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4.3  集成化CAD設(shè)計(jì)

集成化CAD設(shè)計(jì)是面向?qū)ο蟮木幊趟季S用在CAD系統(tǒng)中的產(chǎn)物。在傳統(tǒng)的CAD系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)者所面對的和所操作的是一些簡單幾何的點(diǎn)、線、圓、圓孤等，其圖形設(shè)計(jì)思維是：由簡單幾何（線、圓、圓弧等）一零件圖形一產(chǎn)品圖形。參數(shù)化設(shè)計(jì)主要是實(shí)現(xiàn)第一步，利用約束方程組的求解，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)單元圖的實(shí)現(xiàn)，這對于簡單的圖形或草圖是合適的，但對于工程中復(fù)雜的圖形來說，是不合適的。而集成化CAD，它主要是高效率地實(shí)現(xiàn)第二步過程，忽略了第一步，直接由零件圖形拼成產(chǎn)品圖形。

集成化CAD設(shè)計(jì)，是專用CAD系統(tǒng)中所采取的設(shè)計(jì)方法，主要是針對一些行業(yè)（如建筑設(shè)計(jì)、室內(nèi)設(shè)計(jì)等行業(yè)），在這些行業(yè)的工程圖紙內(nèi)容描述中，僅僅是一些具有該行業(yè)中的實(shí)際實(shí)體意義的實(shí)體圖形組合而成，例如門實(shí)體、窗實(shí)體和墻實(shí)體等。而這些具有實(shí)際實(shí)體意義的實(shí)體，也正是面向?qū)ο蟮木幊叹幚碇械膶ο螅╫bject，進(jìn)一步抽象成具有共同特定屬性的“類”，并賦予這些實(shí)體相應(yīng)的屬性，即類的成員變量、成員函數(shù)等。

通過對這些行業(yè)中的實(shí)體封裝以后，面對系統(tǒng)操作者的都是一些具有實(shí)際意義的行業(yè)實(shí)體和繪圖相關(guān)實(shí)體，而屏蔽了幾何的點(diǎn)、線、圓、圓弧等。最重要的突破是對工程圖形的理解的突破，由原先簡單幾何的點(diǎn)、線、圓、圓弧等組合成一個(gè)產(chǎn)品圖形，發(fā)展到由工程實(shí)體圖形拼成產(chǎn)品圖形，是一種徹底的組裝裝配圖，將面向?qū)ο蟮母拍钔耆�引入到CAD設(shè)計(jì)中，集成化設(shè)計(jì)基本脫離了參數(shù)化建模的過程，對每個(gè)實(shí)體的參數(shù)化功能要求不高。

在傳統(tǒng)的CAD系統(tǒng)中，我們以在PC機(jī)上最流行的AutoCAD軟件為例。在其二次開發(fā)中，AutoCAD軟件R14以前的版本中，對典型的面向?qū)ο蟮恼Z言C++中“類”不支持，故只能做一些參數(shù)化的二次開發(fā)，而不能對Auto CAD軟件進(jìn)行真正意義上的面向?qū)ο蟮募�成開發(fā)；但是，AutoCAD軟件的R14版本徹底改變了這種情況，Autodesk公司在AutoCAD R14中吸收了ObjectARX技術(shù)，可以對AutoCAD R14版本進(jìn)行ARX開發(fā)。利用C++中的“類”的技術(shù)，將AutoCAD系統(tǒng)的基本核心模塊（如各種幾何操作函數(shù)）進(jìn)行封裝，而不必關(guān)心其內(nèi)部是如何操作的，減少重復(fù)開發(fā)底層模塊的工作，把主要精力放在開發(fā)應(yīng)用模塊上，擴(kuò)充已有模塊的功能，體現(xiàn)了面向?qū)ο蠹夹g(shù)中的“封裝性”、“繼承性”。

4.3.1  集成化CAD系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

集成化CAD系統(tǒng)，從系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)上，在CAD系統(tǒng)的UI之上，建立集成化后工程實(shí)體的UI，通過UI進(jìn)一步調(diào)用集成后的對實(shí)體操作的UI。在AUTOCADRl4的面向?qū)ο蟮募�成開發(fā)，引入了ObjectARX技術(shù)，增加了對“類”的全面支持，應(yīng)用了具有面向?qū)ο蠹夹g(shù)中“類”特性的實(shí)體模塊，將所有操作集成在若干類的函數(shù)或方法里，其體系結(jié)構(gòu)簡圖見圖4-2。面向?qū)ο蟮腃AD集成軟件主要包括了實(shí)體核心模塊、信息存儲模塊和用戶界面模塊。其中，實(shí)體核心模塊是最主要、最基礎(chǔ)的模塊，是它對CAD系統(tǒng)進(jìn)行徹底的封裝，使得系統(tǒng)在用戶面前體現(xiàn)的不再是簡單幾何的點(diǎn)線圓，而是一個(gè)個(gè)工程實(shí)體；同時(shí)，它也是不同行業(yè)對CAD不同集成要求的具體體現(xiàn)。

1、用戶界面

用戶使用系統(tǒng)接觸到的第一個(gè)功能就是用戶界面。軟件工程的一個(gè)重要指標(biāo)就是用戶界面友好、操作方便。根據(jù)目前的潮流，以Windows為基礎(chǔ)的交互式的界面最受人們歡迎。AutoCAD的界面就是以Windows為基礎(chǔ)的交互式的界面，而且，AutoCAD軟件有一個(gè)很好的接口（對acad.mns文件進(jìn)行編輯）讓用戶自行開發(fā)所須界面。故，可以以AutoCAD的界面為基礎(chǔ)，根據(jù)各個(gè)行業(yè)的行業(yè)習(xí)慣，把不同實(shí)體進(jìn)行歸類，編寫所須的菜單條和對話框去觸發(fā)各個(gè)實(shí)體的屬性、函數(shù)和方法。

2、實(shí)體集合

實(shí)體（Object）是面向?qū)ο笾械暮诵膬?nèi)容，實(shí)體也是面向?qū)ο笙到y(tǒng)中的唯一的操作者和承受者，總的來說，實(shí)體主要由三部分構(gòu)成：屬性、方法和函數(shù)。實(shí)體也是面向?qū)ο蟮腃AD集成開發(fā)系統(tǒng)中的最重要的核心部分，根據(jù)工程圖紙?jiān)诖讼到y(tǒng)中所實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容，主要分為：圖紙實(shí)體、通用實(shí)體、工程實(shí)體和工具實(shí)體。圖紙實(shí)體主要是描述每一張圖紙的所有特征信息和相關(guān)圖紙操作；通用實(shí)體主要是描述AutoCAD中的所有系統(tǒng)變量及其值的設(shè)置；工程實(shí)體是描述工程產(chǎn)品的特征信息及其信息處理服務(wù)，工具實(shí)體主要是對整個(gè)圖紙的信息標(biāo)注。

3、信息存儲

在CAD系統(tǒng)里，一般對一張圖紙信息的存儲是通過一個(gè)文件（即圖形數(shù)據(jù)庫）實(shí)現(xiàn)，而在這個(gè)文件中，文件圖形數(shù)據(jù)庫中僅僅存儲圖紙的幾何點(diǎn)、線、圓和圓弧等信息；而在面向?qū)ο蟮腃AD集成開發(fā)系統(tǒng)里，需要存儲的是整個(gè)圖紙的實(shí)體集合信息，并且由于每個(gè)實(shí)體又是由若干幾何點(diǎn)、線、圓和圓弧等信息構(gòu)成。因此，僅僅一個(gè)文件還是不夠的，還需要利用附加文件去記錄圖紙中所有實(shí)體完整的特征產(chǎn)品信息。

4.3.2  實(shí)體模型

在面向?qū)ο蟮腃AD集成開發(fā)系統(tǒng)里，系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的基本元素就是ARX開發(fā)語言中的（多是C/C++語言）類，類實(shí)例化后稱為對象或?qū)嶓w，整個(gè)圖紙就是一個(gè)實(shí)體集合，主要由四大塊組成：圖紙實(shí)體集合、通用實(shí)體集合、工程實(shí)體集合和工程實(shí)體集合。其中，圖紙實(shí)體、通用實(shí)體和工具實(shí)體都為獨(dú)立類，沒有父類或子類；而工程實(shí)體集合中的各工程實(shí)體是由具有基本特征的基類實(shí)體派生而來，具有一個(gè)基類和若干個(gè)派生類，并且各實(shí)體集之間互相獨(dú)立（如圖4-3所示）

實(shí)體集合中的各類實(shí)體在圖紙的繪制和再認(rèn)識過程中，分工明確，互不干涉。在圖紙實(shí)體集合里，圖紙信息實(shí)體主要管理圖紙的圖幅、比例等圖紙?zhí)卣鲗傩缘脑O(shè)置；圖紙操作實(shí)體主要管理圖紙的打印、視圖的放大縮小等等。在通用實(shí)體集合里，圖層信息實(shí)體主要管理圖層（Layer）中的線型、顏色等圖層特征屬性；空間信息實(shí)體主要管理圖紙的維數(shù)、視圖的種類等。在工具實(shí)體集合里，尺寸標(biāo)注實(shí)體管理圖紙的尺寸標(biāo)注；其他標(biāo)注實(shí)體管理漢字的標(biāo)注、公差的標(biāo)注等等。在最核心的工程實(shí)體集合里，基類實(shí)體主要管理所有工程實(shí)體都具有的共同的屬性及方法，而派生類工程實(shí)體是基類實(shí)體的派生類，是不同行業(yè)中的具體實(shí)體，它不僅繼承了基類實(shí)體的所有共同屬性和方法，還具有工程實(shí)體一些獨(dú)特的屬性和方法。

在上面所說的四種實(shí)體里，圖紙實(shí)體、通用實(shí)體、工具實(shí)體都是一些簡單實(shí)體，基本上是對一些AutoCAD的操作命令進(jìn)行集成，使之能夠?qū)�工程�?shí)體進(jìn)行操作，并且符合不同行業(yè)的命名規(guī)則。而最復(fù)雜的是工程實(shí)體，首先，每個(gè)行業(yè)中工程實(shí)體的種類繁多，必須進(jìn)行細(xì)致有序的分類，使之符合行業(yè)習(xí)慣；其次，確定基類與派生類之間的關(guān)系，有效地定義基類的各個(gè)屬性、方法和函數(shù)，便于擴(kuò)充派生類；最后，要完整的定義每一個(gè)工程實(shí)體的所有的屬性、方法和函數(shù)，特別重要的是，要很好地利用AutoCAD已提供的所有信息資源。

對于以上的問題，第一，要對行業(yè)的需求十分清晰，能夠?qū)π袠I(yè)中涉及到的工程實(shí)體進(jìn)行歸納，要具有“面向?qū)ο蟆钡木幊趟季S；第二，基類涉及的屬性方法和函數(shù)基本上與實(shí)體圖形的操作有密切關(guān)系（如圖4-4所示）；派生類主要涉及到工程實(shí)體的特征屬性、特征方法和特征函數(shù)（如圖4-5示），完整地定義其基類和派生類是“面向?qū)ο蟮腃AD集成開發(fā)系統(tǒng)”中的核心部分；第三，要充分的利用AutoCAD已提供的資源，主要就是要利用AutoCAD系統(tǒng)中的*,dwg文件的圖形文件數(shù)據(jù)庫中的資源，熟悉各種AutoCAD中實(shí)體（例如點(diǎn)、直線、圓弧等）的DXF碼規(guī)則，并從中提取相關(guān)特征信息；第四，由于在AutoCAD中的.dwg文件中，存儲的是一些簡單的幾何的點(diǎn)、直線、圓、弧等信息，故還需要另一個(gè)文件去記錄整個(gè)圖紙的工程實(shí)體圖形的邏輯關(guān)系（下一節(jié)詳細(xì)介紹），隨同*.dwg文件的打開而打開，標(biāo)識*.dwg文件圖形中的實(shí)體圖形邏輯關(guān)系，隨同*.dwg文件的關(guān)閉而記錄*.dwg文件中的實(shí)體圖形邏輯關(guān)系。

4.3.3  信息存儲

如前所述，在AutoCAD中的*.dwg文件中只存儲簡單的幾何點(diǎn)、直線、圓、圓弧等信息，而在面向?qū)ο蟮腁utoCAD集成開發(fā)系統(tǒng)里，還所須存儲的工程實(shí)體的信息，而這些實(shí)體在圖紙上就是通過若干簡單的幾何點(diǎn)、直線、圓、圓弧等信息的集成而體現(xiàn)的。因而，對于系統(tǒng)的信息存儲，不僅利用*.dwg文件的圖形數(shù)據(jù)庫記錄整個(gè)圖紙的簡單幾何信息，還須記錄實(shí)體信息，或者說，記錄描述圖紙的信息，這對于圖形的再認(rèn)識是非常重要的。圖紙信息存儲主要包括二個(gè)方面：一、單個(gè)實(shí)體的信息存儲；二、整個(gè)圖紙里所有的實(shí)體的綜合信息存儲。

1、單個(gè)實(shí)體的信息存儲

單個(gè)實(shí)體是通過點(diǎn)、直線、圓、圓弧等信息的集成而體現(xiàn)的，因此，在對實(shí)體類進(jìn)行定義時(shí)，可充分利用AutoCAD中的“實(shí)體集合”這個(gè)設(shè)計(jì)概念，把*.dwg圖形數(shù)據(jù)庫中的若干幾何信息集成起來，使之成為一個(gè)整體，再將此“實(shí)體集合”并入實(shí)體類的一個(gè)屬性（見圖4-6），當(dāng)實(shí)體在繪制、移動等操作中被調(diào)用。

2、整個(gè)圖紙實(shí)體綜合信息的存儲

用戶對實(shí)體進(jìn)行查找、移動、旋轉(zhuǎn)、刪除等操作，系統(tǒng)首先要在整個(gè)圖紙中搜索該實(shí)體，因而，系統(tǒng)必須對整個(gè)圖紙的實(shí)體的綜合信息進(jìn)行存儲，多采用鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，設(shè)置一個(gè)鏈頭和一個(gè)指向當(dāng)前實(shí)體的指針。采用鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的原因是它很方便進(jìn)行查找、插入、刪除，效率高，簡單明了。（見圖4-7）

4.3.4  參數(shù)化過程

在面向?qū)ο蟮腃AD集成開發(fā)系統(tǒng)里，我們操作的對象是工程實(shí)體，由于同一類型的工程實(shí)體的由于各自的型號不同，在圖紙表現(xiàn)上也有不同的，例如對于建筑圖紙中的“門”實(shí)體，各種門的高度與寬度是不同的，因此在圖紙表現(xiàn)上也應(yīng)該區(qū)分的，需要一定的參數(shù)化的功能，而參數(shù)化的數(shù)據(jù)就是實(shí)體自身的特性尺寸。在系統(tǒng)里，對工程實(shí)體是作為一個(gè)類的實(shí)例來處理，將所有的屬性函數(shù)封裝起來，利用類的函數(shù)對實(shí)體的特性尺寸進(jìn)行重新設(shè)置。因此，通過實(shí)體的函數(shù)對實(shí)體屬性進(jìn)行改變和對實(shí)體函數(shù)的再調(diào)用，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化CAD系統(tǒng)。

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