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計算機輔助軟件CAD的開(kāi)發(fā)與應用論文
CAD是一款用于圖形繪制處理的輔助計算機軟件，各種以CAD技術(shù)為基礎的計算機繪圖軟件種類(lèi)也較為多樣。
該軟件設計人性化，操作簡(jiǎn)單容易上手，圖形繪制處理功能強大，具有良好的兼容能力，被廣泛應用于各行各業(yè)。本文從CAD發(fā)展歷程切入，簡(jiǎn)要分析其技術(shù)的基本原理特點(diǎn)，以及開(kāi)發(fā)應用。
CAD是目前使用率最高的計算機繪圖軟件，其強大的功能，優(yōu)良的兼容性，都使其在實(shí)際運用中給使用者提供了最好的感受。它是一個(gè)開(kāi)放的平臺，可以在目前基礎上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，不斷提升相應功能和性能，以給使用者更完美的體驗。
一、CAD發(fā)展歷程簡(jiǎn)述
CAD是Computer Aided Design的簡(jiǎn)稱(chēng)，在上世紀六十年代由美國麻省理工學(xué)院提出。但限于當時(shí)硬件設施水平，只有美國通用汽車(chē)公司和波音汽車(chē)公司自主開(kāi)發(fā)了交互式的繪圖系統。直到上世紀七十年代，相關(guān)硬件設施水平不斷提高，交互式繪圖系統才在美國工業(yè)界逐步推廣。
到了上世紀八十年代，在PC機迅速推廣之后，其技術(shù)迎來(lái)了快速發(fā)展，甚至出現CAD系統專(zhuān)業(yè)開(kāi)發(fā)公司。Autodesk公司開(kāi)發(fā)的CAD系統因其可免費拷貝得到了業(yè)界的廣泛使用，加之該系統具有一定開(kāi)放性，促使該系統得以迅速升級，通過(guò)不斷發(fā)展，才有了今天所使用的CAD。
我國CAD技術(shù)是在國外CAD平臺基礎上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)得到的，隨著(zhù)我國經(jīng)濟不斷發(fā)展，各行各業(yè)對其技術(shù)的需求日益提升，國內眾多開(kāi)發(fā)商對該技術(shù)進(jìn)行了二次開(kāi)發(fā)，使其真正在國內得以普及。目前，國內技術(shù)開(kāi)發(fā)商不僅在提供優(yōu)秀的軟件平臺，更在積極推進(jìn)國內CAD技術(shù)產(chǎn)業(yè)聚合，以期形成國產(chǎn)CAD聯(lián)盟，為國內經(jīng)濟發(fā)展和技術(shù)升級作出重大貢獻。
二、CAD基礎技術(shù)簡(jiǎn)介
CAD作為輔助計算機繪圖軟件，在各行各業(yè)中均得到了廣泛的應用，諸如設計行業(yè)、制造行業(yè)、建筑行業(yè)等。CAD的技術(shù)基礎主要可以分為兩類(lèi)，一類(lèi)是參數化造型，一類(lèi)是變量化造型，這兩種造型理論都是以實(shí)際數據作為約束條件的造型技術(shù)。
參數化造型技術(shù)是編程者提前設定幾何圖形的尺寸約束條件，以便使用者在造型過(guò)程中使用。幾何圖形所包含的所有尺寸參數，都可以用對應的坐標來(lái)表示，這些坐標還可以生產(chǎn)另外的幾何圖形。參數化造型有四個(gè)方面的特點(diǎn)，分別是全尺寸約束、基于特征、全數據相關(guān)和尺寸驅動(dòng)設計。全尺寸約束主要是指參數化造型將圖形尺寸和形狀結合到一起，通過(guò)實(shí)際尺寸數據對圖形形狀形成進(jìn)行控制。
基于特征主要是指將幾何圖形具有代表性的尺寸參數定設為特征，并將這些尺寸參數存儲起來(lái)，作為可調參數以生成實(shí)體。尺寸驅動(dòng)設計主要是指通過(guò)編輯圖形的尺寸參數就可以起到改變圖形形狀的作用。全數據相關(guān)主要是指修改圖形尺寸參數會(huì )導致圖形其他尺寸全部更新。
變量化造型技術(shù)的基礎是參數化造型，通過(guò)改進(jìn)參數化造型而產(chǎn)生的設計思想。變量化造型保留了參數化造型的一部分設計特點(diǎn)，但在約束定義這方面做出了重要的改進(jìn)。變量化造型技術(shù)將尺寸參數的約束條件進(jìn)一步劃分成形狀條件約束和尺寸條件約束，消除了參數化造型單一尺寸約束所存在的缺陷。
三、CAD軟件開(kāi)發(fā)
1.CAD軟件開(kāi)發(fā)的必要性
隨著(zhù)該技術(shù)普及，各行各業(yè)對專(zhuān)業(yè)性CAD軟件的需求也在與日俱增。雖然現在有許多不同類(lèi)別的CAD軟件，但是大部分都是通用型的CAD軟件，缺少一些專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)支持，給該技術(shù)的發(fā)展形成了一定阻礙。不僅如此，在使用通用性軟件時(shí)，經(jīng)常會(huì )遇到一些不便之處，比如一些專(zhuān)業(yè)曲線(xiàn)的繪制、常用機械零件的繪制以及一些標準參數設計公式的查詢(xún)運用等，在通用軟件中這些功能都比較缺乏。因此，根據不同行業(yè)的不同需要，在現有的技術(shù)基礎上，對其進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，擴充其功能的覆蓋范圍，使其更具有針對性，是十分必要的。
2.CAD軟件開(kāi)發(fā)內容及要求
開(kāi)發(fā)CAD技術(shù)應該從三個(gè)方面入手，一是根據設計任務(wù)和功能要求編寫(xiě)各種用戶(hù)自定義函數、設計人機交互界面和建立所需的數據圖塊文件庫，并形成若干類(lèi)型文件;二是根據使用者的要求建立更人性化的管理菜單MNU，這可以在CAD原菜單的基礎上根據使用者所需加入相應內容，甚至還可以直接添加相應的菜單文件，然后通過(guò)交互方式添加到該系統中;三是為了方便CAD軟件系統進(jìn)行初始化操作，可以在A(yíng)CAD.LSP等文件中加入一些優(yōu)化內容。
CAD開(kāi)發(fā)要滿(mǎn)足幾個(gè)基本要求，一是正確性，滿(mǎn)足相關(guān)功能要求，結果正確。二是可靠性，軟件運行狀態(tài)優(yōu)良，容錯率高。三是完整性，相關(guān)程序和文檔資料齊全。四是實(shí)用性，軟件界面設計要便于操作。五是可維護性，能夠簡(jiǎn)便地修改軟件程序以及功能部分擴充。
3.CAD開(kāi)發(fā)手段
由于軟件類(lèi)型較多，這里以Auto CAD為例進(jìn)行分析。對其進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，主要使用的工具有Visual Lisp、VBA、ADS、ObjectARX和API等。
Visual Lisp是lisp的延伸與拓展，是Lisp語(yǔ)言的可視化開(kāi)發(fā)技術(shù)，該技術(shù)使Lisp開(kāi)發(fā)工具得到了質(zhì)的提升。其主要有以下特點(diǎn)。一是能夠兼容lisp。二是其開(kāi)發(fā)環(huán)境是可視化的。三是能夠面向對象特性。四是其具有即插即用的模塊。五是能夠把lisp的信息源代碼編譯成可讀二進(jìn)制代碼，也能夠編譯成ObjectARX應用程序，使系統的效率更高。五是能夠保護源程序代碼，是系統安全性更高。
VBA被集成到CAD中，其不僅為使用者訪(fǎng)問(wèn)CAD系統框架提供了一種全新的手段，也給開(kāi)發(fā)者開(kāi)發(fā)CAD系統創(chuàng )造了新的模式。ActiveX自動(dòng)化結合對象模型存在于CAD2000以上版本和VBA中，是一種定制CAD系統模型構架的全新方式。借由VBA技術(shù)，使用者不但可以通過(guò)操作CAD系統控制ActiveX等應用程序，而且可以在這些程序之間形成互易活動(dòng)。
ADS的全稱(chēng)是Auto CAD Development System，其是CAD的C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)系統。ADS的本質(zhì)是利用使用者所熟知的各類(lèi)C語(yǔ)言編譯方式，將CAD中的程序目標庫及源文件編譯成可執行的文件，并且在CAD環(huán)境下實(shí)現運行。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，ADS程序就是可以在CAD環(huán)境中直接運行的可執行型的文件。由于A(yíng)DS采用了結構化的編程模式，因此不僅具備了高強度的數據處理能力，而且運行速度很快。
ObjectARX是一種以C++為編程語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)工具，其編程原理就是面向對象，并且可以和CAD系統形成交互的開(kāi)發(fā)環(huán)境，使用者能夠按照自身實(shí)際需要進(jìn)行應用程序開(kāi)發(fā)，其已經(jīng)成為CAD開(kāi)發(fā)的有效工具。在CAD系統文件中并沒(méi)有包含ObjectARX，使用者可以根據需要到相關(guān)網(wǎng)站下載。ObjectARX 最初版本是針對CAD2000推出的，該版本能夠對CAD相關(guān)事物進(jìn)行面向對象的先進(jìn)的設計和開(kāi)發(fā)，所開(kāi)發(fā)出的相關(guān)應用程序具有集成度高、穩定性好和運行速度快等特點(diǎn)。
四、CAD技術(shù)實(shí)際開(kāi)發(fā)應用
1.開(kāi)發(fā)CAD菜單實(shí)現圖塊管理
在日常的繪圖過(guò)程中，一般會(huì )累積許多圖塊文件，這些圖塊文件如果只是隨意的存放在硬盤(pán)上，要使用時(shí)會(huì )難以及時(shí)找到。如果在CAD菜單中作相應的開(kāi)發(fā)，加入圖塊管理的功能，則可解決這一問(wèn)題。下面以Auto CAD軟件為例，分析這一功能的應用實(shí)現。
首先，需要明確CAD的菜單結構和類(lèi)型。在CAD軟件中，一般包括了屏幕菜單、圖標菜單、按鈕菜單、下拉菜單和輔助菜單等類(lèi)別，這些菜單的功能一般由相關(guān)文件acad.mns和acad.mnu來(lái)進(jìn)行定義。其中acad.mnu是文本文件，可以用任意的文本處理軟件來(lái)修改編輯，其在編譯后的文件是acad.mnx。菜單文件使用豎形結構，一般由20個(gè)單節構成，菜單節的起始是菜單節名，在之下還有子菜單節，子菜單節的起始是子菜單節名，子菜單節名可以根據使用者需要指定，但是各子菜單節名不可重復。
其次，是建立圖標菜單。建立圖標菜單通過(guò)四個(gè)步驟完成，第一，是把相關(guān)圖塊資料整理編輯做成幻燈片。第二，是用slidelib.exe程序把前一步編輯的幻燈片整理成庫。第三，是編輯acad.mnu文件中的相應圖片。第四，是在屏幕菜單或下拉菜單中添加新建的圖標菜單或者建立lisp調用程序。
2.CAD軟件與其他應用程序集成應用研究
這里還是以Auto CAD軟件為例進(jìn)行分析。在R14中通過(guò)ActiveX Automation技術(shù)，就可以讓使用者借由可視化的編程工具對CAD系統進(jìn)行深度開(kāi)發(fā)，可以有效提升工作效率。相關(guān)應用程序能夠通過(guò)該技術(shù)對暴露CAD中的各級對象進(jìn)行操作，進(jìn)一步控制CAD系統相關(guān)工作。各級CAD對象都具有不同的對應方法和特性，通過(guò)各級對象的對應方法能夠對相應對象進(jìn)行部分操作。
比如，要在CAD系統中實(shí)現塊的統計，并以詳細圖標的形式表達，就可以利用該技術(shù)來(lái)實(shí)現。首先，可以運用Get Object函數連接到Excel表格處理軟件;其次，在Excel處理軟件中激活Sheet 1頁(yè)面并使其成為當前頁(yè)面;再次在CAD中找出所需統計的塊，并將相關(guān)信息保存到Sheet 1頁(yè)面上;接著(zhù)，對CAD數據庫進(jìn)行全面搜索，統計所需相關(guān)塊的數量;最后，在Sheet 1頁(yè)面進(jìn)行編制，并生成相應圖表。
結束語(yǔ)
CAD軟件雖然類(lèi)型眾多，但其基本技術(shù)原理大致相同，數據編輯接口也是廣泛通用的幾種模式。該軟件是一個(gè)開(kāi)放的平臺，因此需要各方不斷努力，對其技術(shù)進(jìn)行深度開(kāi)發(fā)，使該軟件能夠應用于各個(gè)不同的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域。
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