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計算機輔助軟件CAD的開發(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技術為基礎的計算機繪圖軟件種類也較為多樣。
該軟件設計人性化，操作簡單容易上手，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，簡要分析其技術的基本原理特點，以及開發(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，都使其在實際運用中給使用者提供了最好的感受。它是一個開放的平臺，可以在目前基礎上進行二次開發(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)展歷程簡述
CAD是Computer Aided Design的簡稱，在上世紀六十年代由美國麻省理工學院提出。但限于當時硬件設施水平，只有美國通用汽車公司和波音汽車公司自主開發(fā)了交互式的繪圖系統(tǒng)。直到上世紀七十年代，相關硬件設施水平不斷提高，交互式繪圖系統(tǒng)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，其技術迎來了快速發(fā)展，甚至出現(xiàn)CAD系統(tǒng)專業(yè)開發(fā)公司。Autodesk公司開發(fā)的CAD系統(tǒng)因其可免費拷貝得到了業(yè)界的廣泛使用，加之該系統(tǒng)具有一定開放性，促使該系統(tǒng)得以迅速升級，通過不斷發(fā)展，才有了今天所使用的CAD。
我國CAD技術是在國外CAD平臺基礎上進行二次開發(fā)得到的，隨著我國經濟不斷發(fā)展，各行各業(yè)對其技術的需求日益提升，國內眾多開發(fā)商對該技術進行了二次開發(fā)，使其真正在國內得以普及。目前，國內技術開發(fā)商不僅在提供優(yōu)秀的軟件平臺，更在積極推進國內CAD技術產業(yè)聚合，以期形成國產CAD聯(lián)盟，為國內經濟發(fā)展和技術升級作出重大貢獻。
二、CAD基礎技術簡介
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的技術基礎主要可以分為兩類，一類是參數(shù)化造型，一類是變量化造型，這兩種造型理論都是以實際數(shù)據(jù)作為約束條件的造型技術。
參數(shù)化造型技術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程中使用。幾何圖形所包含的所有尺寸參數(shù)，都可以用對應的坐標來表示，這些坐標還可以生產另外的幾何圖形。參數(shù)化造型有四個方面的特點，分別是全尺寸約束、基于特征、全數(shù)據(jù)相關和尺寸驅動設計。全尺寸約束主要是指參數(shù)化造型將圖形尺寸和形狀結合到一起，通過實際尺寸數(shù)據(jù)對圖形形狀形成進行控制。
基于特征主要是指將幾何圖形具有代表性的尺寸參數(shù)定設為特征，并將這些尺寸參數(shù)存儲起來，作為可調參數(shù)以生成實體。尺寸驅動設計主要是指通過編輯圖形的尺寸參數(shù)就可以起到改變圖形形狀的作用。全數(shù)據(jù)相關主要是指修改圖形尺寸參數(shù)會導致圖形其他尺寸全部更新。
變量化造型技術的基礎是參數(shù)化造型，通過改進參數(shù)化造型而產生的設計思想。變量化造型保留了參數(shù)化造型的一部分設計特點，但在約束定義這方面做出了重要的改進。變量化造型技術將尺寸參數(shù)的約束條件進一步劃分成形狀條件約束和尺寸條件約束，消除了參數(shù)化造型單一尺寸約束所存在的缺陷。
三、CAD軟件開發(fā)
1.CAD軟件開發(fā)的必要性
隨著該技術普及，各行各業(yè)對專業(yè)性CAD軟件的需求也在與日俱增。雖然現(xiàn)在有許多不同類別的CAD軟件，但是大部分都是通用型的CAD軟件，缺少一些專業(yè)領域的技術支持，給該技術的發(fā)展形成了一定阻礙。不僅如此，在使用通用性軟件時，經常會遇到一些不便之處，比如一些專業(yè)曲線的繪制、常用機械零件的繪制以及一些標準參數(shù)設計公式的查詢運用等，在通用軟件中這些功能都比較缺乏。因此，根據(jù)不同行業(yè)的不同需要，在現(xiàn)有的技術基礎上，對其進行二次開發(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軟件開發(fā)內容及要求
開發(fā)CAD技術應該從三個方面入手，一是根據(jù)設計任務和功能要求編寫各種用戶自定義函數(shù)、設計人機交互界面和建立所需的數(shù)據(jù)圖塊文件庫，并形成若干類型文件;二是根據(jù)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(jù)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，然后通過交互方式添加到該系統(tǒng)中;三是為了方便CAD軟件系統(tǒng)進行初始化操作，可以在ACAD.LSP等文件中加入一些優(yōu)化內容。
CAD開發(fā)要滿足幾個基本要求，一是正確性，滿足相關功能要求，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，相關程序和文檔資料齊全。四是實用性，軟件界面設計要便于操作。五是可維護性，能夠簡便地修改軟件程序以及功能部分擴充。
3.CAD開發(fā)手段
由于軟件類型較多，這里以Auto CAD為例進行分析。對其進行二次開發(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語言的可視化開發(fā)技術，該技術使Lisp開發(fā)工具得到了質的提升。其主要有以下特點。一是能夠兼容lisp。二是其開發(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制代碼，也能夠編譯成ObjectARX應用程序，使系統(tǒng)的效率更高。五是能夠保護源程序代碼，是系統(tǒng)安全性更高。
VBA被集成到CAD中，其不僅為使用者訪問CAD系統(tǒng)框架提供了一種全新的手段，也給開發(fā)者開發(fā)CAD系統(tǒng)創(chuàng)造了新的模式。ActiveX自動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(tǒng)模型構架的全新方式。借由VBA技術，使用者不但可以通過操作CAD系統(tǒng)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。
ADS的全稱是Auto CAD Development System，其是CAD的C語言開發(fā)系統(tǒng)。ADS的本質是利用使用者所熟知的各類C語言編譯方式，將CAD中的程序目標庫及源文件編譯成可執(zhí)行的文件，并且在CAD環(huán)境下實現(xiàn)運行。簡單來說，ADS程序就是可以在CAD環(huán)境中直接運行的可執(zhí)行型的文件。由于ADS采用了結構化的編程模式，因此不僅具備了高強度的數(shù)據(jù)處理能力，而且運行速度很快。
ObjectARX是一種以C++為編程語言的開發(fā)工具，其編程原理就是面向對象，并且可以和CAD系統(tǒng)形成交互的開發(fā)環(huán)境，使用者能夠按照自身實際需要進行應用程序開發(fā)，其已經成為CAD開發(fā)的有效工具。在CAD系統(tǒng)文件中并沒有包含ObjectARX，使用者可以根據(jù)需要到相關網站下載。ObjectARX 最初版本是針對CAD2000推出的，該版本能夠對CAD相關事物進行面向對象的先進的設計和開發(fā)，所開發(fā)出的相關應用程序具有集成度高、穩(wěn)定性好和運行速度快等特點。
四、CAD技術實際開發(fā)應用
1.開發(fā)CAD菜單實現(xiàn)圖塊管理
在日常的繪圖過程中，一般會累積許多圖塊文件，這些圖塊文件如果只是隨意的存放在硬盤上，要使用時會難以及時找到。如果在CAD菜單中作相應的開發(fā)，加入圖塊管理的功能，則可解決這一問題。下面以Auto CAD軟件為例，分析這一功能的應用實現(xiàn)。
首先，需要明確CAD的菜單結構和類型。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別，這些菜單的功能一般由相關文件acad.mns和acad.mnu來進行定義。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個單節(jié)構成，菜單節(jié)的起始是菜單節(jié)名，在之下還有子菜單節(jié)，子菜單節(jié)的起始是子菜單節(jié)名，子菜單節(jié)名可以根據(jù)使用者需要指定，但是各子菜單節(jié)名不可重復。
其次，是建立圖標菜單。建立圖標菜單通過四個步驟完成，第一，是把相關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軟件為例進行分析。在R14中通過ActiveX Automation技術，就可以讓使用者借由可視化的編程工具對CAD系統(tǒng)進行深度開發(fā)，可以有效提升工作效率。相關應用程序能夠通過該技術對暴露CAD中的各級對象進行操作，進一步控制CAD系統(tǒng)相關工作。各級CAD對象都具有不同的對應方法和特性，通過各級對象的對應方法能夠對相應對象進行部分操作。
比如，要在CAD系統(tǒng)中實現(xiàn)塊的統(tǒng)計，并以詳細圖標的形式表達，就可以利用該技術來實現(xiàn)。首先，可以運用Get Object函數(shù)連接到Excel表格處理軟件;其次，在Excel處理軟件中激活Sheet 1頁面并使其成為當前頁面;再次在CAD中找出所需統(tǒng)計的塊，并將相關信息保存到Sheet 1頁面上;接著，對CAD數(shù)據(jù)庫進行全面搜索，統(tǒng)計所需相關塊的數(shù)量;最后，在Sheet 1頁面進行編制，并生成相應圖表。
結束語
CAD軟件雖然類型眾多，但其基本技術原理大致相同，數(shù)據(jù)編輯接口也是廣泛通用的幾種模式。該軟件是一個開放的平臺，因此需要各方不斷努力，對其技術進行深度開發(fā)，使該軟件能夠應用于各個不同的專業(yè)領域。
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