CAD技術(shù)應(yīng)用概況
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CAD/CAM(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及制造)技術(shù)產(chǎn)生于本世紀(jì)50年代后期發(fā)達(dá)國(guó)家的航空和軍事工業(yè)中，隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)的發(fā)展而迅速成長(zhǎng)起來。1989年美國(guó)國(guó)家工程科學(xué)院將CAD/CAM技術(shù)評(píng)為當(dāng)代(1964-1989)十項(xiàng)最杰出的工程技術(shù)成就之一。三十幾年來CAD技術(shù)和系統(tǒng)有了飛速的發(fā)展，CAD/CAM的應(yīng)用迅速普及。在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用已迅速?gòu)能娛鹿I(yè)向民用工業(yè)擴(kuò)展，由大型企業(yè)向中小企業(yè)推廣，由高技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用向日用家電、輕工產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造中普及。這一技術(shù)正在從發(fā)達(dá)國(guó)家'流向'發(fā)展中國(guó)家。
CAD是一個(gè)包括范圍很廣的概念，概括來說，CAD的設(shè)計(jì)對(duì)象有兩大類，一類是機(jī)械、電氣、電子、輕工和紡織產(chǎn)品；另一類是工程設(shè)計(jì)產(chǎn)品，即工程建筑，國(guó)外簡(jiǎn)稱AEC(Architecture、Engineering和Construction)。而如今，CAD技術(shù)的應(yīng)用范圍已經(jīng)延伸到藝術(shù)、電影、動(dòng)畫、廣告和娛樂等領(lǐng)域，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益，有著廣泛的應(yīng)用前景。
CAD在機(jī)械制造行業(yè)的應(yīng)用最早，也最為廣泛。采用CAD技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)不但可以使設(shè)計(jì)人員'甩掉圖板'，更新傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)自動(dòng)化，降低產(chǎn)品的成本，提高企業(yè)及其產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力；還可以使企業(yè)由原來的串行式作業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿凶鳂I(yè)，建立一種全新的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)技術(shù)管理體制，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。如今世界各大航空、航天及汽車等制造業(yè)巨頭不但廣泛采用CAD/CAM技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，投入大量的人力物力及資金進(jìn)行CAD/CAM軟件的開發(fā)，以保持自己技術(shù)上的領(lǐng)先地位和國(guó)際市場(chǎng)上的優(yōu)勢(shì)。
計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)(ComputerAidedArchitectureDesign，簡(jiǎn)稱CAAD)是CAD在建筑方面的應(yīng)用，它為建筑設(shè)計(jì)帶來了一場(chǎng)真正的革命。隨著CAAD軟件從最初的二維通用繪圖軟件發(fā)展到如今的三維建筑模型軟件，CAAD技術(shù)已開始被廣為采用，這不但可以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短工程周期，還可以節(jié)約2%至5%的建設(shè)投資，而近幾年來我國(guó)每年的基本建設(shè)投資都有幾千億元之多，全國(guó)大小近萬個(gè)工程設(shè)計(jì)單位都采用CAD技術(shù)，則可以大大提高基本建設(shè)的投資效益。
CAD技術(shù)還被用于輕紡及服裝行業(yè)中。以前我國(guó)紡織品及服裝的花樣設(shè)計(jì)、圖案的協(xié)調(diào)、色彩的變化、圖案的分色、描稿及配色等均由人工完成，速度慢、效率低，而目前國(guó)際市場(chǎng)上對(duì)紡織品及服裝的要求是批量小、花色多、質(zhì)量高、交貨要迅速，這使得我國(guó)紡織產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)。采用CAD技術(shù)以后，大大加快了我國(guó)紡織及服裝企業(yè)走向國(guó)際市場(chǎng)的步伐。
如今，CAD技術(shù)已進(jìn)入到人們的日常生活中，在電影、動(dòng)畫、廣告和娛樂等領(lǐng)域大顯身手。電影拍攝中利用CAD技術(shù)已有十余年的歷史，美國(guó)好來塢電影公司主要利用CAD技術(shù)構(gòu)造布景，可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)的手法設(shè)計(jì)出人工不可能做到的布景。這不僅能節(jié)省大量的人力、物力，降低電影的拍攝成本，還可以給觀眾造成一種新奇、古怪和難以想像的環(huán)境，獲得極大的票房收入。比如美國(guó)的《星球大戰(zhàn)》、《外星人》、《侏羅紀(jì)公園》等科幻片以及完全用三維計(jì)算機(jī)動(dòng)畫制作的影片《玩具總動(dòng)員》，都取得了極大的成功。轟動(dòng)全球的大片《泰坦尼克》應(yīng)用了大量的三維動(dòng)畫制作，用計(jì)算機(jī)真實(shí)地模擬了泰克尼克航行、沉船的全過程。此外，動(dòng)畫和廣告制作中也充分利用了計(jì)算機(jī)造型技術(shù)，實(shí)質(zhì)上也是一種虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還被用于各種模擬器及景物的實(shí)時(shí)漫游、娛樂游戲中。
近十年來，在CIMS工程和CAD應(yīng)用工程的推動(dòng)下，我國(guó)計(jì)算%B
B?ㄖ?杓萍際跤τ迷嚼叢狡氈椋?嚼叢蕉嗟納杓頻ノ緩?fù)企覔跎又i庖患際趵刺岣呱杓菩??、?分柿亢透納評(píng)投?跫?D殼埃?夜?庸?庖??腃AD軟件有好幾十種，國(guó)內(nèi)的一些科研機(jī)構(gòu)、高校和軟件公司也都立足于國(guó)內(nèi)，開發(fā)出了自己的CAD軟件，并投放市場(chǎng)，我國(guó)的CAD技術(shù)應(yīng)用呈現(xiàn)出一片欣欣向榮的景象。
二、CAD/CAM領(lǐng)域的技術(shù)現(xiàn)狀
1.CAD技術(shù)的特點(diǎn)
CAD技術(shù)是一項(xiàng)綜合性的，集計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)通訊等計(jì)算機(jī)及其他領(lǐng)域知識(shí)于一體的高新技術(shù)；是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分；也是提高設(shè)計(jì)水平、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、增強(qiáng)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。CAD技術(shù)的特點(diǎn)是涉及面廣而復(fù)雜、技術(shù)變化快、競(jìng)爭(zhēng)激烈，投資大、風(fēng)險(xiǎn)高、產(chǎn)出高?，F(xiàn)代有名的CAD/CAM軟件都是規(guī)模巨大、功能眾多、系統(tǒng)復(fù)雜，所以投資大、開發(fā)周期長(zhǎng)，難以及時(shí)跟上硬件平臺(tái)和開發(fā)環(huán)境的迅速發(fā)展，以及廣大用戶需求的變化和不斷增長(zhǎng)的要求。
2.CAD系統(tǒng)的硬件環(huán)境
當(dāng)前CAD系統(tǒng)的硬件環(huán)境主要是工程工作站及個(gè)人計(jì)算機(jī)。工作站是具有高速的科學(xué)計(jì)算、豐富的圖形處理及靈活的窗口與網(wǎng)絡(luò)管理功能的交互式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它一般具有32位或64位字長(zhǎng)的中央處理器(CPU)，廣泛采用精簡(jiǎn)指令(RISC)，超標(biāo)量、超流水線及超長(zhǎng)指令技術(shù)，具有Unix操作系統(tǒng)和X窗口管理系統(tǒng)，在一個(gè)分布式的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下運(yùn)行。目前流行的工作站主要有：Sun公司的SPARCStation10工作站，美國(guó)惠普(HP)公司的HP-PA工作站，DEC公司的Alpha工作站，SGI工作站及IBM公司的RS/6000工作站。工作站雖然性能優(yōu)越，圖形處理速度快，但價(jià)格卻十分昂貴，這在當(dāng)前一定程度上限制了CAD/CAM技術(shù)的推廣。
以前，個(gè)人計(jì)算機(jī)和工作站相比在計(jì)算、圖形、網(wǎng)絡(luò)及并行處理等方面均有較大的差別。個(gè)人計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的DOS及Windows等系統(tǒng)軟件在可靠性、安全性及效率等方面也不如工作站上的系統(tǒng)軟件。然而，隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，個(gè)人計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力、圖形處理能力的不斷提高和操作系統(tǒng)的逐漸完善，使其與專業(yè)RISC/Unix工作站的性能差距逐漸縮小。尤其是Intel的PentiumPro和PentiumⅡ芯片以及Microsoft的WindowsNT的發(fā)布，使得個(gè)人計(jì)算機(jī)在性能上完全具備了與中低檔工作站競(jìng)爭(zhēng)的實(shí)力，加之個(gè)人計(jì)算機(jī)價(jià)格低廉，這使其在普及CAD應(yīng)用中起到了工作站所不能代替的作用。
3.當(dāng)今CAD/CAM領(lǐng)域的主流技術(shù)
(1)基礎(chǔ)造型技術(shù)(參數(shù)化設(shè)計(jì)、變量化設(shè)計(jì)及特征造型技術(shù))
在CAD技術(shù)發(fā)展的初期，CAD僅限于計(jì)算機(jī)輔助繪圖，隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，CAD技術(shù)才從二維平面繪圖發(fā)展到三維產(chǎn)品建模，隨之也就產(chǎn)生了三維線框造型、曲面造型以及實(shí)體造型技術(shù)。而如今參數(shù)化及變量化設(shè)計(jì)思想和特征造型則代表了當(dāng)今CAD技術(shù)的發(fā)展方向。
傳統(tǒng)的CAD繪圖軟件都是用固定的尺寸值定義幾何元素，要進(jìn)行圖面修改只有刪除原有的線條后重畫，而新產(chǎn)品的打樣設(shè)計(jì)不可避免的要進(jìn)行多次的修改，進(jìn)行零件形狀和尺寸的綜合協(xié)調(diào)、優(yōu)化，大多數(shù)設(shè)計(jì)工作都是在原有設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上的改進(jìn)。因此，新的CAD系統(tǒng)都增加了參數(shù)化和變量化設(shè)計(jì)模塊，使得產(chǎn)品的設(shè)計(jì)圖可以隨著某些結(jié)構(gòu)尺寸的修改和使用環(huán)境的變化而自動(dòng)修改圖形，這可以減少大量的重復(fù)勞動(dòng)，減輕設(shè)計(jì)工作量。
參數(shù)化設(shè)計(jì)一般是指設(shè)計(jì)對(duì)象的結(jié)構(gòu)形狀比較定型，可以用一組參數(shù)來約定尺寸關(guān)系，參數(shù)的求解較簡(jiǎn)單，參數(shù)與設(shè)計(jì)對(duì)象的控制尺寸有顯式對(duì)應(yīng)關(guān)系，設(shè)計(jì)結(jié)果的修改受尺寸驅(qū)動(dòng)。生產(chǎn)中最常用的系列化標(biāo)準(zhǔn)件就是屬于這一類型。變量化設(shè)計(jì)(Variationaldesign)是指設(shè)計(jì)對(duì)象的修改需要更大的自由度，通過求解一組約束方程來確定產(chǎn)品的尺寸和形狀。約束方程可以是幾何關(guān)系，也可以是工程計(jì)算條件，設(shè)計(jì)結(jié)果的修改受到約束方程驅(qū)動(dòng)。變量化設(shè)計(jì)允許尺寸欠約束的存在，這樣設(shè)計(jì)者便可以采用先形狀后尺寸的設(shè)計(jì)方式，將滿足設(shè)計(jì)要求的幾何形狀放在第一位而暫不用考慮尺寸細(xì)節(jié)，設(shè)計(jì)過程相對(duì)寬松。變量化設(shè)計(jì)可以用于公差分析、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)、設(shè)計(jì)優(yōu)化、初步方案設(shè)計(jì)選型等，尤其在做概念設(shè)計(jì)時(shí)更顯得得心應(yīng)手。
談到變量化設(shè)計(jì)，就不能不提及美國(guó)SDRC公司的VGX技術(shù)。VGX是VariationalGeometryExtended(超變量化幾何)的縮寫，是變量化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)里程碑。它的思想最早體現(xiàn)在SDRC公司的軟件產(chǎn)品I-DEASMasterSeries第一版的變量化構(gòu)圖中。VGX技術(shù)為CAD軟件帶來了空前的易用性，設(shè)計(jì)人員可以非常直觀地、實(shí)時(shí)地進(jìn)行產(chǎn)品三維幾何模型的操作和修改，只需在一個(gè)主模型中，就可以動(dòng)態(tài)地捕捉設(shè)計(jì)、分析和制造的意圖并一氣呵成地進(jìn)行操作。VGX技術(shù)極大地改進(jìn)了交互操作的直觀性及可靠性，從而使CAD軟件更加易于使用，富有效率。
特征造型是CAD建模方法的一個(gè)新里程碑，它是在CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用達(dá)到一定的水平，要求進(jìn)一步提高生產(chǎn)組織的集成化和自動(dòng)化程度的歷史進(jìn)程中孕育成長(zhǎng)起來的。過去的CAD技術(shù)從二維繪圖起步，經(jīng)歷了三維線框、曲面和實(shí)體造型發(fā)展階段，都是著眼于完善產(chǎn)品的幾何描述能力，亦即只描述了產(chǎn)品的幾何信息；而特征造型則是著眼于更好地表達(dá)產(chǎn)品完整的功能和生產(chǎn)管理信息，為建立產(chǎn)品的集成信息模型服務(wù)。特征(feature)在這里作為一個(gè)專業(yè)術(shù)語(yǔ)，兼有形狀和功能兩種屬性，它包括產(chǎn)品的特定幾何形狀、拓?fù)潢P(guān)系、典型功能、繪圖表示方法、制造技術(shù)和公差要求。特征造型技術(shù)使得產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作在更高的層次上進(jìn)行，設(shè)計(jì)人員的操作對(duì)象不再是原始的線條和體素，而是產(chǎn)品的功能要素。特征的引用直接體現(xiàn)了設(shè)計(jì)意圖，使得建立的產(chǎn)品模型更容易為人理解和組織生產(chǎn)，為開發(fā)新一代的基于統(tǒng)一產(chǎn)品信息模型的CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)創(chuàng)造了前提。
(2)CAD的數(shù)據(jù)交換格式及標(biāo)準(zhǔn)化(DXF格式、IGES格式及STEP標(biāo)準(zhǔn))
隨著CAD技術(shù)的不斷發(fā)展和日益成熟以及各行業(yè)CAD應(yīng)用的不斷深入，CAD標(biāo)準(zhǔn)化工作越來越顯示出了它的重要性。CAD標(biāo)準(zhǔn)化工作作為高新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的一部分，在CAD技術(shù)工作中占有很重要的位置，國(guó)家科委工業(yè)司和國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局標(biāo)準(zhǔn)司于'八五'期間共同發(fā)布了《CAD通用技術(shù)規(guī)范》，規(guī)定了我國(guó)CAD技術(shù)各方面的標(biāo)準(zhǔn)，而其中CAD數(shù)據(jù)交換問題是CAD廣泛應(yīng)用后各行業(yè)所面臨的重要問題。由于CAD數(shù)據(jù)的急劇膨脹，而不同的CAD系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)文件又采用不同的數(shù)據(jù)格式，甚至各個(gè)CAD系統(tǒng)中數(shù)據(jù)元素的類型也不盡相同，這種狀況潛在地阻礙了CAD技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用和發(fā)展。所以，如何能使企業(yè)的CAD技術(shù)信息實(shí)現(xiàn)最大限度的共享并進(jìn)行有效的管理是標(biāo)準(zhǔn)化所面臨的非常重要的課題。
目前，在微機(jī)和工作站上用于數(shù)據(jù)交換的圖形文件標(biāo)準(zhǔn)主要有：AutoCAD系統(tǒng)的DXF(DataExchangeFile)文件，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)IGES(InitialGraphicsExchangeSpecification即初始圖形交換規(guī)范)及國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)STEP(StandardfortheExchangeofProductmodeldata)。其他一些較為重要的標(biāo)準(zhǔn)還有：在ESPRIT(歐洲信息技術(shù)研究與開發(fā)戰(zhàn)略規(guī)劃)資助下的CAD-I標(biāo)準(zhǔn)(僅限于有限元和外形數(shù)據(jù)信息)；德國(guó)的VDA-FS標(biāo)準(zhǔn)(主要用于汽車工業(yè))；法國(guó)的SET標(biāo)準(zhǔn)(主要應(yīng)用于航空航天工業(yè))等等。
AutoCAD的DXF文件是具有專門格式的ASCII碼文本文件，它比較好讀，易于被其它程序處理，主要用于實(shí)現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言編寫的程序與AutoCAD系統(tǒng)的連接，或其他CAD系統(tǒng)與AutoCAD之間的圖形文件交換。由于AutoCAD在世界范圍內(nèi)的應(yīng)用極為廣泛，已經(jīng)深入到各行各業(yè)之中，所以它的數(shù)據(jù)文件格式已經(jīng)成為一種事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。DXF圖形數(shù)據(jù)交換文件為推廣應(yīng)用CAD/CAM技術(shù)提供了很大的便利，但由于DXF文件開發(fā)較早，從現(xiàn)在的目光來看，它當(dāng)然存在很多的不足：它不能描述產(chǎn)品的完整幾何模型，難以進(jìn)一步發(fā)展；其信息定義不完整，它僅保留了原有系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的幾何和部分屬性信息，而大量的拓?fù)湫畔⒁巡粡?fù)存在；其信息描述方面也有許多缺陷，致使一些信息量過分冗長(zhǎng)；文件格式比較復(fù)雜，也不盡合理。所以，Autodesk公司近來強(qiáng)調(diào)了用二進(jìn)制的DWG和網(wǎng)絡(luò)上的DWF格式作為它的數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，但二者的格式都不公開，因此很難再作為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為其他CAD系統(tǒng)所利用。
IGES標(biāo)準(zhǔn)最早是ANSI于80年代初制定的，是建筑在波音公司CAD/CAM集成信息網(wǎng)絡(luò)、通用電氣公司的中心數(shù)據(jù)庫(kù)和其他各種數(shù)據(jù)交換格式之上。其最初版本僅限于描述工程圖紙的幾何圖形和注釋，隨后又將電氣、有限元、工廠設(shè)計(jì)和建筑設(shè)計(jì)納入其中。1988年6月公布的IGES4.0又吸收了ESP中的CSG(ConstructiveSolidGeometry，意譯為體素構(gòu)造法)和裝配模型，后經(jīng)擴(kuò)充又收入了新的圖形表示法、三維管道模型以及對(duì)FEM(有限元模型)功能的改進(jìn)。而B-rep(邊界表示法)模型則在IGES5.0中定義。然而，IGES在文件結(jié)構(gòu)中卻又不合理地定義了直接存取的指針系統(tǒng)。其在應(yīng)用中暴露的主要問題有：
數(shù)據(jù)文件過大，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理時(shí)間過長(zhǎng)；
某些幾何類型轉(zhuǎn)換不穩(wěn)定；
只注意了圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換而忽略了其他信息的轉(zhuǎn)換。
盡管如此，IGES仍然是目前為各國(guó)廣泛使用的事實(shí)上的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換格式，我國(guó)于1993年9月起將IGES3.0作為國(guó)家推薦標(biāo)準(zhǔn)。
產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)STEP是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)所屬技術(shù)委員會(huì)TC184(工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)委員會(huì))下的“產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)外部表示”(ExternalRepresentationofProductModelData)分委員會(huì)SC4所制訂的國(guó)際統(tǒng)一CAD數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)。所謂產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)是指為在覆蓋產(chǎn)品整個(gè)生命周期中的應(yīng)用而全面定義的產(chǎn)品所有數(shù)據(jù)元素，它包括為進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析、制造、測(cè)試、檢驗(yàn)和產(chǎn)品支持而全面定義的零部件或構(gòu)件所需的幾何、拓?fù)洹⒐?、關(guān)系、屬性和性能等數(shù)據(jù)，另外，還可能包含一些和處理有關(guān)的數(shù)據(jù)。產(chǎn)品模型對(duì)于下達(dá)生產(chǎn)任務(wù)、直接質(zhì)量控制、測(cè)試和進(jìn)行產(chǎn)品支持功能可以提供全面的信息。
STEP為產(chǎn)品在它的生命周期內(nèi)規(guī)定了惟一的描述和計(jì)算機(jī)可處理的信息表達(dá)形式。這種形式獨(dú)立于任何特定的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并能保證在多種應(yīng)用和不同系統(tǒng)中的一致性。這一標(biāo)準(zhǔn)還允許采用不同的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，便于產(chǎn)品數(shù)據(jù)的存取、傳輸和歸檔。STEP標(biāo)準(zhǔn)是為CAD/CAM系統(tǒng)提供中性產(chǎn)品數(shù)據(jù)而開發(fā)的公共資源和應(yīng)用模型，它涉及到了建筑、工程、結(jié)構(gòu)、機(jī)械、電氣、電子工程及船體結(jié)構(gòu)等無所不包的所有產(chǎn)品領(lǐng)域。在產(chǎn)品數(shù)據(jù)共享方面，STEP標(biāo)準(zhǔn)提供四個(gè)層次的實(shí)現(xiàn)方法：ASCII碼中性文件；訪問內(nèi)存結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序界面；共享數(shù)據(jù)庫(kù)以及共享知識(shí)庫(kù)。無疑，這將會(huì)給商業(yè)和制造業(yè)帶來一場(chǎng)大變革，STEP標(biāo)準(zhǔn)在下述幾個(gè)方面有著明顯的優(yōu)越性：一是經(jīng)濟(jì)效益顯著；二是數(shù)據(jù)范圍廣、精度高，通過應(yīng)用協(xié)議消除了產(chǎn)品數(shù)據(jù)的二義性；三是易于集成，便于擴(kuò)充；四是技術(shù)先進(jìn)、層次清楚，分為通用資源(子標(biāo)準(zhǔn)40系列)、應(yīng)用資源(子標(biāo)準(zhǔn)100系列)和應(yīng)用協(xié)議(子標(biāo)準(zhǔn)200系列)三部分。如今，STEP標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為國(guó)際公認(rèn)的CAD數(shù)據(jù)文件交換全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，許多國(guó)家都依據(jù)STEP標(biāo)準(zhǔn)制訂了相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)STEP標(biāo)準(zhǔn)的制訂工作由CSBTSTC159/SC4完成，STEP標(biāo)準(zhǔn)在我國(guó)的對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為GB16656。STEP標(biāo)準(zhǔn)存在的問題是整個(gè)體系極其龐大，標(biāo)準(zhǔn)的制訂過程進(jìn)展緩慢，數(shù)據(jù)文件比IGES更大。目前商用CAD系統(tǒng)提供的STEP應(yīng)用協(xié)議還只有AP203“配置控制設(shè)計(jì)”，內(nèi)容包括產(chǎn)品的配置管理、曲面和線框模型、實(shí)體模型的小平面邊界表示和曲面邊界表示等以及AP214“汽車機(jī)械設(shè)計(jì)過程的核心數(shù)據(jù)”兩種。
三、國(guó)內(nèi)CAD市場(chǎng)狀況及CAD/CAM主流軟件產(chǎn)品
1.概述
我國(guó)自60年代開始研究開發(fā)CAD軟件以來，經(jīng)過'六五'、'七五'、'八五'的成果積累，CAD軟件產(chǎn)業(yè)在建筑、石化、輕工、造船、機(jī)械、電子等行業(yè)，以及二維參數(shù)化繪圖、有限元分析、曲面造型和數(shù)控加工編程等方面都已經(jīng)初具規(guī)模，成績(jī)顯著，而其中建筑CAD軟件已經(jīng)在國(guó)內(nèi)占據(jù)統(tǒng)治地位，比較有名的有：中國(guó)建筑科學(xué)研究院的ABD建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備系列軟件及BICAD民用建筑結(jié)構(gòu)集成化CAD系統(tǒng)，還有它的PKPM系列建筑工程軟件以及北京華夏正邦科技有限公司的德賽建筑裝修軟件系列。我國(guó)目前推出的自主版權(quán)CAD軟件基本上都是微機(jī)版本，價(jià)格合適，符合我國(guó)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)習(xí)慣，雖然與國(guó)外同類CAD軟件相比，在資金投入、商品化包裝以及企業(yè)的集團(tuán)化規(guī)?；矫娲嬖谝欢ǖ牟罹啵杂兄鴱V闊的市場(chǎng)前景和發(fā)展?jié)摿?。下面?duì)目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上主要的CAD/CAM產(chǎn)品作一介紹。
2.引進(jìn)的國(guó)外主要軟件
(1)AutoCAD及MDT
AutoCAD系統(tǒng)是美國(guó)Autodesk公司為微機(jī)開發(fā)的一個(gè)交互式繪圖軟件，它基本上是一個(gè)二維工程繪圖軟件，具有較強(qiáng)的繪圖、編輯、剖面線和圖案繪制、尺寸標(biāo)注以及方便用戶的二次開發(fā)功能，也具有部分的三維作圖造型功能。它是目前世界上應(yīng)用最廣的CAD軟件，占整個(gè)世界個(gè)人微機(jī)CAD/CAE/CAM軟件市場(chǎng)的37%左右，是諸多微機(jī)CAD軟件的佼佼者，把其他微機(jī)CAD軟件，如Cadkey、EagleCAD、CAD-Plan等等遠(yuǎn)遠(yuǎn)地拋在后面。如今AutoCAD已經(jīng)推出了R14版本，并且有中文化的最新版本面市。
MDT(MechanicalDesktop)是Autodesk公司在機(jī)械行業(yè)推出的基于參數(shù)化特征實(shí)體造型和曲面造型的微機(jī)CAD/CAM軟件，據(jù)稱目前已經(jīng)裝機(jī)2萬余套，MDT的用戶主要有：中國(guó)一汽集團(tuán)、荷蘭菲利浦公司、德國(guó)西門子公司、日本東芝公司、美國(guó)休斯公司等等。
(2)Pro/Engineer
Pro/Engineer系統(tǒng)是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司(ParametricTechnologyCorporation簡(jiǎn)稱PTC)的產(chǎn)品，它剛一面世(1988年)，就以其先進(jìn)的參數(shù)化設(shè)計(jì)、基于特征設(shè)計(jì)的實(shí)體造型而深受用戶的歡迎，隨后各大CAD/CAM公司也紛紛推出了基于約束的參數(shù)化造型模塊。此外，Pro/Engineer一開始就建立在工作站上，使系統(tǒng)獨(dú)立于硬件，便于移植；該系統(tǒng)用戶界面簡(jiǎn)潔，概念清晰，符合工程人員的設(shè)計(jì)思想與習(xí)慣。Pro/Engineer整個(gè)系統(tǒng)建立在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)上，具有完整而統(tǒng)一的模型，能將整個(gè)設(shè)計(jì)至生產(chǎn)過程集成在一起，它一共有20多個(gè)模塊供用戶選擇?；谝陨显?，Pro/Engineer在最近幾年已成為三維機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域里最富有魅力的系統(tǒng)，其銷售額和用戶群仍以最快的速度向前發(fā)展，PTC公司不久前又將Computervision(簡(jiǎn)稱CV)公司收購(gòu)于旗下，更加壯大了PTC的實(shí)力。
(3)I-DEASMasterSeries5
I-DEASMasterSeries是美國(guó)SDRC(StructuralDynamicsResearchCorporation)公司自1993年推出的新一代機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件，也是SDRC公司在CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的旗艦產(chǎn)品，并以其高度一體化、功能強(qiáng)大、易學(xué)易用等特點(diǎn)而著稱。I-DEASMasterSeries5于今年6月20日在美國(guó)首次展示，其最大的突破在于VGX技術(shù)的面市，極大地改進(jìn)了交互操作的直觀性和可靠性。另外，該版本還增強(qiáng)了復(fù)雜零件設(shè)計(jì)、高級(jí)曲面造型以及有限元建模和耐用性分析等模塊的功能。在我國(guó)，正式使用I-DEASMasterSeries軟件的用戶已經(jīng)超過400家，居于三維實(shí)體機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件的主導(dǎo)地位。由于SDRC公司早期是以工程與結(jié)構(gòu)分析為主逐步發(fā)展起來的，所以工程分析是該公司的特長(zhǎng)。SDRC公司近期還集中了優(yōu)勢(shì)力量大力加強(qiáng)數(shù)控加工功能的開發(fā)。
(4)CATIA
CATIA系統(tǒng)是法國(guó)達(dá)索(Dassault)飛機(jī)公司DassaultSystems工程部開發(fā)的產(chǎn)品。該系統(tǒng)是在CADAM系統(tǒng)(原由美國(guó)洛克希德公司開發(fā)，后并入美國(guó)IBM公司)基礎(chǔ)上擴(kuò)充開發(fā)的，在CAD方面購(gòu)買原CADAM系統(tǒng)的源程序，在加工方面則購(gòu)買了有名的APT系統(tǒng)的源程序，并經(jīng)過幾年的努力，形成了商品化的系統(tǒng)。CATIA系統(tǒng)如今已經(jīng)發(fā)展為集成化的CAD/CAE/CAM系統(tǒng)，它具有統(tǒng)一的用戶界面、數(shù)據(jù)管理以及兼容的數(shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)用程序接口，并擁有20多個(gè)獨(dú)立計(jì)價(jià)的模塊。該系統(tǒng)的工作環(huán)境是IBM主機(jī)以及RISC/6000工作站。如今CATIA系統(tǒng)在全世界30多個(gè)國(guó)家擁有近2000家用戶，美國(guó)波音飛機(jī)公司的波音777飛機(jī)便是其杰作之一。
(5)EUCLID
EUCLID軟件是法國(guó)MATRA公司信息部的產(chǎn)品，它是由法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心為英法聯(lián)合研制的協(xié)和號(hào)超音速客機(jī)而開發(fā)的軟件。該軟件具有統(tǒng)一的面向?qū)ο蟮姆植际綌?shù)據(jù)庫(kù)，在三維實(shí)體、復(fù)雜曲面、二維圖形及有限元分析模型間不需作任何數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換工作。由于數(shù)據(jù)是彼此引用，而不是簡(jiǎn)單的復(fù)制，所以用戶在修改某部分設(shè)計(jì)時(shí)，其他相關(guān)數(shù)據(jù)會(huì)自行更新。該軟件主要在SGI、DEC、Sun和HP工作站上運(yùn)行，據(jù)稱現(xiàn)在近40個(gè)國(guó)家中有1200家以上的用戶，其主要用戶有：法國(guó)MATRA公司、雷諾汽車公司、YEMA公司，德國(guó)奔馳汽車公司、大眾/奧迪汽車公司，美國(guó)通用動(dòng)力公司，日本Nissan汽車公司、NEC公司，瑞士OMEGA手表公司等。
(6)Unigraphics(UG)
UG起源于美國(guó)麥道(MD)公司的產(chǎn)品，1991年11月并入美國(guó)通用汽車公司EDS分部。如今EDS是全世界最大的信息技術(shù)(IT)服務(wù)公司，UG由其獨(dú)立子公司UnigraphicsSolutions開發(fā)。UG是一個(gè)集CAD、CAE和CAM于一體的機(jī)械工程輔助系統(tǒng)，適用于航空航天器、汽車、通用機(jī)械以及模具等的設(shè)計(jì)、分析及制造工程。該軟件可在HP、Sun、SGI等工作站上運(yùn)行，自稱安裝總數(shù)近3萬臺(tái)。UG采用基于特征的實(shí)體造型，具有尺寸驅(qū)動(dòng)編輯功能和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了CAD、CAE、CAM之間無數(shù)據(jù)交換的自由切換，它具有很強(qiáng)的數(shù)控加工能力，可以進(jìn)行2軸～2.5軸、3軸～5軸聯(lián)動(dòng)的復(fù)雜曲面加工和鏜銑。UG還提供了二次開發(fā)工具GRIP、UFUNG、ITK，允許用戶擴(kuò)展UG的功能。UG自90年初進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，至今已裝機(jī)2000臺(tái)套左右。
(7)SolidWorks
SolidWorks是一套基于Windows的CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系統(tǒng)，是由美國(guó)SolidWorks公司于1995年11月研制開發(fā)的，其價(jià)格僅為工作站CAD系統(tǒng)的四分之一。該軟件采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法，可動(dòng)態(tài)模擬裝配過程，它采用基于特征的實(shí)體建模，自稱100%的參數(shù)化設(shè)計(jì)和100%的可修改性，同時(shí)具有中英文兩種界面可供選擇其先進(jìn)的特征樹結(jié)構(gòu)使操作更加簡(jiǎn)便和直觀。該軟件于1996年8月由生信國(guó)際有限公司正式引入中國(guó)，由于其基于Windows平臺(tái)，價(jià)格合理，在我國(guó)具有廣闊的市場(chǎng)前景。
3.國(guó)內(nèi)開發(fā)的主要軟件
(1)PICAD
PICAD系統(tǒng)及系列軟件是中科院凱思軟件集團(tuán)及北京凱思博宏應(yīng)用工程公司開發(fā)的具有自主版權(quán)的CAD軟件。該軟件具有智能化、參數(shù)化和較強(qiáng)的開放性，對(duì)特征點(diǎn)和特征坐標(biāo)可自動(dòng)捕捉及動(dòng)態(tài)導(dǎo)航；系統(tǒng)提供局部圖形參數(shù)化、參數(shù)化圖素拼裝及可擴(kuò)充的參數(shù)圖符庫(kù)；提供交互環(huán)境下的開放的二次開發(fā)工具，用戶可以任意增加功能或開發(fā)專業(yè)應(yīng)用軟件。PICAD是國(guó)內(nèi)商品化最早、市場(chǎng)占有率最大的CAD支撐平臺(tái)及交互式工程繪圖系統(tǒng)，自從1991年推出中國(guó)第一個(gè)商品化的二維CAD系統(tǒng)以來，經(jīng)過幾年的發(fā)展，PICAD的用戶已經(jīng)遍及各行業(yè)及各省市，至1997年底裝機(jī)已近8000套。
(2)高華CAD
北京高華計(jì)算機(jī)有限公司是由清華大學(xué)和廣東科龍(容聲)集團(tuán)聯(lián)合創(chuàng)建的高技術(shù)企業(yè)，其總部位于清華大學(xué)。高華CAD系列產(chǎn)品包括計(jì)算機(jī)輔助繪圖支撐系統(tǒng)GHDrafting、機(jī)械設(shè)計(jì)及繪圖系統(tǒng)GHMDS、工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)GHCAPP、三維幾何造型系統(tǒng)GHGEMS、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)GHPDMS及自動(dòng)數(shù)控編程系統(tǒng)GHCAM。高華CAD也是基于參數(shù)化設(shè)計(jì)的CAD/CAE/CAM集成系統(tǒng)，是全國(guó)CAD應(yīng)用工程的主推產(chǎn)品之一，其中GHGEMS5.0曾獲第二屆全國(guó)自主版權(quán)CAD支撐軟件評(píng)測(cè)第一名。如今，高華CAD軟件已為300多家大中型企業(yè)及科研院所采用，其裝機(jī)量據(jù)稱已經(jīng)超過一萬套。
(3)清華XTMCAD
清華XTMCAD是清華大學(xué)機(jī)械CAD中心和北京清華艾克斯特CIMS技術(shù)公司共同開發(fā)的基于Win95和AutoCADR12及R13二次開發(fā)的CAD軟件。它具有動(dòng)態(tài)導(dǎo)航、參數(shù)化設(shè)計(jì)及圖庫(kù)建立與管理功能，還具有常用零件優(yōu)化設(shè)計(jì)、工藝模塊及工程圖紙管理等模塊。作為Autodesk注冊(cè)認(rèn)可的軟件增值開發(fā)商，可直接得到Autodesk公司的技術(shù)支持，其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在對(duì)CIMS工程支持?jǐn)?shù)據(jù)的交換與共享上。
(4)開目CAD
開目CAD是華中理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院開發(fā)的具有自主版權(quán)的基于微機(jī)平臺(tái)的CAD和圖紙管理軟件，它面向工程實(shí)際，模擬人的設(shè)計(jì)繪圖思路，操作簡(jiǎn)便，機(jī)械繪圖效率比AutoCAD高得多。開目CAD支持多種幾何約束種類及多視圖同時(shí)驅(qū)動(dòng)，具有局部參數(shù)化的功能，能夠處理設(shè)計(jì)中的過約束和欠約束的情況。開目CAD實(shí)現(xiàn)了CAD、CAPP、CAM的集成，適合我國(guó)設(shè)計(jì)人員的習(xí)慣，是全國(guó)CAD應(yīng)用工程主推產(chǎn)品之一。
參考資料：
V.Trifonov G.Vostrikov R.Trifonov O.Soboleva
（Geological Institute of Russian Academy of Sciences,7 Pyzhevsky,Moscow,109017,Russia）
摘要 本文敘述在完成國(guó)際巖石圈計(jì)劃項(xiàng)目Ⅱ－2《世界主要活斷層圖》的過程中對(duì)歐亞大陸活斷層的研究結(jié)果；討論了歐亞大陸活斷層作用的一般規(guī)律性：板塊邊界區(qū)的寬斷層帶，以走向滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)為主，現(xiàn)代拆離構(gòu)造的表現(xiàn)，以及計(jì)算活動(dòng)帶內(nèi)現(xiàn)代地球動(dòng)力學(xué)參數(shù)的方法和結(jié)果。
關(guān)鍵詞 活斷層 全新世 晚更新世 拆離構(gòu)造 變形率張量
1 引言
在40年代美洲作者和歐洲作者分別引用同義詞“active fault”和“Living fault”（中文譯為“活動(dòng)斷層”和“活斷層”），來標(biāo)明與新近發(fā)生的或最近的將來可能發(fā)生的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)有關(guān)的斷裂。由于斷層構(gòu)造運(yùn)動(dòng)在時(shí)間上是不均一的，這就產(chǎn)生了用于恰當(dāng)說明斷層活動(dòng)、運(yùn)動(dòng)方向、平均速率和有關(guān)的自然現(xiàn)象的特征時(shí)間問題。對(duì)于活動(dòng)帶，這種時(shí)間段為晚更新世和全新世，即約為最近10萬年[1,2]。但是，這個(gè)時(shí)間段不足以估算地臺(tái)區(qū)活斷層作用的參數(shù)，那里的斷層運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度要低得多，與強(qiáng)地震有關(guān)的脈動(dòng)也比活動(dòng)帶內(nèi)的要少得多。因此，確定地臺(tái)斷層的活動(dòng)性不僅應(yīng)基于最近10萬年間發(fā)生的運(yùn)動(dòng)，而且還應(yīng)基于中更新世即最近70萬年間發(fā)生的運(yùn)動(dòng)[3]。
1989年，考慮到研究活斷層的重要性，國(guó)際巖石圈計(jì)劃確定了以V.G.Trifonov為組長(zhǎng)的項(xiàng)目Ⅱ－2“世界主要活斷層圖”[4]。此項(xiàng)目的參加者建立了世界上唯一的活斷層數(shù)據(jù)庫(kù)，包括斷層的表現(xiàn)、參數(shù)和地震效應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。對(duì)歐亞大陸的研究進(jìn)展最大。歐亞大陸的活斷層已編制成1∶500萬的初步圖件，對(duì)許多地區(qū)還編制了較詳細(xì)的圖件和說明書。
本文提供了對(duì)歐亞大陸活斷層的分析結(jié)果，討論了活斷層位置和位移的一般規(guī)律性，以及利用活斷層數(shù)據(jù)計(jì)算現(xiàn)代地球動(dòng)力學(xué)參數(shù)的結(jié)果。
2 歐亞大陸活斷層的構(gòu)造位置和位移的一般特征
分析歐亞大陸活斷層的斷錯(cuò)表明，其位移的垂直分量通常是由于沖斷層或逆斷層運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，而不是由于正斷層運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。這對(duì)于活動(dòng)帶及中等和弱活動(dòng)區(qū)域的斷層是真實(shí)的。因此，本大陸的大部分現(xiàn)在處于附加的側(cè)向擠壓狀態(tài)下，這與利用不同方法得出的現(xiàn)今應(yīng)力的估算值是一致的[5]。
歐亞大陸活動(dòng)帶的活斷層半數(shù)以上具有走向滑動(dòng)的運(yùn)動(dòng)分量，這個(gè)分量相當(dāng)于或大于垂直分量。在走向滑動(dòng)帶，最常觀測(cè)到內(nèi)陸運(yùn)動(dòng)的最大速率。這個(gè)事實(shí)說明，走向滑動(dòng)消耗的能量，小于沖斷層、逆斷層甚至正斷層的運(yùn)動(dòng)消耗的能量。我們對(duì)近幾十年來最強(qiáng)的大陸地震震級(jí)與每次地震產(chǎn)生的效應(yīng)作了相關(guān)分析。這種效應(yīng)表現(xiàn)為地震破裂長(zhǎng)度及長(zhǎng)度乘最大地震位移。走向滑動(dòng)地震斷層的這些特征比起相同震級(jí)地震產(chǎn)生的其他特征要明顯得多[6]。
歐亞大陸主要活斷層圖（圖1）上標(biāo)出運(yùn)動(dòng)速率大于1mm/a的活斷層。該圖說明最長(zhǎng)的斷層構(gòu)成現(xiàn)代板塊和小板塊的邊界。這種邊界通常不以單一斷層顯示，而是表現(xiàn)為活動(dòng)斷裂帶。大多數(shù)活斷層集中在活動(dòng)斷裂帶內(nèi)及活動(dòng)斷裂帶之內(nèi)的活動(dòng)構(gòu)造帶內(nèi)。圖2給出所有的活斷層，不管其運(yùn)動(dòng)速率大小，這兩種帶都表現(xiàn)得很好（圖2）。
造山帶（例如亞洲的阿爾卑斯造山帶）上的活動(dòng)帶，在地形上表現(xiàn)為山脈或山脈系，其間的穩(wěn)定斷塊形成具有現(xiàn)代沉積作用的相對(duì)坳陷。這種穩(wěn)定斷塊在活動(dòng)帶匯聚的地區(qū)是窄的，形成山間盆地。這正是在塔里木小板塊延續(xù)部分的帕米爾與天山之間各個(gè)盆地的成因?；顒?dòng)帶內(nèi)的活斷層控制著較小的抬升（山脈）與下降（盆地）的新構(gòu)造形態(tài)。與相鄰的山脈相比，這類盆地通常對(duì)應(yīng)于較致密巖石（例如超基性巖體中的蛇綠巖及其碎塊）構(gòu)成的地區(qū)。盆地的地表已在新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)前發(fā)生了均衡沉降。所以現(xiàn)代擠壓造山帶的許多或者全部山間盆地，不能定為Argan的（術(shù)語(yǔ)）“基底向斜”[7]。它們是由于基底不均一性決定的，相當(dāng)于活動(dòng)帶之間的穩(wěn)定斷塊的殘余，或者相當(dāng)于活動(dòng)帶內(nèi)密度較高的地殼區(qū)。
在造山運(yùn)動(dòng)期間，山脈與山間盆地的地形差異增大了。山脈受侵蝕，成為負(fù)荷較輕的，而盆地受碎屑物質(zhì)充填，成為負(fù)荷較重的。這種均衡不平衡在深部得到巖石側(cè)向運(yùn)動(dòng)所補(bǔ)償。側(cè)向運(yùn)動(dòng)體現(xiàn)在較為破碎的或較塑性的、因而其密度比相鄰層位要低的巖層中。于是，盆地的基底富含有與盆地成因無關(guān)的較重的組分。
3 活動(dòng)的拆離構(gòu)造
地表上確定的大部分活斷層只切割上地殼，不一定能切割到下巖石圈中，在下巖石圈中是以其他方式變形的。有關(guān)現(xiàn)代拆離構(gòu)造作用的證據(jù)已發(fā)表在V.G.Trifonov et al.,1984,Yu.M.Pushcharovsky和V.G.Trifonov,1990的文章中。與受侵蝕出露地表的較老的拆離構(gòu)造特征不同，現(xiàn)代拆離構(gòu)造不能被直接觀察到。它們呈現(xiàn)為近水平帶內(nèi)的震中密集分布，或表現(xiàn)為巖石圈不同層位上構(gòu)造形式和活斷層作用的差異。在這種情況下，無法用有關(guān)的地球物理和地球化學(xué)異常確定出深部活動(dòng)構(gòu)造單元。這種構(gòu)造單元與地表活動(dòng)構(gòu)造相比，有時(shí)在地表上表現(xiàn)為不一致的構(gòu)造特征?；顒?dòng)構(gòu)造在不同深度的差異，大多是由流變性質(zhì)不同的巖石對(duì)基本上同等載荷的不同反應(yīng)引起的。然而，在日本中部、東天山，以及其他一些地區(qū)，巖石圈不同層位上的應(yīng)力定向和運(yùn)動(dòng)方向是不同的。在受擠壓的活動(dòng)帶內(nèi)，已發(fā)現(xiàn)最復(fù)雜的活動(dòng)拆離構(gòu)造特征。它們的表現(xiàn)形式取決于區(qū)域的構(gòu)造位置。
俯沖作用是大洋巖石圈和次大洋巖石圈的特征，而且在亞洲東緣普遍與俯沖巖板的碎塊或受改造的物質(zhì)以相當(dāng)?shù)偷慕嵌认聸_在外來板塊的地殼之下有關(guān)[10]?？死锾貚u和小安德烈斯型的島弧是特殊情況，因?yàn)槟抢锏母_作用伴有外來板塊或它的地殼部分的上疊。在愛琴海地區(qū)，這種上疊現(xiàn)象是由于向西運(yùn)動(dòng)的安納托里亞小板塊側(cè)向擠壓，以及由于該區(qū)域巖石圈構(gòu)造破壞產(chǎn)生的異常地幔上升引起的同時(shí)拉張?jiān)斐傻?。這種機(jī)制是在分析活斷層作用后得出的[3]，并為GPS測(cè)量數(shù)據(jù)解釋結(jié)果所證實(shí)[11]。同樣的上疊現(xiàn)象也有可能出現(xiàn)在太平洋諸島弧上[12]，但是，那里大多是以俯沖作用為主。
圖1 歐亞大陸主要活斷層圖（圖上只表示出運(yùn)動(dòng)速率大于1mm/a的斷層）
本圖是由V.G.Trifonov、丁國(guó)瑜、A.I.Kozhurin和R.V.Trifonov利用國(guó)際巖石圈計(jì)劃項(xiàng)目Ⅱ－2“世界主要活斷層圖”數(shù)據(jù)庫(kù)編制而成
圖2 歐亞大陸活斷層初步圖
由V.G.Trifonov利用國(guó)際巖石圈計(jì)劃項(xiàng)目Ⅱ－2“世界主要活斷層圖”數(shù)據(jù)庫(kù)編制而成
在最大板塊匯聚和擠壓的地區(qū)，典型的碰撞和相互作用是地殼和地幔的解耦和獨(dú)立變形，有時(shí)伴有地殼分層成幾個(gè)滑塊（如旁遮普－帕米爾和阿拉伯－小高加索山弧束）。這兩個(gè)山弧束內(nèi)的上地殼活動(dòng)構(gòu)造基本上是相似的。這里推覆－褶皺構(gòu)造發(fā)育，活動(dòng)的走滑斷層廣泛分布。除轉(zhuǎn)換作用的走向滑動(dòng)使斷層一側(cè)相對(duì)另一側(cè)呈整體位移（如阿拉伯板塊和印度板塊之間接西邊界和東北邊界上的斷層）之外，還有旋轉(zhuǎn)的和使巖體拆離最大擠壓區(qū)的走滑斷層清晰可辨[6]。后兩種走滑斷層使碰撞帶橫向縮短，并使兩側(cè)巖體重新分布。
在所述的山弧束內(nèi)，下地殼和地幄（地幔頂層）的性狀是不同的。在帕米爾－喜馬拉雅地區(qū)，地幔頂層與上覆的地殼拆離開來，在某些地方已虧損和榴輝巖化了，比起周圍巖層較冷，因而密度較大，下沉在變形相當(dāng)大的地幔中[13]。這種地幔的震源帶處在達(dá)270km的深度。下地殼作為不同變形的上地殼與地幔頂層之間的邊界帶，具有最大差異運(yùn)動(dòng)和最強(qiáng)烈變形的特征。
在阿拉伯－小高加索山弧束內(nèi)及其周圍地區(qū)，地幔頂層受異常加熱，并且可能富含深地幔分異作用的產(chǎn)物。這種受加熱的地區(qū)呈現(xiàn)為年輕的橫向火山帶，在山弧束的北部稱為外高加索隆起[14]。在南面直至北面的大高加索，晚第四紀(jì)火山帶把不均質(zhì)的構(gòu)造帶同前寒武紀(jì)阿拉伯板塊分割開來。在地殼厚度約35km的阿拉伯板塊內(nèi)，出現(xiàn)具有較淺（30～40km）巖漿源的裂谷型玄武巖火山活動(dòng)。這個(gè)帶向北分割著具有地殼厚度不等（30～40km）的阿爾卑斯期強(qiáng)烈變形帶和其下的可能為中生代特提斯大洋地殼的榴輝巖化巖板。這里晚第四紀(jì)火山活動(dòng)屬于鈣堿性序列，以安山巖為主。在大高加索，由于南帶俯沖，地殼厚度增至45km，基本上為酸性火山活動(dòng)[15]。根據(jù)這些資料我們可以認(rèn)為，深部加熱帶的頂部位于30～40km的深度。這個(gè)帶不僅占據(jù)地幔，而且在南部還占據(jù)下地殼。它的存在使地殼更易于拆離，并向北擠出。最后，它使原先存在于高加索山脈的準(zhǔn)特提斯盆地完全上沖在早中新世地層之上。在高加索以西和以東，如黑海和南里海，仍保存著這個(gè)盆地系的已改組的碎塊。在高加索地區(qū)，受巖漿分異產(chǎn)物的加熱作用，和富含此產(chǎn)物的較輕的地幔頂層，沒有下沉到地幔中。但在鄰近的東面，在阿普歇倫海底山脊，向北傾斜的地幔震源帶處于深達(dá)100km的深度。
“推壓作用”是造成現(xiàn)代最大碰撞區(qū)以北變形分布和運(yùn)動(dòng)的主要機(jī)制。這在中亞和東亞的廣大地區(qū)是很特征的。這種機(jī)制與印度板塊向北漂移，引起鄰近小板塊和地殼斷塊變形和運(yùn)動(dòng)有關(guān)，而后兩者又引起相鄰構(gòu)造帶運(yùn)動(dòng)。這種變形和運(yùn)動(dòng)集中在小板塊之間和斷塊之間的邊界上，這主要取決于它們的形態(tài)。新構(gòu)造褶皺作用和拆離作用的強(qiáng)度向最大碰撞區(qū)以北和東北減弱，并被走滑運(yùn)動(dòng)為主的純斷層型構(gòu)造所取代。拉伸構(gòu)造（貝加爾和山西裂谷系）發(fā)育在大型剪切帶的彎曲段上。
現(xiàn)代地殼的拆離作用和“推壓作用”發(fā)生在歐洲阿爾卑斯和地中海區(qū)域，但是不很明顯，具有局部特征，與巖石圈的拉伸特征有關(guān)，后者以裂谷帶和對(duì)稱盆地為代表，如潘諾寧和愛琴海盆地。這種構(gòu)造的廣泛產(chǎn)出，可能與地殼較薄和巖石圈較熱（如與中亞相比）的環(huán)境中板塊和斷塊相互作用產(chǎn)生的地幔底辟作用有關(guān)。
4 利用活斷層數(shù)據(jù)確定現(xiàn)代上地殼地球動(dòng)力學(xué)
現(xiàn)在討論中亞碰撞區(qū)（北緯26°～56°、東經(jīng)64°～104°）（圖2）。它包括天山、阿爾泰、薩彥、帕米爾、興都庫(kù)什、昆侖山脈、西喜馬拉雅山脈和鄰近的阿富汗、巴基斯坦、蒙古西部及包括西藏在內(nèi)的中國(guó)西部。
我們利用活斷層參數(shù)計(jì)算了現(xiàn)代地球動(dòng)力場(chǎng)。在計(jì)算過程中不考慮活動(dòng)褶皺產(chǎn)生的變形，因?yàn)楹茈y對(duì)它進(jìn)行測(cè)量，而且與總體變形相比是較小的。利用本區(qū)域的活斷層數(shù)據(jù)建立了活斷層參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)。這些數(shù)據(jù)是在實(shí)施國(guó)際巖石圈計(jì)劃項(xiàng)目Ⅱ－2“世界主要活斷層圖”過程中收集的。首先利用了丁國(guó)瑜、N.V.Lukina、P.Molnar、T.Nakata、A.A.Nikonov、V.P.Solonenko、P.Tapponier、V.G.Trifonov、K.E.Abdrakhmatov、鄧起東、V.S.Butman、S.D.Khilko、K.G.Levi、V.I.Makarov、S.I.Sherman、A.Sinha、A.V.Timush和R.S.Yeats的文章資料建立了數(shù)據(jù)庫(kù)。
這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)包括每條斷層的如下參數(shù)：①數(shù)目和名稱（若有名稱）；②信息來源；③位置，以明確的地理坐標(biāo)的點(diǎn)數(shù)表示；④斷層面傾斜方向：NO（NE,N,NW和W），或ZU（SW,S,SE和E）；⑤傾角，度：min-mp-max；⑥運(yùn)動(dòng)的側(cè)向分量方向：D（右旋）或S（左旋）；⑦拉張分量的存在，E；⑧運(yùn)動(dòng)的垂直分量方向：R（沖斷或逆斷）或N（正斷）；⑨側(cè)向運(yùn)動(dòng)平均速率，mm/a:min-mp-max；⑩拉張的平均速率，mm/a:min-mp-max；?垂直運(yùn)動(dòng)的平均速率：mm/a,min-mp-max。其中，“min”表示參數(shù)的最小值，“mp”表示最可能的數(shù)值，“max”表示最大值。計(jì)算了晚更新世和全新世的平均速率。如果傾斜或平均速率無法用野外數(shù)據(jù)確定，我們就用斷層區(qū)的一般新構(gòu)造和地震數(shù)據(jù)計(jì)算它們的可能值范圍。平均速率可能是稀少?gòu)?qiáng)震時(shí)的蠕動(dòng)或位移的脈動(dòng)。對(duì)此我們是利用地質(zhì)、地貌和較稀少的地震或測(cè)地資料計(jì)算的。如果沿?cái)鄬拥娜魏螀?shù)（④～?）有變化，就把它分為各單獨(dú)的段。
提出一個(gè)上地殼的“流體動(dòng)力學(xué)”模型。如把活斷層的分散位移從形式上表示為大的時(shí)空范圍的粘性流體流動(dòng)的統(tǒng)一過程。這種分散－連續(xù)流動(dòng)過程的宏觀參數(shù)之一是應(yīng)變率張量。把它計(jì)算為大的時(shí)空范圍的有效平均參數(shù)。這個(gè)參數(shù)乘以粘度系數(shù)便是應(yīng)力張量。
時(shí)間條件是完全滿足的，因?yàn)椴捎昧送砀率馈率溃?0萬年）。我們只考慮上地殼層（15km）。為了滿足空間條件，這一范圍的橫向尺度（基本窗的線性尺度）必須比最大斷層要長(zhǎng)。另一方面，窗的尺度不能太大，因?yàn)槲覀儼阉紤]為流動(dòng)的基本體積。選用于計(jì)算平均變形窗的尺度將在下面敘述。
首先將斷層各單獨(dú)段再分為具有恒定走向和傾向、長(zhǎng)20～30km的基本單元。為避免位移幅度的衰減，切去斷層的端部，其長(zhǎng)度不超過斷層總長(zhǎng)的5%。單元的寬度（斷層穿透深度）與斷層長(zhǎng)度相對(duì)應(yīng)。根據(jù)文獻(xiàn)[16]：
第30屆國(guó)際地質(zhì)大會(huì)論文集 第5卷 現(xiàn)代巖石圈運(yùn)動(dòng) 地震地質(zhì)
式中：L為斷層總長(zhǎng)度；L3為單元寬度，不能超過15km。我們引入數(shù)值：
第30屆國(guó)際地質(zhì)大會(huì)論文集 第5卷 現(xiàn)代巖石圈運(yùn)動(dòng) 地震地質(zhì)
式中：S為沿單元的位移向量大小，L1為單元長(zhǎng)度。我們稱M為“幾何矩”。按這個(gè)值的意義，它乘上斷層的干摩擦系數(shù)即為作用于單元的力矩。它類似于一個(gè)震源的地震矩[17]，對(duì)于任何一個(gè)基本窗，可以引入正交坐標(biāo)系x,y,z（分別為東、北和垂直向上方向）。然后，由下式確定幾何矩張量M的分量：
第30屆國(guó)際地質(zhì)大會(huì)論文集 第5卷 現(xiàn)代巖石圈運(yùn)動(dòng) 地震地質(zhì)
式中：l,m=x,y,z;ls、ln和ms、mn為局部坐標(biāo)系方向的余弦（n是垂直于單元面的法線，s是沿單元的位移向量方向）。每個(gè)窗內(nèi)張量的所有相似分量（3）經(jīng)求和與歸一化處理，變?yōu)閱挝淮绑w積和時(shí)間的量：
第30屆國(guó)際地質(zhì)大會(huì)論文集 第5卷 現(xiàn)代巖石圈運(yùn)動(dòng) 地震地質(zhì)
式中：n是任何窗內(nèi)的單元數(shù)量；△V是窗面積乘以活動(dòng)層厚度（15km）；△T是晚更新世和全新世時(shí)間段。根據(jù)B.V.Kostrov[17]，
是活斷層運(yùn)動(dòng)所造成的應(yīng)變率張量的某分量在窗內(nèi)的平均值。
利用已知的巖石力學(xué)方法[18]，計(jì)算了主變形率（M1,M2,M3），并把它規(guī)定在窗中心。
將研究的區(qū)域按地理經(jīng)緯度劃分成兩種方式的基本窗：第一種是大小為1°×1.25°、不重疊的窗，第二種是大小為3°×3.75°，步長(zhǎng)分別為1°和1.25°的窗。第一種劃分較詳細(xì)，只用于計(jì)算基本變形的方向。第二種劃分顯示平滑的圖案，用于計(jì)算基本變形的方向和大小。于是，變形率向量用基本縮短和伸長(zhǎng)的方向（圖3和圖4）和大小的等值線表示（圖5和圖6）。
本區(qū)的主縮短軸（圖3）全是近水平的，大部分地區(qū)內(nèi)大致為北走向。這點(diǎn)在平滑的圖上更清楚，但在詳細(xì)的圖上可以清楚地看到偏離這個(gè)總方向的殘差。它們出現(xiàn)在旁遮普山弧束兩側(cè)：在山弧束以東的塔吉克盆地東部、卑路支斯坦和阿富汗東北部，以及更顯著的是在山弧束以東的活動(dòng)帶內(nèi)，如阿爾金山脈的走滑帶、西藏北部、戈壁阿爾泰、杭愛（蒙古北部）和薩彥東北部。在西藏東緣和柴達(dá)木，主縮短軸幾乎為正東走向。
在這兩個(gè)“異?！睅?nèi)主伸長(zhǎng)軸（圖4）也是近水平的，說明沿這兩個(gè)帶的運(yùn)動(dòng)是走滑的。更復(fù)雜的情況出現(xiàn)在塔吉克盆地東部和卑路支斯坦，那里的主伸長(zhǎng)軸是近直立的，相當(dāng)于沖斷層運(yùn)動(dòng)。
在本區(qū)大部分范圍內(nèi)，縮短軸和伸長(zhǎng)軸都是近平行的，具有大致正北向的主縮短。它顯示走滑運(yùn)動(dòng)為主。后者似乎是研究區(qū)的最普遍的運(yùn)動(dòng)類型。同時(shí)，有些地區(qū)主伸長(zhǎng)的方向幾乎成為直立的。如喜馬拉雅大部分地區(qū)、天山西部和東南部、阿爾泰東南部和薩彥。顯然，這些地區(qū)的主要運(yùn)動(dòng)類型是沖斷層活動(dòng)。有趣的是，有些被活斷層輕微破壞的斷塊內(nèi)，往往觀察到近直立的主伸長(zhǎng)方向，如西藏北部、柴達(dá)木、準(zhǔn)噶爾盆地北部和內(nèi)蒙古。除西藏之外，這些地區(qū)大多以大規(guī)模弱變形的山間盆地為代表。這些盆地內(nèi)的地殼根部和上地殼底部相對(duì)于鄰近山脈是隆起的。盆地內(nèi)垂向伸長(zhǎng)和地表相對(duì)沉陷相結(jié)合是不平常的，需要補(bǔ)充研究。
主縮短率M3（圖5）和主伸長(zhǎng)率大小M1的空間分布（圖6）表明，它們?cè)诒緟^(qū)的大部分范圍內(nèi)差別不大。這意味著變形顯然是雙軸的，相當(dāng)于巖石力學(xué)的純剪切變形。然而，有些地區(qū)具有較大幅度的主縮短率M3（圖5）和主伸長(zhǎng)率M1，而且M3M1。最大幅度的M2，即M3與M1的最大差值出現(xiàn)在蒙古阿爾泰的科布多斷層北端、塔拉斯—費(fèi)爾干斷層帶、天山南部和中部的鄰近部分、帕米爾北部（彼得一世山脈）、阿富汗法伊扎巴德以南的查曼斷層和赫拉特?cái)鄬咏唤訋В约跋柴R拉雅山脈的阿薩姆和比哈爾地震的震中帶。在西藏東北側(cè)，M2也相當(dāng)大，但較上述地區(qū)為小。
圖3 研究區(qū)主縮短的方向線長(zhǎng)同它們與垂線形成的夾角成比例
圖4 研究區(qū)主伸長(zhǎng)的方向線長(zhǎng)同它們與垂線形成的夾角成比例
圖5 研究區(qū)主縮短率（M3）的大小按窗口大小為3°×3.75°計(jì)算；圖中數(shù)字的數(shù)量級(jí)為10-9
圖6 研究區(qū)主伸長(zhǎng)率（M1）的大小按窗口大小為3°×3.75°計(jì)算；圖中數(shù)字的數(shù)量級(jí)為10-9
在分析變形率大小時(shí)，我們注意到，最大變形率出現(xiàn)在印度板塊的現(xiàn)代北界：喜馬拉雅山脈、帕米爾—喀拉昆侖斷層、帕米爾山脈北側(cè)和鄰近的南天山部分（包括塔拉斯—費(fèi)爾干斷層中段）、達(dá)爾瓦茲斷層和查曼斷層。較小而足夠大的變形率出現(xiàn)在西藏東邊界（云南北部）、阿爾金山脈中部和海源走滑斷層帶（即柴達(dá)木盆地西北和東北側(cè)）、準(zhǔn)噶爾斷層西北端及蒙古的阿爾泰等地。所有這些地區(qū)都是造山帶內(nèi)小板塊的現(xiàn)代邊界帶。
5 結(jié)論
曾有人指出[19]，現(xiàn)代構(gòu)造現(xiàn)象的形成是開放構(gòu)造體系相互作用的結(jié)果。這些體系是一組相互聯(lián)結(jié)在特定規(guī)模地質(zhì)環(huán)境中的自然作用。這些自然作用直接或間接導(dǎo)致巖石圈運(yùn)動(dòng)和各種形態(tài)的構(gòu)造發(fā)育。同時(shí)，一個(gè)構(gòu)造體系即一種構(gòu)造－應(yīng)力體系，是介質(zhì)組織在某種程度上由于一種參數(shù)偏離其平衡狀態(tài)而出現(xiàn)的，這些參數(shù)可以把它描述為熱力學(xué)體系。這個(gè)體系的等級(jí)是用其中各單元間聯(lián)結(jié)閉合的區(qū)域規(guī)模來表示的。在此意義下，我們有全球規(guī)模體系和不同等級(jí)的局部區(qū)域體系。
全球體系是板塊構(gòu)造的變更形式，它考慮巖石圈各層的拆離作用、各層相對(duì)獨(dú)立的變形以及這些作用的地球動(dòng)力學(xué)和構(gòu)造結(jié)果[20]。局部體系的規(guī)模和構(gòu)造表現(xiàn)不一。它們是由外部因素即全球體系或更大的局部體系內(nèi)的各種作用產(chǎn)生的。例如，異常地幔的上隆造成上地殼變形。另一方面，由于地殼斷塊間的相互作用引起的巖石圈破裂，會(huì)使密度減低，引起地幔加熱，導(dǎo)致火山和構(gòu)造形成。
我們討論過由于侵蝕和沉積作用導(dǎo)致均衡喪失的補(bǔ)償對(duì)山脈隆起和山間盆地發(fā)育的影響。構(gòu)造體系的更復(fù)雜的相互作用表現(xiàn)在芬蘭斯堪的納維亞的全新世斷層活動(dòng)，在那里作為厚的大陸巖石圈對(duì)大西洋擴(kuò)張的反應(yīng)的橫向（NW-SE）擠壓，與冰川載荷消除后的不均一均衡隆起相互作用。地震與活斷層的聯(lián)系是明顯的，但我們還發(fā)現(xiàn)，在阿拉伯－高加索區(qū)域強(qiáng)震與具有超基性巖的蛇綠巖帶之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系[21]。大概超基性巖轉(zhuǎn)變?yōu)樯呒y巖時(shí)會(huì)增大巖石的體積，產(chǎn)生一種參與地震蘊(yùn)育過程的附加應(yīng)力。
Teilhard de Chardin[22]用無限時(shí)間結(jié)構(gòu)的瞬間斷面表示現(xiàn)今的時(shí)間。地質(zhì)構(gòu)造決定著該區(qū)域的活動(dòng)構(gòu)造的多種特殊性。類似的而不同發(fā)育的構(gòu)造，可以根據(jù)活動(dòng)構(gòu)造特征來判別。例如，亞得里亞山弧束，在漸新世時(shí)類似于現(xiàn)今的阿拉伯－小高加索和旁遮普－帕米爾山弧束，后來受到改造。它的活斷層作用顯示出一些新的構(gòu)造單元與老的繼續(xù)發(fā)育的山弧束片段的結(jié)合。
因此，活動(dòng)斷層作用是現(xiàn)今處于不同演化階段的不同構(gòu)造體系復(fù)雜相互作用的結(jié)果。
致謝 本研究由國(guó)際巖石圈計(jì)劃項(xiàng)目Ⅱ－2和國(guó)際科學(xué)基金會(huì)項(xiàng)目MPJ000資助完成的。
（沈德富澤，葉洪校）
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《超能力特警組：戰(zhàn)斗》(F.E.A.R Combat)簡(jiǎn)體中文聯(lián)機(jī)硬盤版
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·最新游戲引擎技術(shù)：完全支持 DirectX 9，從 pixel lighting(像素打光運(yùn)算模式)、shadow volumes、normal mapping 貼圖技術(shù)到 advanced shaders(進(jìn)階材質(zhì)設(shè)定)等，每一項(xiàng)都讓游戲畫面提升至新的層次，Havok 2 Game Dynamics 更讓游戲的環(huán)境隨著玩者的動(dòng)作而有極為擬真的反應(yīng)，墻上留下的彈孔、敵人身上的窟窿都能真實(shí)呈現(xiàn)。
在本作中，敵人將以戰(zhàn)術(shù)小隊(duì)的形式包抄玩家，敵人不僅裝備先進(jìn)，并且擁有神秘力量。制作組力圖讓玩家在游戲過程中體驗(yàn)電影般的感覺，作為一款FPS游戲，本作采用的“黑客帝國(guó)”式慢動(dòng)作系統(tǒng)可謂精彩絕倫，將會(huì)讓玩家看見慢動(dòng)作狀態(tài)下，空氣的變形特效。玩家所在的F.E.A.R.部隊(duì)擁有世界上最先進(jìn)的武器，諸如螺旋導(dǎo)彈發(fā)射器、核子炸藥、極速加農(nóng)炮等重型武器讓游戲畫面顯得極度火爆。游戲劇情融合了靈異與科幻的要素，頗有《X檔案》的懸疑感覺。作為新一代FPS游戲，本作的畫面表現(xiàn)也十分出色，游戲完全支持DirectX 9，pixel lighting、shadow volumes、normal mapping、advanced shaders等最新圖形技術(shù)全部應(yīng)用其中，新一代Havok 2物理引擎使得場(chǎng)景的互動(dòng)程度更高，玩家將會(huì)看見留在敵人身上的彈孔里鮮血一滴一滴的落下。負(fù)責(zé)本作開發(fā)的是擁有極強(qiáng)技術(shù)實(shí)力的Monolith，相信將會(huì)給玩家?guī)砣赂杏X。
由于與各種超自然靈異現(xiàn)象掛鉤，本作中當(dāng)然會(huì)出現(xiàn)很多不可思議的事，甚至玩家所扮演的角色也有一些非常驚人的動(dòng)作。例如你可以讓時(shí)間變慢，總體表現(xiàn)與《黑客帝國(guó)》的彈道時(shí)間很象，不過在FPS中可是相當(dāng)罕見的。玩家還可以跳到半空中向下踢對(duì)方，這在FPS游戲中更是聞所未聞的。
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