试论计算机辅助软件CAD的开发与应用

　　CAD是一款用于图形绘制处理的辅助计算机软件，各种以CAD技术为基础的计算机绘图软件种类也较为多样。该软件设计人性化，操作简单容易上手，图形绘制处理功能强大，具有良好的兼容能力，被广泛应用于各行各业。本文从CAD发展历程切入，简要分析其技术的基本原理特点，以及开发应用。

　　CAD是目前使用率最高的计算机绘图软件，其强大的功能，优良的兼容性，都使其在实际运用中给使用者提供了最好的感受。它是一个开放的平台，可以在目前基础上进行二次开发，不断提升相应功能和性能，以给使用者更完美的体验。

　　一、CAD发展历程简述

　　CAD是Computer Aided Design的简称，在上世纪六十年代由美国麻省理工学院提出。但限于当时硬件设施水平，只有美国通用汽车公司和波音汽车公司自主开发了交互式的绘图系统。直到上世纪七十年代，相关硬件设施水平不断提高，交互式绘图系统才在美国工业界逐步推广。到了上世纪八十年代，在PC机迅速推广之后，其技术迎来了快速发展，甚至出现CAD系统专业开发公司。Autodesk公司开发的CAD系统因其可免费拷贝得到了业界的广泛使用，加之该系统具有一定开放性，促使该系统得以迅速升级，通过不断发展，才有了今天所使用的CAD。

　　我国CAD技术是在国外CAD平台基础上进行二次开发得到的，随着我国经济不断发展，各行各业对其技术的需求日益提升，国内众多开发商对该技术进行了二次开发，使其真正在国内得以普及。目前，国内技术开发商不仅在提供优秀的软件平台，更在积极推进国内CAD技术产业聚合，以期形成国产CAD联盟，为国内经济发展和技术升级作出重大贡献。

　　二、CAD基础技术简介

　　CAD作为辅助计算机绘图软件，在各行各业中均得到了广泛的应用，诸如设计行业、制造行业、建筑行业等。CAD的技术基础主要可以分为两类，一类是参数化造型，一类是变量化造型，这两种造型理论都是以实际数据作为约束条件的造型技术。

参数化造型技术是编程者提前设定几何图形的尺寸约束条件，以便使用者在造型过程中使用。几何图形所包含的所有尺寸参数，都可以用对应的坐标来表示，这些坐标还可以生产另外的几何图形。参数化造型有四个方面的特点，分别是全尺寸约束、基于特征、全数据相关和尺寸驱动设计。全尺寸约束主要是指参数化造型将图形尺寸和形状结合到一起，通过实际尺寸数据对图形形状形成进行控制。

基于特征主要是指将几何图形具有代表性的尺寸参数定设为特征，并将这些尺寸参数存储起来，作为可调参数以生成实体。尺寸驱动设计主要是指通过编辑图形的尺寸参数就可以起到改变图形形状的作用。全数据相关主要是指修改图形尺寸参数会导致图形其他尺寸全部更新。

　　变量化造型技术的基础是参数化造型，通过改进参数化造型而产生的设计思想。变量化造型保留了参数化造型的一部分设计特点，但在约束定义这方面做出了重要的改进。变量化造型技术将尺寸参数的约束条件进一步划分成形状条件约束和尺寸条件约束，消除了参数化造型单一尺寸约束所存在的缺陷。

　　三、CAD软件开发

　　软件开发的必要性

　　随着该技术普及，各行各业对专业性CAD软件的需求也在与日俱增。虽然现在有许多不同类别的CAD软件，但是大部分都是通用型的CAD软件，缺少一些专业领域的技术支持，给该技术的发展形成了一定阻碍。不仅如此，在使用通用性软件时，经常会遇到一些不便之处，比如一些专业曲线的绘制、常用机械零件的绘制以及一些标准参数设计公式的查询运用等，在通用软件中这些功能都比较缺乏。因此，根据不同行业的不同需要，在现有的技术基础上，对其进行二次开发，扩充其功能的覆盖范围，使其更具有针对性，是十分必要的。

　　软件开发内容及要求

开发CAD技术应该从三个方面入手，一是根据设计任务和功能要求编写各种用户自定义函数、设计人机交互界面和建立所需的数据图块文件库，并形成若干类型文件;二是根据使用者的要求建立更人性化的管理菜单MNU，这可以在CAD原菜单的基础上根据使用者所需加入相应内容，甚至还可以直接添加相应的菜单文件，然后通过交互方式添加到该系统中;三是为了方便CAD软件系统进行初始化操作，可以在等文件中加入一些优化内容。

CAD开发要满足几个基本要求，一是正确性，满足相关功能要求，结果正确。二是可靠性，软件运行状态优良，容错率高。三是完整性，相关程序和文档资料齐全。四是实用性，软件界面设计要便于操作。五是可维护性，能够简便地修改软件程序以及功能部分扩充。

　　开发手段

　　由于软件类型较多，这里以Auto CAD为例进行分析。对其进行二次开发，主要使用的工具有Visual Lisp、VBA、ADS、ObjectARX和API等。

　　Visual Lisp是lisp的延伸与拓展，是Lisp语言的可视化开发技术，该技术使Lisp开发工具得到了质的提升。其主要有以下特点。一是能够兼容lisp。二是其开发环境是可视化的。三是能够面向对象特性。四是其具有即插即用的模块。五是能够把lisp的信息源代码编译成可读二进制代码，也能够编译成ObjectARX应用程序，使系统的效率更高。五是能够保护源程序代码，是系统安全性更高。

VBA被集成到CAD中，其不仅为使用者访问CAD系统框架提供了一种全新的手段，也给开发者开发CAD系统创造了新的模式。ActiveX自动化结合对象模型存在于CAD2000以上版本和VBA中，是一种定制CAD系统模型构架的全新方式。借由VBA技术，使用者不但可以通过操作CAD系统控制ActiveX等应用程序，而且可以在这些程序之间形成互易活动。

ADS的全称是Auto CAD Development System，其是CAD的C语言开发系统。ADS的本质是利用使用者所熟知的各类C语言编译方式，将CAD中的程序目标库及源文件编译成可执行的文件，并且在CAD环境下实现运行。简单来说，ADS程序就是可以在CAD环境中直接运行的可执行型的文件。由于ADS采用了结构化的编程模式，因此不仅具备了高强度的数据处理能力，而且运行速度很快。

　　ObjectARX是一种以C++为编程语言的开发工具，其编程原理就是面向对象，并且可以和CAD系统形成交互的开发环境，使用者能够按照自身实际需要进行应用程序开发，其已经成为CAD开发的有效工具。在CAD系统文件中并没有包含ObjectARX，使用者可以根据需要到相关网站下载。ObjectARX 最初版本是针对CAD2000推出的，该版本能够对CAD相关事物进行面向对象的先进的设计和开发，所开发出的相关应用程序具有集成度高、稳定性好和运行速度快等特点。

　　四、CAD技术实际开发应用

　　1.开发CAD菜单实现图块管理

　　在日常的绘图过程中，一般会累积许多图块文件，这些图块文件如果只是随意的存放在硬盘上，要使用时会难以及时找到。如果在CAD菜单中作相应的开发，加入图块管理的功能，则可解决这一问题。下面以Auto CAD软件为例，分析这一功能的应用实现。

　　首先，需要明确CAD的菜单结构和类型。在CAD软件中，一般包括了屏幕菜单、图标菜单、按钮菜单、下拉菜单和辅助菜单等类别，这些菜单的功能一般由相关文件和来进行定义。其中是文本文件，可以用任意的文本处理软件来修改编辑，其在编译后的文件是。菜单文件使用竖形结构，一般由20个单节构成，菜单节的起始是菜单节名，在之下还有子菜单节，子菜单节的起始是子菜单节名，子菜单节名可以根据使用者需要指定，但是各子菜单节名不可重复。

　　其次，是建立图标菜单。建立图标菜单通过四个步骤完成，第一，是把相关图块资料整理编辑做成幻灯片。第二，是用程序把前一步编辑的幻灯片整理成库。第三，是编辑文件中的相应图片。第四，是在屏幕菜单或下拉菜单中添加新建的图标菜单或者建立lisp调用程序。

　　软件与其他应用程序集成应用研究

　　这里还是以Auto CAD软件为例进行分析。在R14中通过ActiveX Automation技术，就可以让使用者借由可视化的编程工具对CAD系统进行深度开发，可以有效提升工作效率。相关应用程序能够通过该技术对暴露CAD中的各级对象进行操作，进一步控制CAD系统相关工作。各级CAD对象都具有不同的对应方法和特性，通过各级对象的对应方法能够对相应对象进行部分操作。

　　比如，要在CAD系统中实现块的统计，并以详细图标的形式表达，就可以利用该技术来实现。首先，可以运用Get Object函数连接到Excel表格处理软件;其次，在Excel处理软件中激活Sheet 1页面并使其成为当前页面;再次在CAD中找出所需统计的块，并将相关信息保存到Sheet 1页面上;接着，对CAD数据库进行全面搜索，统计所需相关块的数量;最后，在Sheet 1页面进行编制，并生成相应图表。

　　结束语

　　CAD软件虽然类型众多，但其基本技术原理大致相同，数据编辑接口也是广泛通用的几种模式。该软件是一个开放的平台，因此需要各方不断努力，对其技术进行深度开发，使该软件能够应用于各个不同的专业领域。

　　作者：李朝林 来源：中文信息 2015年3期