計算機繪圖

50年代初，人們根據數控床的原理，用繪圖筆代替刀具而發明了第一台平板式數控圖機，隨後又發明了滾筒式數控繪圖機。同期國際上發明了陰極射線管，從而使數據可以以圖形的方式顯示在熒光屏上。以後，由於計算機、圖形顯示器、光筆、圖數據轉換器等設備的生產和發展，和人們對圖學的理論探討及應用研究，逐漸形成了一門新興的學科棗計算機圖學。

計算機繪圖是計算機圖學的一個分支，它的主要特點是給計算機輸入非圖形信息，經過計算機的處理，生成圖形信息輸出。一個計算機繪圖系統可以有不同的組合方式，最簡單的是由一台微型計算機加一台繪圖機組成。除硬體外，還必須配有各種軟體，如操作系統、語言系統、編輯系統、繪圖軟體和顯示軟體等等。

當操作者通過鍵盤或圖形輸入板輸入原始數據后，系統便可自動進行繪製和顯示工作，一個複雜的零件圖或裝配圖，往往可以在幾分鐘甚至幾秒鐘之內完成。這種繪圖方式稱自動繪圖。它的優點是快捷而省事，缺點是觀察者不能對繪製和顯示過程進行干預，只能在過程結束后才能得知輸出結果的正誤。這種繪圖和顯示又叫被動的（或靜態的）計算機繪圖。

有許多繪圖工作，尤其地設計階段，不可避免地要進行反覆試畫和推敲，而產品的不斷更新也要求對已定型圖紙進行必要的修改。為此在圖形的繪製和顯示過程中，需要有觀察者的參與，要求系統具有人機對話的交互功能。這樣的系統稱為動態的計算機繪圖。在動態繪圖中，觀察者根據需要可以控制和干預正在顯示的圖形，直接在熒光屏上對圖形進行修改和增補。該系統目前所使用的人機交互工具有光筆、滑鼠器、圖形輸入板或數字化儀，以及操縱桿、軌跡球等。

計算機繪圖所研究的內容，主要有圖形變換的矩陣方法，立體圖形的繪製和消穩技術，圖形資料庫，樣條曲線和自由曲面，幾何造型，動畫技術，以及上述內容的程序設計。

其中，圖形變換的基本原理是用矩陣描述一個圖形，用變換矩陣表示平移、旋轉、縮小和放大等功能，而通過這兩種矩陣的運算，即可改變圖形的位置、方向或大小。消隱指的是自動消除立體圖中被前面遮擋的不可見線條，從而顯示清晰圖形的技術。由於複雜的實際曲線很難用單數學曲線表示，所以藉助工程圖中用樣條或曲線板描畫曲線的原理，用多條首尾銜接的數學曲線來近似替代實際的曲線，這些分段曲線稱為樣條曲線。它們既可以用數學公式描述，又便於設計人員控制和修改，同時還要求銜接光滑。幾何造型的主要工作，先是用定義語言描述一個形體的形狀，再由專門的程序轉換成形體的幾何表達式和拓撲表達式，最後經過形體的拼合運算，構造出新形體。三維幾何實體造型和特徵技術是實現集成CAD/CAM的關鍵技術之一。