模型的火焰模拟方法
基于数学物理模型的火焰模拟方法起源较早。其传统的思想是把火焰看成一种特殊的流体或特殊的物理过程,通过求解Navier-Stokes方程实现对火焰发展变化的控制。该方法中一个基本核心是流体动力学方程,然而其连续性求解对于计算机动画来说难以承受。因此采用离散的方法来求解复杂的NS微分方程。其中比较具有代表性的方法就是Lattice-Boltzmann方法。
和其他方法相比较,基于数学物理模型的火焰模拟方法计算的依据比较科学合理;火焰运动变化的控制理论比较完备,计算结果基本符合真实燃烧的物理本性和其运动变化的特征。
1.2 基于纹理的火焰模拟方法
基于纹理技术的火焰模拟是人们从视觉角度出发所采用的简化快速算法,是在整体和局部伤采用纹理贴图的方法进行火焰的模拟。该方法可节省大量的计算机资源,加快了计算机模拟的速度。
纹理技术模拟的核心是如何合成构建该方法应用的场合与方式、如何挑选具有代表性的纹理图片、以及如何管理和调配众多纹理图片的模拟属性。
1.3 基于粒子系统的火焰模拟方法
基于粒子系统的火焰模拟方法几乎已经成为最为成熟、最能经得起时间考验的重要模拟思想之一。主要思想是:把火焰等不规则外形的物体看作是由无数的微小颗粒所组成的。每一个粒子都有其固有的属性。随着模拟的进行,其属性值不断发生变化,粒子经历从产生、发展变化到消亡的全过程。
除了上面描述的模拟方法,还有一些火焰模拟的模型是几种方法相互配合的共同结果。下面将介绍基于粒子系统和基于纹理技术结合的火焰模拟方法。
2 基于粒子系统和纹理的模拟
基于粒子系统的火焰模拟方法思想比较简单,而且能表现一定的燃烧场景和燃烧细节,特别是火焰的随机变化表现比较容易。但随着场景中粒子数量的增加,粒子的控制和处理就会变得比较繁琐,系统开销急剧增加。一个简单的纹理图片能够取代众多的模拟粒子,因而可以节省大量的计算资源,加快计算机模拟的速度。
林等[1]是通过用少量的粒子建立火焰的轮廓线,然后在轮廓线内填充真实火焰连续纹理的方法实现火焰的动态模拟。其中,用少量的点勾勒中心骨架,通过B样条函数对其插值得到一条连续曲线,根据中心骨架点生成两侧轮廓线。然后把轮廓线分割成网状,相应地将火焰也进行分割,进行相应格子的纹理拷贝。
尹等[4]从仿真系统的要求(仿真系统要求系统具有相当高的逼真度和较高的画面更新速率)为出发点,用粒子系统对自然现象进行模拟的。每个粒子表示多个雪花,用一个四边形表示,将雪花图像作为纹理贴到四边形上,通过图像合成,生成逼真的雪景。
张等[2]提出了一种新的基于粒子系统的火焰模型,研究了模型参数变化对显示效果的影响,该模型引入了结构化粒子及表现风力的随机过程。
3 相关理论技术
3.1 粒子系统
Reeves于1983年提出的一种很有影响的模拟不规则物体的方法。它是一个随机模型,用大量的粒子图元来描述景物,粒子会随时间推移发生位置和形态变化。每个粒子的位置、取向及动力学性质都是由一组预先定义的随机过程来说明的。
粒子系统的基本思想:采用许多形状简单的微小粒子作为基本元素来表示不规则模糊物体。
通常粒子系统在三维空间中的位置与运动是由发射器控制的。发射器主要由一组粒子行为参数以及在三维空间中的位置所表示。粒子行为参数可以包括粒子生成速度、粒子初始速度向量、粒子寿命、粒子颜色、在粒子生命中的变化以及其它参数等等。
3.2 N-S方程
N-S方程是一组描述像液体和空气这样的流体物质的方程式。这些方程式建立了流体的粒子动量的改变率和作用在液体内部的压力的变化和耗散粘滞力以及重力之间的关系。它描述作用于液体任意给定区域的力的动态
3.3 噪声函数
自然界中很多事物都是分形的。它们有很多层次细节,表现出同一种的大小的变化形式。柏林噪声函数通过直接累加一定范围内、不同比例的噪声函数来重现这种现象。使用很多平滑函数,分别拥有各种各样的频率和振幅,可以把它们叠加在一起来创建一个漂亮的噪声函数,这个就是柏林噪声函数。
4 总结
在学习传统粒子系统的基础上,参阅了一定数量的关于火焰模拟的论文,对基于粒子系统和纹理技术的火焰模拟有了一定的了解。希望在熟悉了OpenGL的基础上,利用粒子系统和纹理技术实现并改进火焰的模拟,以应用到虚拟实验中。
参考文献:
[1] 林夕伟,于金辉.基于粒子和纹理绘制的火焰合成[J].计算机应用,2004,24(4).
[2] 张芹,吴慧中,谢隽毅,等.基于粒子系统的火焰模型及其生成方法研究[J].计算机辅助设计与图形学学报,2001,13(1).
[关键词] 布料 仿真 碰撞检测
当前，基于计算机二维图形学技术的CAD系统研发已经基本成熟，在行业内已经被广泛采用。但这种平面式的设计系统，已经逐渐显现出交互性差、可视性差的诸多问题。一种既能满足大规模工业化生产且又能满足个性需求、真实表达人们对空间思维的回归、展示出服装与人体相互依存关系的技术，越来越受到关注。服装行业要求一种更便捷、灵活、直观的设计工具，能够帮助设计师在电脑上实现设计创意，实时交互式的设计系统。这个系统应该能够使设计师在设计初始就可以见到虚拟布料的真实效果，逼真模拟出有质感，花色与动态效果。因此，如何利用计算机图形学，计算几何以及计算机动画等领域最新的科研成果，建立基于布料的3D模型和碰撞检测与响应方法是当前的研究热点。建立基于布料的3D模型研究已经是比较成熟的领域，本文主要对布料碰撞检测与响应方法进行研究概述。
一、布料碰撞检测研究现状分析
在布料的动态仿真过程中，碰撞问题是一个不容回避的问题，如果不能及时地进行碰撞检测，就会出现物体之间相互穿透和彼此重叠等不真实的现象。碰撞检测是影响柔性布料仿真速度的重要因素,它所占用的时间通常会占到总时间的40%左右。由此可见，碰撞问题解决的优劣直接关系到柔性布料仿真的实时性和精确性。
2001年8月魏迎梅等人中给出了一种基于固定方向凸包包围盒树的碰撞检测方法, 并着重论述了利用线性规划的思想以解决刚体自由运动后包围盒树的更新以及通过一种自底向上的方法解决软体对象变形后包围盒树的更新。实验表明, 该方法不仅能较好地解决刚体间的碰撞检测, 而且能有效地解决刚体与软体间的碰撞检测。
2002年8月，为了加速检测过程， Robert Bridson等人采用轴向层次包围盒技术;Choi等人的算法则采用基于体素的算法来加速碰撞检测。
2002年11月顾尔丹等人提出了一种面-面碰撞检测算法的服装动态模拟方法。其中考虑了布料的非理想弹性属性和变化的空气流作用力, 并针对系统实现的瓶颈――服装和人体的碰撞问题, 提出一种碰撞检测算法。
2004年8月，Pascal Volino等人使用多边形网格层次的方法对包括布料的柔性物体进行了高效检测。
2006年2月张明等人提出一种粒子系统,能在任何需要正确模拟碰撞的地方自适应的生成新粒子。当粗糙网格与物体发生碰撞时使网格自动细化。因此这种模型与一般的粒子系统相比,只需要少量的粒子就能获得精确的物理仿真效果。同时,使用粗糙网格进行快速仿真成为可能。
2006年8月，李文辉等提出了一种面向可变形物体快速的碰撞检测方法。此方法将粒子群优化算法和随机碰撞检测相结合，通过在物体特征域内采样把三维物体空间内碰撞检测问题转换到二维离散搜索空间中解决。这不但可以控制算法的运行速度和检测质量，更重要的是增加了算法适应性:输入的可以是不具有拓扑信息的任意物体模型。同年，周云波等人的文章讲述了碰撞检测的基本算法和碰撞检测领域中经常用到的几大类碰撞检测算法：包围盒层次法、距离跟踪法和空间剖分法，对包围盒层次法中的AABB、包围球、OBB、k-dop算法，距离跟踪法中的Lin-Canny 算法、Enhanced GJK算法进行了分析。
2006年12月马登武等人首先对常用检测算法的检测效率进行了分析和比较。然后重点针对复杂虚拟场景中含有大量物体的特点,提出了混合包围盒碰撞检测算法。该算法利用帧与帧之间的时间和几何相关性,把对(c2n+m)个对象的动态跟踪转化为它们在三个坐标轴上的投影的排序问题,把时间复杂度由O(n2)降低为O(n)。理论分析和仿真计算都表明,该算法能够满足多达几百个运动物体的实时交互碰撞检测。
2007年1月王季等人结合层次包围盒和基于图形硬件的方法,以带深度纹理的包围盒替代物体的几何模型,利用图形硬件在纹理映射时进行深度比较,以实现碰撞检测实验结果表明,与CULL IDE 算法相比,文中算法执行效率更高且执行时间固定,具有较高的实时性。
二、总结
经过研究发现，国内外目前急需一种易实现的碰撞检测综合方法，这也是我们今后很长一段时间的研究重点。
关键词：机械CAD优越性；发展历程；发展趋势
中图分类号：TP391 文献标识码：A
计算机辅助设计（Ccomputer Aided Design）的英文缩写为CAD，是指在实践生产设计过程中，借助计算机的系统功能，帮助设计人员进行设计方面相关活动的总称。其涵盖的内容非常广泛，例如我们在设计过程中经常涉及到的有限元分析、计算机模拟仿真、计算机二维和三维绘图等。随着科技的进步与发展，CAD技术已经渗透到我们的邮电与电子、航空与航天、机械与纺织、建筑与船舶等领域，机械CAD 即在机械设计过程中，2将CAD技术具体运用到产物的一项综合高新技术。
1 CAD的优越性
（1）CAD技术可以提高工作效率，缩短设计周期，与传统的设计方法相比，其设计效率可提高3-5倍以上。随着交互式图形技术，特别是可视化技术的提高，其效率会有更明显的增长。
（2）CAD技术可以降低成本，与传统的设计方法相比，它可以大幅度节省劳动力，并且优化设计可以节省原材料，其经济效益是很可观的。
（3）CAD技术可以改进设计方法，提高设计质量。CAD的优化设计方法有助于改进工艺参数和产品结构，另外数据库中的信息、技术知识可以实现共享，为产品设计提供专业的科学的理论基础。
2 CAD的发展历程
截止到目前，CAD技术已经经过了50多年的历程，纵观CAD的整个发展历程，可以分为这样五个阶段：
（1）初始准备阶段，1959年12月在MIT召开的一次计划会议上，明确提出了CAD的概念。
（2）研制试验阶段，1962年，美国MIT林肯实验室的博士研究生I.E.Sutherland发表了“Sketchpad人机交互图形系统”的论文，首次提出计算机图形学，交互技术，分层存储的数据结构新思想，实现了人机结合的设计方法。1964年美国通用汽车公司和IBM公司成功研制了将CAD技术应用于汽车前玻璃线性设计的DAC-I系统。这是CAD第一次用于具体对象上的系统，在那之后CAD的发展速度得到了迅猛的发展。
（3）技术商品化阶段，20世纪70年代， CAD技术开始步入实用化，从二维技术发展到三维技术，开发CAD技术的软件公司开始层出不穷。
（4）高速发展阶段，20世纪80年代开始，CAD技术进入了高速发展阶段。随着科学技术的迅速发展，计算机的成本大幅度下降，计算机硬件和软件的功能提高的同时价格不升反降，使CAD的硬件配置和软件开发能够满足中、小型企业的承受能力，从此CAD 技术不在被大企业垄断。Autodesk公司1982年推出微机辅助设计与绘图软件系统AutoCAD，随后多次更新版本，完善系统功能，在CAD发展的历程中产生了巨大的影响。
（5）全面普及阶段，20世纪90年代开始，CAD技术在设计领域得到了广泛应用，成为工程界一种重要的设计手段。
3 机械CAD在我国的应用现状
我国在CAD技术上的研究较国外要晚一些，20世纪70年代，开始有为数不多的企业和高校研究计算几何的数学理论、工程制图的方法和布局、布线的计算方法。80年代初开始引进了CAD成套系统，80年代中后期，CAD技术有了较大发展，人们逐渐意识到了这一技术的优势。90年代初诞生了具有独立版权的CAD系统，90年代中后期开发了应用于档案管理及绘图、分析计算的机械CAD软件。随着工业发展对科技的要求更高，国内对于CAD技术的开发、研究和应用取得了较大的进展。但是与世界先进国家进行比较，在技术研发的各方面及其应用领域上还存在着一定的不足。国内的CAD软件多功能性比较差，集成化程度不高、稳定性能差，没有足够的市场竞争优势，CAD设计技术在制造业领域的应用比例不高。基于以上等个因素，使得CAD技术不能够在我国机械制造业中发挥其巨大的作用。
4 机械CAD的发展趋势
随着CAD技术应用领域的不断普及，CAD技术正向着集成化、智能化、标准化和开放性的方向发展。
开放性主要体现在进户端、系统的工作平台、应用开发环境及与其他系统进行的信息交换等方面。对一个系统是否实用且能否转化为现实生产力的基础起到决定性作用。
集成化包括三个方面含义，一是CAD功能将多种集成形式汇集成一体，成为各应用领域一体化的解决方法，推动各领域信息化进程，进而使得其生产效率得以提高。二是CAD利用网络计算的环境功能实现各地区、各领域之间的集成。三是将CAD技术中的算法、功能模块及系统汇集在一起，并做成芯片来提高CAD整体系统的运行效率。
为满足各领域对CAD应用的实践要求， CAD必然朝着智能化方向发展。智能CAD是在深入研究人类设计的思维模型的同时，将现有的CAD技术、智能技术很好的相结合应用到其中，并利用信息技术实现表达。这样的CAD系统既高效，又给智能领域带来新的技术手段。智能CAD的发展将深刻的影响着信息科学的发展。
现如今，支撑CAD的软件正进入ISO标准和工业标准，零标准化方法和标准化部件库也已成为CAD系统中必要的组成部分。我国应采取主动贯彻ISO10303《产品数据表达与交换标准》中所提倡的方针，针对国内现实的生产实际需求和发展前景，尽快实现统一协调自主开发软件的数据模型。完善的标准化体系则是我国CAD软件开发及技术应用实现与世界接轨所必须完成的一项任务。
今后CAD技术将会朝着集成化、网络化、智能化更深层次的方向发展。在计算机图形和几何造型技术上由二维向三维发展，与图形学发展相关的硬件也将成为人们研究、开发的一个重点。
结语
CAD技术的发展对科技进步、工业技术改革有着深远的影响。面对更加激烈的市场竞争，国内各领域应将提高产品质量放到第一位，将研发周期缩短，提高市场竞争力，实现效益的最大化。因而研发出代表世界先进水平的机械CAD软件，才能逐步缩短与国外的差距，同时CAD技术的快速发展也是实现这一目标的有力武器。
参考文献
摘要：在研究生的计算机仿真技术课程教学中，针对机械工程类研究生的专业方向、课程体系的设置以及工科研究生自身特点，为培养研究生的自主学习能力、创新能力以及增强其工程应用意识，通过在计算机仿真技术课程教学的经验积累，逐步探索出以项目驱动为主要教学方法，通过实践应用，取得良好的教学效果。
关键词：项目教学法；计算机仿真；创新；实践
中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）24-0144-02
一、前言
研究生教学有其突出的特点，他们中多数人理论基础扎实，获取书本知识能力强。但同时也存在创新意识和创新能力不足、工程应用背景不够的缺点。本人通过十多年研究生教学的实践，结合本学院研究生专业方向、课程内容针对性强等特点，对如何在研究生教学改革中突出培养学生的自学能力、创新能力，增强学生的创新意识与工程应用能力等问题进行了一些改革创新。
二、课程定位及课程特点
随着现代工业的发展，科学研究的深入与计算机软、硬件的发展，计算机仿真技术已成为分析、综合各类系统，特别是大系统的一种有效研究方法和有力的研究工具，计算机仿真技术已经广泛应用在各技术领域、各学科内容和各工程部门。仿真技术已经在国防军事、国民经济、社会生活的众多领域发挥了重要的作用，国内外众多学者认为，仿真技术“正在成为与理论、实验并列的第三种认识和改造客观世界以及科学研究的手段”，因此仿真技术
被认为是“使能”技术。计算机仿真技术是仿真科学与技术涉及到的有关具体仿真技术中最为基础的部分，具有综合性、多学科交叉等特点。
为了拓宽机械工程专业基础，提高培养对象的整体素质，更好地适应社会对机械工程专业人才的需求，高校工科专业的研究生应掌握一定的计算机仿真知识与技能。计算机仿真技术课程是我校机械工程学院面向所有研究生各专业方向的研究生开设的一门专业基础课程，考虑专业应用需求并结合教学实践情况，课程目的是通过本课程的学习，要求学生掌握计算机仿真技术方面的基本理论，基本知识和基本技能，培养学生分析问题和解决问题的能力，为今后分析、综合各类工程系统或非工程系统提供一种有力的工具，以便能灵活应用所学的计算机仿真技术为本专业工作服务。
一方面，基于仿真技术课程的内容方法较多，实践性强的特点；另一方面，授课对象专业方向较多、授课学时有限等特点，如何解决在有限的教学课时内讲授内容繁多的仿真内容、对计算机仿真技术课程进行教学方法和手段的改革探索和实践，以达到计算机仿真技术教学目标。
三、教学内容的设置和教学方法的选择
课程开设初期，由于只是机械电子工程专业方向的同学选修，所以所讲内容基本针对该专业方向进行设置。随着选修人数的不断增加，以及选修学生所属专业方向的扩大，专业方向包括：机械制造及其自动化、机械电子工程、机械设计及理论、车辆工程、机械工程（专业学位）等，基本涵盖了机械工程学院的所有专业方向。
计算机仿真技术课程涉及多个交叉学科，紧密相关的课程包括数值计算方法、计算机编程、计算机图形学、高等数学、自动控制原理、现代控制理论、优化设计等课程。如何讲出本课程的特点，并充分结合相关课程内容，必须在教学内容的选排上下功夫。
项目教学法是一种以任务驱动、以项目为基本教学单元，将理论教学和实践教学有机融合在一起，强调综合能力的培养在研究生教育中的重要性，突出学生在整个教学过程中的主体地位。因此，为了满足各个专业方向学生的要求，使他们能够掌握一门工程分析技术，为后续的学术论文和硕士学位论文的撰写提供计算、分析和仿真手段，本人在讲授该门课程的过程中，逐年对教学内容、教学手段和教学考核方法等不断进行调整和完善。
1.采取项目专题方式进行教学内容的讲授，调整授课内容，采用专题教学方法使课程主题内容分明，有利于将仿真方法讲深、讲透。
2.扩展所授课程内容涵盖的范围，包括数值计算、优化设计、图形可视化、控制系统特性仿真、控制系统设计以及与外部软件的接口等内容，以满足各专业方向学生的需求。
3.增加与课程相结合的实验教学内容。计算机仿真技术本来是实践性很强的综合性技术，仿真技术本身是在对控制系统分析的过程中不断完善和发展起来的。因此并结合各个专业研究生的不同研究方向，灵活设计若干个专题实验，使学生学以致用，培养学生将该门课程应用于实际工程的能力。
4.采用多个工程应用实例进行教学，从系统应用、数学建模、仿真建模、模型求解以及特性分析等，使学生从生产实际认知的研究对象，提升到理论高度的学习，应用所学的各科理论知识和技术手段，进行数学建模、仿真建模的建立，并对模型求解以及特性进行分析，获得直观结果，提高学生学习兴趣，最终解决实际工程问题，培养学生解决工程实例问题的能力。
5.结合学科前沿，进行课堂讨论。研究生在初步掌握了对系统的模型、仿真算法设计、仿真及结果分析这一流程后，为强化计算机仿真在实际工程的应用概念，在此基础上，以项目形式，开展课程学科前沿以及⒏妹趴纬逃胂执技术融合等专题讨论。
6.增加实验环节，培养研究生工程实际应用能力。利用各种平台，扩充计算机仿真技术资料，提供最新的仿真案例，结合教学团队的科研课题，设计实验项目，培养研究生工程实际应用能力。
四、项目教学法的教学效果
基于项目教学法计算机仿真技术课程的教学方法改革与实践，满足机械工程学院各个专业方向研究生的需求，教学方法和手段的完善，使研究生自主学习能力、创新能力和工程应用能力等得到了进一步的提高。
计算机仿真技术作为工科研究生的必备研究手段和技术，使学生掌握一门工程分析技术，为后续的课题研究、学术论文和学位论文的撰写提供计算、分析和仿真手段。
近五年的每年30―40人研究生选课，工程硕士每年20人左右选课，课程得到了各专业方向研究生的普遍认同。本人指导的研究生，发表与该课程相关的学术论文近20篇，撰写的硕士论文均用到计算机仿真技术。
论文摘要：鉴于CAD/CAPP/CAM技术日益重要，文章研究CAD/CAPP/CAM课程的教学过程，根据该课程教学现状，对课程教学中存在的问题进行了研究与分析，并提出了多项有利于解决问题的方法，对充分实现该课程教学目的、培养适应社会需要的人才具有重要意义。
CAD/CAPP/CAM技术是随着信息技术的发展而形成的一门新技术，它被广泛地应用于机械、电子、航空、航天、汽车和纺织机建筑等领域，已成为衡量制造业现代化水平的一个重要标志。CAD/CAPP/CAM技术涉及计算机图形学、数控技术、有限单元分析法、计算机仿真、最优化设计和计算机信息集成技术等多门学科，从而在统一的计算机平台上进行产品的设计、分析计算和数控编程等工作，能够大大提高产品开发效率，降低生产成本，目前已成为现代企业进行产品研发的主要方法和手段。中国已成为制造业大国，CAD/CAPP/CAM技术在各行业的应用日益广泛，应用水平也在不断提高，同时对应用人才的需求也不断增加。因此，各大院校都相继开设了“CAD/CAPP/CAM基础”这门课程，培养学生掌握产品现代设计和制造的方法和手段、提高学生创新能力，希望课程的设置使学生能掌握这门新兴技术，培养适应现代工程领域需求的人才。因此，对课程教学的研究具有重要意义。
本文针对“CAD/CAPP/CAM基础”课程的教学现状，分析了该课程的特点及其存在的问题，并进行了相应的探讨，提出了解决问题的方法，从而使学生在有限的时间内更加有效地掌握该课程的内容和基本技能，更好地实现课程的培养目标。
一、课程现状
CAD/CAPP/CAM技术涉及的内容十分广泛，包括信息技术应用基础、计算机图形学基础、计算机辅助设计技术基础、计算机辅助工程分析技术基础、计算机辅助工艺设计技术基础、计算机辅助制造技术基础及其相关的专业技术基础知识等。但同时，CAD/CAPP/CAM技术涉及的知识点又比较分散。目前，有关计算机辅助设计与制造技术的教材较多，课程知识体系基本相同，知识点较全面，课程内容也比较前沿，涵盖了很多先进制造技术。
在高等教育中，课堂教学至关重要。由于高校教师大多采用传统的方式讲授“CAD/CAPP/CAM基础”课程，学生学习该课程的积极性不高，学习效率较低，学习效果较差。教授该门课程的老师必须具有相关学科的知识，而且很多知识都涉及当前的新知识，或者较新的软件，这就要求教师要不断学习，拓宽知识面，这是对教师的能力提出了一定的要求。此外，学生的能力也有较大差别，部分学生对相关理论知识的理解不够深入，遇到问题不能及时勇敢面对，造成问题积压，缺乏学习主动性。这些问题不同程度上影响了教学目标的实现。
二、课程特点与教学中存在的问题
1.课程特点
（1）课程的应用性较强。应用CAD/CAPP/CAM技术主要是为了改善产品设计质量、降低生产成本、提高生产效率，从而能够最大限度地应用计算机辅助功能为生产提供便利。因此，除了掌握专业基础知识以外，CAD/CAPP/CAM技术的实际应用十分重要。
（2）课程的系统性较强。“CAD/CAPP/CAM基础”是一门系统性较强的课程。其中，计算机技术是基础，无论是CAD、CAPP还是CAM，都是利用计算机来实现辅助技术应用的。要实现这些辅助功能，就必须具备计算机的基本知识、计算机编程语言和计算机辅助绘图及工艺基本知识。随着计算机智能化水平的提高，CAD/CAPP/CAM也逐渐由“辅助”变成了“智能化”、“自动化”。此外，设计的客体是产品，它是计算机辅助技术应用的核心，从最初论证到设计完成再到加工与制造，其过程具有极强的系统性。
（3）各学科特色比较鲜明。如CAD主要用于产品的几何造型设计和论证，CAPP主要用于加工方法的选择和工艺路线的制定，CAM主要用于数控编程和数控加工。此外，还涉及CAE，其主要用于模拟仿真、分析产品工艺性能及优化设计。各学科之间不仅具有较强的系统性，还具有其自身的特点。
2.教学中存在的问题
（1）重视程度不够。“CAD/CAPP/CAM基础”这门课程涉及内容比较广泛，基本上涵盖了计算机技术、机械设计与制造、图形处理技术、工程分析技术、数据库和优化设计等多学科的内容，是一门具有综合性、系统性的交叉学科应用课程。目前，在普通高校的专业设计教育中，该门课程大多处于选修课的地位，专业课学时较短，在规定的时间安排中，很难将课程内容全面而详细地讲授给学生。同时，由于时间所限，学生的实践课时得不到保证，从而削弱了该课程的应用性目的。
（2）硬件设施缺乏。目前，除了某些重点院校，一般普通高校的学生人数和学校的教学条件存在明显的矛盾，学校为此也在努力改善各方面的教学条件，但硬件设施的改善很难跟上软件的发展速度，导致学生在学习了理论知识以后，便不再想其他，以至于影响了学生应用能力的提高。
（3）教学内容与手段相对简化。目前，多数高校机械专业的老师对CAD/CAPP/CAM软件的讲解，基本上以CAD模型设计，特别是以单一的零件设计为主，至于CAE、CAPP、CAM等部分理论讲解较多，实践相对较少。因此，学生就业以后，除了简单使用软件以外，几乎很难实现应用，学习该课程的价值也无法得到体现。同时，由于本学科内容较宽泛，大多数学生对本课程缺乏兴趣，使得学生的专业技能和创新能力得不到有效地提高。此外，由于受各种条件的约束，大多数高校教学方式单一乏味，教学围绕教材转，使得学生缺乏应用能力。不过，确有部分高校采取多种手段进行CAD/CAPP/CAM的实践教学，通过平时上机练习、课程设计和毕业设计等手段在培养和提高学生的实践能力上起到了一定的作用，这是非常好的现象。
因此，在高校教学中，既要更新CAD/CAPP/CAM课程的教学理念，又要强调培养CAD/CAPP/CAM软件的应用性，这样才能切实提高学生的理论与实践应用能力。
三、解决问题途径的初步探索
1.思想充分重视
高校要从教学理念的高度来重视CAD/CAPP/CAM课程，应该将该课程设置为必修课，使教师与学生都能够充分重视该课程。否则，学生不仅对理论知识囫囵吞枣，实际应用能力更无从谈起。有了思想上的高度重视，才能激发学生学习的兴趣，也才能提高教师不断寻找和提升教学方法的动力，最终实现该课程的教学目的。
2.不断完善教学设备
应该不断完善教学设备，适时增加相关硬件与软件配置，及时进行软件更新，对计算机、投影仪等设备进行定期检修与维护，确保教学正常进行，同时建议有条件时开放CAD机房，使学生课外也能够对所学知识及时巩固、锻炼应用。
3.不断更新教学内容与方法
教学内容应该与时俱进，教师应该不囿于现有教材，而不断尝试对教材进行更新，充分发挥自己的创新能力，结合本课程实际进行教学活动。如选择一些相对较新的软件来教学生，这样学生能够在学习的过程中做到有的放矢。如果还是围绕教材转，则不仅提不起学生的学习兴趣，更难以达到课程的教学目的。同时，应注意课程的关联性与针对性。由于该课程是多学科交叉的课程，其特点决定了教师在讲课时必须以某一软件作为主讲，同时联系其他软件进行讲解，做到重点突出，并且针对学生的薄弱环节进行有针对性的讲解，以提高讲课效率。
4.努力培养学生的实践应用能力
（1）教师应该简要讲解“CAD/CAPP/CAM基础”相关软件基本操作的方法和技巧；同时，应该尽量让学生构思出某个产品，鼓励学生多动手进行产品的造型、模拟仿真与分析。通过“CAD/CAPP/CAM课程”教学过程激励学生，培养学生自主学习的能力。
（2）充分利用现有的软硬件资源为学生提供一个能充分发挥其主观能动性和创造力的环境，这不仅可以有效利用学校资源，还可以激发学生的学习兴趣、增强动手能力、培养创新意识。建立开放性的“CAD/CAPP/CAM教学与实验”平台，积极开设“CAD/CAPP/CAM综合训练”课程，将零件设计和数控加工等环节联系在一起，使学生彻底了解机械产品的开发流程，切实提高实际应用能力。
四、总结
“CAD/CAPP/CAM基础”课程的教学现状与教学目的之间存在着一定的差距，高校应该从思想上高度重视，通过多种途径改善和提高该课程的教学能力，培养适应社会需要的既具有理论知识，又具有实际应用与创新能力的学生。
参考文献：
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[2]金宁，焦丽，刘雨搏.CAD/CAM 技术课程教学的现状与改革[J].2010，
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