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| 編輯推薦： |
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本书是MATLAB、CAD、CATIA 三者融合的首本教材和参考书，是作者根据自己多年科研和教学经验编著而成的，深入浅出，实例经典且具有代表性。本书在MATLAB中文论坛设有专门的交流版块，详见前言。
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| 內容簡介： |
本书基于MATLAB编程训练,对CAD建模的基本理论进行介绍,同时结合CATIA
软件操作介绍其在工程中的应用。第1章,介绍CAD建模技术的发展历史;第2章,讲述工件的三维几何模型在计算机内存储的基本方式,包括基本原理、数据结构和典型存储方式STL网格;第3~8章,讲述自由曲线曲面造型的相关理论和算法,并在每个算法后都给出了MATLAB程序;第9~11章,介绍特征建模、参数化建模的基本概念和CATIA软件的相关功能;附录,介绍MATLAB编程的入门知识。
本书既可以作为机械工程类专业本科高年级CAD课程的教材,也可以作为CAD、CAGD和计算机图形学领域学习者和研究者的参考书。
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| 關於作者： |
刘浩，副教授。主要从事数字化设计制造，逆向工程，CADCAM，计算机视觉，图形图像处理等方面的研究与开发工作。主持完成了江苏省实验室开放课题1项、学校创新基金课题1项。目前主持国家自然基金1项，作为项目主要研究人员参与学校理工融合重点课题1项。作为主要完成人参与完成国家自然基金、国家重点科技攻关专题、江苏省科技攻关项目等多项。获得国家航空协会科技进步三等奖1项（排名第4），在国内外重要核心刊物上发表研究论文10余篇，申请软件著作权1项。
刘胜兰，副教授。在南航从事数字化设计制造，数字化检测，逆向工程，CADCAM，计算机视觉，图形图像处理等方面的研究与开发工作。主持完成了航空基金1项、国家自然基金1项、回国人员留学基金1项，作为主要完成人参与完成国家自然基金、国家重点科技攻关专题、国防预研项目、江苏省科技攻关项目等多项。先后获得国防科技进步二等奖3项（排名第3、第5和第6）、江苏省科学技术进步奖三等奖1项（排名第5），在国内外重要核心刊物上发表研究论文30余篇，申请发明专利4项，软件著作权2项。
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| 目錄：
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第1章
绪 论
1.1 CAD技术的内涵
1.2 CAD技术的产生和发展
1.2.1 CAD技术的诞生
1.2.2 制造工业对复杂曲线曲面造型技术的需求
1.2.3 曲线曲面造型方法的探索
1.2.4 三维形体表示方法的发展
1.2.5 参数化建模和特征建模
1.3 CAD技术在我国的应用和发展
1.4 CAD的相关技术
1.5 数字化设计制造软件之间的数据交换
1.6 本书的内容及特点
思考与练习
第2章
几何模型的计算机表示
2.1 三维形体的计算机表示
2.1.1 线框模型
2.1.2 表面模型
2.1.3 实体模型
2.1.4 半边数据结构
2.2 STL网格
2.2.1 STL网格数据的基本格式
2.2.2 STL网格数据的MATLAB程序读取和显示
思考与练习
第3章
自由曲线曲面造型的数学基础
3.1 参数方程和矢量
3.2 曲线曲面的MATLAB绘制
3.2.1 曲线的绘制原理和方法
3.2.2 曲线的参数方程与曲线绘制
3.2.3 曲面的MATLAB绘制
3.3 矢函数的导数及其应用
3.4 曲线的自然参数方程和曲率
3.5 曲线活动标架
3.6 参数曲线段拼接的连续阶
3.7 曲面上的曲线
3.8 曲面上的几何量
3.9 曲面的法线方程和切平面方程
3.10 曲面的曲率
3.10.1 曲面曲率的描述
3.10.2 高斯曲率和平均曲率的实例
3.11 高斯曲率和平均曲率的计算
3.11.1 曲面的第一基本形式
3.11.2 曲面的第二基本公式
3.11.3 法曲率的极值
思考与练习
第4章 Ferguson曲线和参数三次样条曲线
4.1 参数样条曲线的应用和起源
4.2 预备知识：多项式与向量空间
4.3 参数三次曲线段
4.3.1 曲线段表达式的推导
4.3.2 绘制Ferguson曲线段的MATLAB代码
4.4 参数三次曲线段的拼接
4.5 Ferguson曲线的程序实现
4.6 参数三次样条曲线
4.6.1 任意区间的参数三次样条曲线段
4.6.2 切矢量的计算
4.7 大挠度问题
4.8 MATLAB中的插值三次样条函数
思考与练习
第5章 Bzier 曲线
5.1 Bzier 曲线的产生和应用
5.2 预备知识：凸包与二项式定理
5.3 Bzier 曲线的定义
5.4 Bzier 曲线的MATLAB绘制
5.5 Bzier 曲线的性质
5.6 Bzier 曲线的递推算法
5.7 Bzier 曲线递推算法的程序实现
5.8 Bzier 曲线的分割
5.9 Bzier曲线的拼接
思考与练习
第6章 B样条曲线
6.1 均匀三次B样条曲线
6.1.1 均匀三次B样条曲线段
6.1.2 均匀三次B样条曲线段的拼合
6.1.3 均匀三次B样条曲线的程序实现
6.1.4 控制顶点与造型效果
6.1.5 均匀三次B样条曲线插值
6.2 均匀二次B样条曲线
6.3 B样条基函数
6.3.1 B样条基函数的卷积定义
6.3.2 B样条基函数的递推定义
6.3.3 非均匀 B样条基函数
6.3.4 非均匀 B样条基函数的MATLAB程序
6.4 非均匀B样条曲线
6.4.1 非均匀B样条曲线的定义
6.4.2 节点矢量的确定
6.4.3 非均匀B样条曲线的特例
6.4.4 非均匀B样条曲线的de-Boor算法
6.4.5 de-Boor算法的程序实现
6.4.6 B样条曲线的插值
6.4.7 MATLAB中的B样条函数
思考与练习
第7章 NURBS曲线
7.1 NURBS曲线的表达式
7.1.1 NURBS曲线与非均匀B样条曲线
7.1.2 NURBS曲线的程序实现
7.2 齐次坐标和透视投影
7.2.1 齐次坐标的几何意义
7.2.2 NURBS曲线的几何意义
7.3 权因子的几何意义
7.4 圆锥曲线的NURBS表示
7.5 圆弧的NURBS表示
7.6 IGES文件中的NURBS曲线
7.7 数控加工中的NURBS插补
7.8 CATIA软件中的自由曲线构造
7.8.1 草图模式下的曲线构造
7.8.2 线架构下的曲线构造
7.8.3
FreeStyle下的曲线构造
思考与练习
第8章
自由曲面造型方法
8.1 张量积曲面
8.1.1
Ferguson曲面片
8.1.2
Ferguson曲面片的构造代码
8.1.3 Bzier曲面片
8.1.4 均匀双三次B样条曲面片
8.1.5 非均匀B样条曲面
8.2 参数样条插值曲面
8.2.1
Ferguson曲面的构造原理
8.2.2 参数双三次样条曲面的构造原理
8.2.3 参数样条插值曲面的程序实现
8.3 NURBS曲面
8.3.1 NURBS曲面方程
8.3.2 NURBS曲面的程序实现
8.4 Coons曲面
8.4.1 简单Coons曲面片
8.4.2 双三次Coons曲面片
8.4.3 定义曲面的三种基本方法
8.5 CATIA中的曲面创建和操作
思考与练习
第9章
特征建模
9.1 特征建模概述
9.2 基础特征
9.2.1 创建凸台
9.2.2 创建凹槽
9.2.3 创建旋转体
9.2.4 创建旋转槽
9.2.5 创建孔
9.2.6 创建肋
9.2.7 创建开槽
9.2.8 创建多截面实体
9.3 特 征
9.3.1 创建分割
9.3.2 创建厚曲面
9.3.3 创建封闭曲面
9.3.4 创建缝合曲面
9.4 修饰特征
9.4.1 创建倒圆角
9.4.2 创建倒角
9.4.3 创建拔模
9.4.4 创建盒体
第10章
参数化建模
10.1 参数化建模技术概述
10.2 草图中的参数化建模
10.3 特征建模与参数化
10.4 利用用户参数和公式驱动图形
第11章 MBD技术
11.1 MBD技术概述
11.2 MBD建模过程介绍
11.2.1 视图的确定
11.2.2 三维标注
附录A
MATLAB编程入门
A.1 初识MATLAB界面
A.2 子函数及其调用
A.3 断点设置与程序调试
参考文献
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| 內容試閱：
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1. 编写背景
本书是为飞行器设计与制造专业的本科课程编写的,同时也适用于船舶、汽车及其他复杂外形工业产品的设计与制造的相关专业。它包含三个部分：CAD 建模基础理论、MATLAB编程实验和CATIA 软件相关功能的介绍。编者在CAD课程多年的教学过程中发现,仅仅讲述算法原理很难让学生理解,特别是机械类专业的学生,因为这类专业的学生在学习中很少接受数值计算类的思维训练和专业训练。因此,我们迫切需要一本把数值计算编程训练和CAD基础理论教学两个内容融汇在一起的教材,同时该教材也应该体现飞行器设计与制造专业的特点,这正是编写本书的初衷。
2. 基本内容
从各级各类学校开设的各种以CAD技术为主题的课程来看,我们认为其讲授内容可以分为两类：第一类是针对某一款软件如CATIA、UG、Solidworks等围绕本专业的应用需求讲述该软件的操作方法;第二类是讲述CAD建模的基本原理和基础技术,以便学生能初步具备CAD软件的研发能力和对CAD基础理论深入学习的能力。本教材面向的使用对象是第二类的学习者,但也可以作为所有CAD学习者的参考书。
本书论述的核心内容是经典自由曲线曲面造型理论,这部分内容也是CAGDComputer Aided Geometric Design的基础性内容。笔者认为,这种关于算法的学习内容具有很强的实践性,即需要学习者编程实现所学算法才能更好地理解这些算法,对于初学者更是如此。因此,本书在每个算法后均给出了其MATLAB语言程序,以供读者参考。这样,读者在学习CAD几何建模基础理论的同时,也学习了MATLAB语言,提高了自己的编程能力。
对应于罗列的几何建模基础理论,本书还介绍了CATIA 软件的相关功能,以便让读者体会到这些基础理论在CAD软件中的应用。与介绍专业CAD软件用法的书籍不同,本书对软件功能的介绍是围绕所罗列的基础理论进行的,目的是让读者根据软件操作更好地理解基础理论体系中的基本概念和算法。
3. 教学建议
本书的内容应该尽量在多媒体教室讲授。其中所有算例的计算结果包括数据和图形都应该尽量在教学现场实时产生,以便学生能亲眼目睹教师的操作,感受操作过程;对于涉及MATLAB内容较多的章节,不宜采用PowerPoint制作的幻灯片作为电子讲稿,编者建议学生直接阅读课本,听教师讲解其中的程序结构和语句,并观看教师的程序操作演示;学习本书的每个学生都应该在计算机上亲手演练其中的算例。在掌握和理解算法原理的基础上,要特别重视调试程序的技巧和方法。
全书的理论授课时间为28~36小时,教师编程辅导时间为8小时左右,学生独立编程训练时间不少于20小时。
课程考核以基础理论考试为主,学生须全面掌握这些基础知识,为后续学习打下基础。本书在有关自由曲线曲面造型内容的每章后给出了练习题,教师应让学生独立完成,使其把握基础理论的重点和相关解题方法。
4. 致 谢
为了编写本书,张丽艳、刘胜兰、张臣老师提供了他们多年教学用的幻灯片以及在教学过程中使用的相关资料,刘浩、刘胜兰和张臣老师拟定了本书的内容和章节安排,刘浩老师根据给定的章节安排对教学幻灯片和相关资料进行了分析和整理,重新编写了理论内容、MATLAB程序和CATIA
软件操作的内容。王小平老师对本书的内容进行了审校。本书的初稿先后在五年的教学中使用,并根据教学效果进行了修改和补充。在编写和修改的过程中,本课程的教师与学生以及其他相关课程的教师提出了宝贵意见。硕士研究生刘睿、刘磊对全书的内容进行了初步排版和查错。本书在编写过程中,先后得到江苏高校品牌专业建设工程资助项目Top-notch Academic
Programs Project of Jiangsu Higher Education Institutions,英文简称：TAPP,项目号PPZY2015A021、校级十三五重点教材建设项目、机电学院2017年课程与教材资源建设项目的支持。
感谢北京航空航天大学出版社对本书的支持! 北京航空航天大学出版社联合MATLAB中文论坛http：www.iLoveMatlab.cn为本书设立了在线交流板块,地址：http：www.ilovematlab.cnforum-273-1.html欢迎广大读者在此交流! 编者会第一时间在MATLAB中文论坛勘误地址http：www.ilovematlab.cnthread-562063-1-1.html,也会根据读者要求陆续上传更多的示例程序和相关知识链接。希望这本不断成长的书能最大限度地解决您在学习、研究和工作中遇到的CAD几何建模算法和编程问题。
由于编者的阅历、水平和时间有限,书中难免有疏漏和不足之处,敬请广大读者不吝指正。
编 者
2018年9月
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