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4.3  集成化CAD設計

集成化CAD設計是面向?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，設計者所面對的和所操作的是一些簡單幾何的點、線、圓、圓孤等，其圖形設計思維是：由簡單幾何（線、圓、圓弧等）一零件圖形一產(chǎn)品圖形。參數(shù)化設計主要是實現(xiàn)第一步，利用約束方程組的求解，進而實現(xiàn)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)單元圖的實現(xiàn)，這對于簡單的圖形或草圖是合適的，但對于工程中復雜的圖形來說，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設計，是專用CAD系統(tǒng)中所采取的設計方法，主要是針對一些行業(yè)（如建筑設計、室內(nèi)設計等行業(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)中的實際實體意義的實體圖形組合而成，例如門實體、窗實體和墻實體等。而這些具有實際實體意義的實體，也正是面向?qū)ο蟮木幊叹幚碇械膶ο螅╫bject，進一步抽象成具有共同特定屬性的“類”，并賦予這些實體相應的屬性，即類的成員變量、成員函數(shù)等。

通過對這些行業(yè)中的實體封裝以后，面對系統(tǒng)操作者的都是一些具有實際意義的行業(yè)實體和繪圖相關實體，而屏蔽了幾何的點、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、線、圓、圓弧等組合成一個產(chǎn)品圖形，發(fā)展到由工程實體圖形拼成產(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設計中，集成化設計基本脫離了參數(shù)化建模的過程，對每個實體的參數(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)）進行封裝，而不必關心其內(nèi)部是如何操作的，減少重復開發(fā)底層模塊的工作，把主要精力放在開發(fā)應用模塊上，擴充已有模塊的功能，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體的UI，通過UI進一步調(diào)用集成后的對實體操作的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，應用了具有面向?qū)ο蠹夹g(shù)中“類”特性的實體模塊，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體核心模塊、信息存儲模塊和用戶界面模塊。其中，實體核心模塊是最主要、最基礎的模塊，是它對CAD系統(tǒng)進行徹底的封裝，使得系統(tǒng)在用戶面前體現(xiàn)的不再是簡單幾何的點線圓，而是一個個工程實體；同時，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)接觸到的第一個功能就是用戶界面。軟件工程的一個重要指標就是用戶界面友好、操作方便。根據(jù)目前的潮流，以Windows為基礎的交互式的界面最受人們歡迎。AutoCAD的界面就是以Windows為基礎的交互式的界面，而且，AutoCAD軟件有一個很好的接口（對acad.mns文件進行編輯）讓用戶自行開發(fā)所須界面。故，可以以AutoCAD的界面為基礎，根據(jù)各個行業(yè)的行業(yè)習慣，把不同實體進行歸類，編寫所須的菜單條和對話框去觸發(fā)各個實體的屬性、函數(shù)和方法。

2、實體集合

實體（Object）是面向?qū)ο笾械暮诵膬?nèi)容，實體也是面向?qū)ο笙到y(tǒng)中的唯一的操作者和承受者，總的來說，實體主要由三部分構(gòu)成：屬性、方法和函數(shù)。實體也是面向?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)工程圖紙在此系統(tǒng)中所實現(xiàn)的內(nèi)容，主要分為：圖紙實體、通用實體、工程實體和工具實體。圖紙實體主要是描述每一張圖紙的所有特征信息和相關圖紙操作；通用實體主要是描述AutoCAD中的所有系統(tǒng)變量及其值的設置；工程實體是描述工程產(chǎn)品的特征信息及其信息處理服務，工具實體主要是對整個圖紙的信息標注。

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文件（即圖形數(shù)據(jù)庫）實現(xiàn)，而在這個文件中，文件圖形數(shù)據(jù)庫中僅僅存儲圖紙的幾何點、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，需要存儲的是整個圖紙的實體集合信息，并且由于每個實體又是由若干幾何點、線、圓和圓弧等信息構(gòu)成。因此，僅僅一個文件還是不夠的，還需要利用附加文件去記錄圖紙中所有實體完整的特征產(chǎn)品信息。

4.3.2  實體模型

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，類實例化后稱為對象或?qū)嶓w，整個圖紙就是一個實體集合，主要由四大塊組成：圖紙實體集合、通用實體集合、工程實體集合和工程實體集合。其中，圖紙實體、通用實體和工具實體都為獨立類，沒有父類或子類；而工程實體集合中的各工程實體是由具有基本特征的基類實體派生而來，具有一個基類和若干個派生類，并且各實體集之間互相獨立（如圖4-3所示）

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

在上面所說的四種實體里，圖紙實體、通用實體、工具實體都是一些簡單實體，基本上是對一些AutoCAD的操作命令進行集成，使之能夠?qū)�工程實體進行操作，并且符合不同行業(yè)的命名規(guī)則。而最復雜的是工程實體，首先，每個行業(yè)中工程實體的種類繁多，必須進行細致有序的分類，使之符合行業(yè)習慣；其次，確定基類與派生類之間的關系，有效地定義基類的各個屬性、方法和函數(shù)，便于擴充派生類；最后，要完整的定義每一個工程實體的所有的屬性、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)中涉及到的工程實體進行歸納，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)基本上與實體圖形的操作有密切關系（如圖4-4所示）；派生類主要涉及到工程實體的特征屬性、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中實體（例如點、直線、圓弧等）的DXF碼規(guī)則，并從中提取相關特征信息；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、直線、圓、弧等信息，故還需要另一個文件去記錄整個圖紙的工程實體圖形的邏輯關系（下一節(jié)詳細介紹），隨同*.dwg文件的打開而打開，標識*.dwg文件圖形中的實體圖形邏輯關系，隨同*.dwg文件的關閉而記錄*.dwg文件中的實體圖形邏輯關系。

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、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體的信息，而這些實體在圖紙上就是通過若干簡單的幾何點、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)庫記錄整個圖紙的簡單幾何信息，還須記錄實體信息，或者說，記錄描述圖紙的信息，這對于圖形的再認識是非常重要的。圖紙信息存儲主要包括二個方面：一、單個實體的信息存儲；二、整個圖紙里所有的實體的綜合信息存儲。

1、單個實體的信息存儲

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

2、整個圖紙實體綜合信息的存儲

用戶對實體進行查找、移動、旋轉(zhuǎn)、刪除等操作，系統(tǒng)首先要在整個圖紙中搜索該實體，因而，系統(tǒng)必須對整個圖紙的實體的綜合信息進行存儲，多采用鏈式結(jié)構(gòu)，設置一個鏈頭和一個指向當前實體的指針。采用鏈式結(jié)構(gòu)的原因是它很方便進行查找、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體，由于同一類型的工程實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)就是實體自身的特性尺寸。在系統(tǒng)里，對工程實體是作為一個類的實例來處理，將所有的屬性函數(shù)封裝起來，利用類的函數(shù)對實體的特性尺寸進行重新設置。因此，通過實體的函數(shù)對實體屬性進行改變和對實體函數(shù)的再調(diào)用，實現(xiàn)參數(shù)化CAD系統(tǒng)。

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