计算机辅助设计
主讲:王继龙
教材:, AutoCAD实用教程,
邱志惠等编著
西安电子科技大学出版社
第 一 章
绪 论
? 1.1 概述
在人类的社会与科技发展史上,图画和图形
占据重要的地位,人们往往习惯于用图来描述生
活和表达思想。
随着人类社会生产规模的扩大和科学技术的
进步,图形作为一种重要的工具和信息载体,其
绘制的精度和数度要求也不断提高,图形的种类
也日趋繁多和复杂。为了对各种图形进行更为深
入的研究和应用,人们运用数学方法来描述他们
的性质和规律,即所谓的形数结合。通常任何一
个图形都可以由数学方程式来表示或逼近;反之,
很多数学问题也可用图形来形象的表达。
随着形数理论的研究逐步深入,有些图形的数学
表达式十分复杂(例如曲面等),用人工计算是非常
困难的,或者需要很长时间,这就直接影响到对复杂
图形的研究。计算机出现之后,人们想到了用计算机
来完成形数结合的工作,即不仅用计算机来计算图形,
同时也用它来绘制图形。 20世纪 50年代美国的哥勃
( Gerber)公司和卡尔康( Calcomp)公司先后研制
成功平板式和滚筒式自动绘图机,成为电子计算机的
新型外部设备。
由计算机控制的自动绘图机的出现,使图学工作
进入一个崭新的阶段。在计算机科学 ﹑ 应用数学 ?图
学等学科的基础上,综合发展成一门新的学科 —计算
机图学( Computer Graphics )。计算机图学的研究
对象是运用计算机的先进技术,对图形进行数
学处理,进而研究图学领域中的各种理论和实践问题。
它既不同于单纯用数学方式研究图形和几何学,也不
同于用一般数学计算来研究各种图形的纯数学方法,
而用计算机处理各种图学问题,并将结果输出到显示
器绘图机或图形数据文件等。
在工程设计中人们不仅需要绘图,而且要进行结
构设计计算,即所谓的计算机辅助设计( CAD—
Computer Aided Design),就是利用计算机帮助
人们进行工程设计,然后用计算机控制的自动绘图及
绘制出符合工程需要的图样或输出到数据文件。
20世纪 60年代末至 70年代中期逐渐形成专门的
CAD工业,代表性的公司如 Intergraph和 Calcomp等。
早期的 CAD仅运行在大中型计算机上,主要是大企业
和大公司应用,普及性很差。 80年代以后,
随着微型计算机的普及和发展,CAD技术才得到了广
泛的普及和发展。至今 CAD的应用已经遍及工业 ﹑ 农
业 ﹑ 国防和科学研究的各个方面,用途及其广泛。
在飞机 ﹑ 造船 ﹑ 汽车工业中可以绘制高精度的理论
外形模线和结构模线;在电子工业中可以绘制精密
的印刷电路图 ﹑ 逻辑图 ﹑ 电路图 ﹑ 布线图和大规模
集成电路的掩膜图;在机械工业中绘制装配图 ﹑ 零
件工作图等;在土木建筑中绘制透视效果图 ﹑ 建筑
施工图 ﹑ 结构施工图和设备施工图等;在地质 ﹑ 测
量 ﹑ 勘探领域中绘制各种地图 ﹑ 地质构造图;在气
象领域绘制气象分析图 ﹑ 预报图;在医疗卫生领域
绘制人体解剖图 ﹑ B 超 ﹑ CT 图像;在服装领域绘制
服装设计图;在艺术领域绘制动画片美术片等。
AutoCAD绘图软件包是美国 Autodesk公司于 1982
年首次推出的用于微机的计算机辅助设计与绘图的
通用软件包。由于该软件具有简单易学 ﹑ 功能齐全
﹑ 应用广泛 ﹑ 兼容性和二次开发性强等很多优点,
所以很受广大设计人员的欢迎。 AutoCAD2002是该公
司目前发布的最新版本,相对于以前的版本,它进
一步改进了使用的便捷性,提供了新颖的效率工具,
增强了性能以及与其它 CAD数据的兼容性。与传统的
手工绘图相比,计算机绘图有以下优点:
1.复杂数据的处理能力,极大的提高了绘图的精度
及速度;
2.强大的图形处理能力,能够很好的完成工程设计
中二维及三维图形处理,并能够随意控制图形的显
示 ﹑ 平移 ﹑ 旋转和复制全部或部分图形;
3.良好的文字处理能力,可方便的添加文字符号;
4.快捷的尺寸自动测量标注自动导航捕捉等功能;
5.具有曲面造型 ﹑ 实体造型等功能,可实现渲染 ﹑
真实感 ﹑ 虚拟现实等效果。
6.友好的用户界面 ﹑ 方便的人机交互 ﹑ 准确自动的
全作图过程纪录;
7.有效的图形数据管理 ﹑ 查询及系统标准化;
8.良好的系统兼容性,软件本身的向上兼容性以及
与其它 CAD系统共享数据接口;
9.强大的二次开发能力,用户可根据自己的需求,用
软件自带的开发工具或软件提供的高级语言接口,
对软件进行二次开发 ;
10.先进的网络技术,包括局域网 ﹑ 企业内联网和
Internet互联网上的数据共享,实现远程设计。
1.2计算机绘图系统的构成
计算机绘图系统主要包括两部分,硬件系统
和软件系统,硬件包括主机和外围设备等,软件包
括操作系统 ﹑CAD 软件和编程语言等。
计算机绘图系统的硬件有三大组成:输入设
备中心处理设备输出设备。图 1-1是硬件设备系统的
构成图。
计算机绘图系统的主要硬件设备包括计
算机(主机 ﹑ 显示器和鼠标),绘图机或打印机。
计算机是整个系统的核心,其余是外围设备。绘图
机按纸张放置的形式分为平板式和滚筒式,按, 笔,
的形式分为笔试 ﹑ 喷墨式和静电光栅式。应用广泛
的喷墨或激光打印机,其出图效果也很好,在所绘
图样不是很大的情况下,可以作为首选方案。
运行 AutoCAD2002的基本配置如下:
Pentium450以上的处理器,64M以上的内存,
1024X768 SVGA显卡,1GB硬盘,20XCD-RAM,56K
Modem及打印机。
Windows98 Windows2000 ﹑NT ﹑ XP 操作系统,
IE5.0浏览器。
1.3 AutoCAD绘图系统的主界面
AutoCAD的主界面如图 1-2所示,其中包括标题
栏 ﹑ 菜单区 ﹑ 工具条 ﹑ 绘图区 ﹑ 命令区及状态行。
工具条标题栏 菜单区
命令区
绘图区
状态行
图 1-2 AutoCAD绘图系统主界面
1.标题栏
一般基于 windows环境下的应用程序都有标题栏,
标题栏在界面的最上方,显示当前正在工作的软件名
及文件名。
2.主菜单
AutoCAD2002主界面的第二行为菜单区,主菜单包括
文件( File) ﹑ 编辑( Edit) ﹑ 视图( View) ﹑
插入( Insert) ﹑ 格式( Format) ﹑ 工具( Tools)
﹑ 绘制( Draw) ﹑ 标注( Dimension) ﹑ 窗口
( Window)和帮助( Help)等十一个菜单项,每个菜
单项下都有下拉菜单项,AutoCAD的主要命令均放置
在下拉菜单中,用鼠标点选菜单项,即展开该项下拉
菜单。
3.图标菜单
打开主菜单视图 (View)中的最后一项命令工具
条( toolbars)的对话框,通过自选,可随时打开
或关闭各类工具条。 AutoCAD的常用命令在工具条中
均有形象化的位置。
4.绘图区
屏幕中间部分是绘图区,在 AutoCAD的系
统配置中,用户可根据喜好选择绘图区的背景色。
5.命令区
命令窗口如图 1-4,其作用是输入命令和
参数。
图 1-4 命令窗口
6.状态行
状态行在界面的下面,如图 1-5,包括坐
标提示捕捉正交等功能的打开和关闭。
图 1-5 状态行
1.4 AutoCAD绘图系统的命令输入方式
1.下拉菜单
用鼠标点击菜单区,每一项下对应一条下拉
菜单,用鼠标点击即可进入该命令。教材表 1-1列出
AutoCAD2002下拉菜单的中英文命令。在下拉菜单中,
凡命令后有, …” 的,即有下一级对话框;凡命令
有, ?” 的,即表示有下一级子菜单。
2.图标菜单(工具条)
在 AutoCAD 系统默认状态下有四个工具条:
标准工具条 ﹑ 物体特性工具条 ﹑ 绘图工具条和修改
工具条。此外,还可根据需要打开其他工具条,每
个工具条有一组图标,用鼠标点取即可进入该命令。
工具条与对应的下拉菜单不完全相同,其具体内容
将在后面各章介绍。
3.键入命令
所有命令均可通过键盘在命令区输入。无论
是工具条还是下拉菜单,都不包含所有命令,特别
是一些系统变量,必须从命令区输入。
4.重复命令
任何一个刚用过的命令,均可按回车键(或
鼠标右键)重复该命令。
5.快捷键
快捷键用来代替一些常用命令的操作,只需
键入命令的第一个字母或前三个字母即可。常用的
快捷键见教材表 1-2。
在 AutoCAD中当命令区出现, 命令:, 或
,Command:, 时(如图 1-6),表示进入命令等待
状态,可用以上介绍的几种方式输入命令。
图 1-6
1.5 AutoCAD绘图系统中的坐标输入方式
AutoCAD在绘图中可使用多种坐标系统来定义
空间点的位置。 AutoCAD初始默认的坐标系叫世界通
用坐标系( WCS),在绘图中是不可改变的,但用户
可以自己定义用户坐标系( UCS),用户坐标系
( UCS)将在三维部分介绍。 AutoCAD绘图系统中坐
标点的输入方式有以下几种:
1.绝对坐标
输入一个点的绝对坐标的格式为( X,Y,Z),
在系统默认的状态下,绘图区左下角有一个图标,
若仅输入 X,Y则系统默认 z值为零。
2.相对坐标
输入一个点的相对坐标的格式为( @ΔX,ΔY,
ΔZ ),即输入 X,Y,Z三个方向相对于前一点的坐标增
量。
3.极坐标
输入一个点的极坐标的格式为( R<θ<φ ),R
为线长,θ 为相对 X轴的角度,φ 为相对 XY平面的角
度。
4.相对极坐标
输入一个点相对极坐标的格式为( @R<θ<φ )。
5.长度和方向
当打开状态行的正交或极轴开关时,用鼠标确
定方向,输入一个长度即可,格式为( R),R为线长。
图 1-7位几种坐标的图例。
图 1-7 AutoCAD坐标系统
1.6 AutoCAD绘图系统中选取图素的方式
在 AutoCAD中,所有的编辑及修改命令均要选
择已绘制好的图素,常用的选择方式有以下几种:
1.点选
当需要选取图素时(命令区出现, 选择对
象:, 或, Select Object:”),鼠标变成一个小方
块,用鼠标直接点取被选目标,图素变虚则表示被
选中。
2.窗选
在, 选择对象:, 后键入, W”,或用鼠标在
图素对角点击,打开一个窗口,一次可以选取多个
图素。
3.其它常用方式
在出现, 选择对象:, 后键入, L(Last)”,
表示所选的是最近一次绘制的图素;键入, Cp”,可
选取多边形窗口;键入, All”,表示所选取是全部
(冻结层除外);键入, R(Remove)”,再用鼠标直
接点取相应图素,将其移出选择;键入, U(Undo)”,
取消选择。
AutoCAD选择方式还有很多,此处不再赘述。
1.7 AutoCAD绘图系统中功能键的作用
熟练掌握功能键可以加快绘图速度,各功能键
的定义见教材表 1-3。
1.8 AutoCAD绘图系统中的部分常用设置功能
AutoCAD有许多配置功能,此处仅介绍部分常用
功能。在主菜单工具( Tools)中,选择下拉菜单中的
最后一个菜单项,即打开选项( Options)对话框,如
图 1-8所示。(注意:初学者不宜随意进行系统配置,
如配置不当,在使用中将造成不必要的麻烦。)
1,文件
用于指定文件夹,供 AutoCAD搜索不再当前文
件夹中的文字 ﹑ 菜单 ﹑ 模块 ﹑ 图形 ﹑ 线型和图案等,
如图 1-8。
2,显示
图 1-8 选项 --文件
打开选项中的显示对话框,如图 1-9所示。
设置绘图区的底色 ﹑ 字体 ﹑ 圆和立体的平滑度等。
图 1-9 选项 —显示
1)点击, 颜色, 按钮,显示如图 1-10所示对话框。
可以设置背景和光标颜色。
2)点击, 字体, 按钮,显示如图 1-11所示对话框。
可以设置命令行窗口的文字形式。
3.打开和保存 图 1-12
打开选项中的打开和保存对话框,如图 1-12所
示。在这里主要设置文件保存的格式及自动保存的间隔
时间等。
4.打印 图 1-13 选项 —打印
打开选项中的打印对话框,打印设置将在
打印一节中详述。
5.系统 图 1-14 选项 —系统
打开选项中的系统对话框,在这里设置绘制
新图时启动对话框的格式。
6.用户系统配置 图 1-15 选项 --用户系统配置
打开选项中的用户系统配置对话框,设置绘
图中使用快捷键等参数。
尺寸标注关联
7.草图 图 1-16 选项 —草图
打开选项中的草图对话框,在这里主要设置
捕捉标记的颜色 ﹑ 大小及靶框的大小等。
8,选择 图 1-17 选项 —选择
打开选项中的选择对话框,在这里主要设置绘
图时夹点的颜色和大小等。
9,用户配置 图 1-18 选项 —用户配置
打开选项中的用户配置对话框,在这里主要设
置绘新图时的配置。
1.9 关于 AutoCAD2002的几点说明
AutoCAD2002的界面对话框等与 AutoCAD2000
大致相同,在内容上主要增加了一些网络功能,并
在启动时增加了一个, AutoCAD今日, 的界面。使用
AutoCAD2002不仅可以实现图形数据共享,还可以使
用增强属性提取功能来总结和输出属性数据到一个
外部的应用程序中。利用 Microsoft Access和 Excel
可以创建材料表,使用 Design XML工具可从你的 DWG
文件中抽取图形和非图形两种信息,提供给需查看
或编辑的设计组成员们,而他们并不需要安装
AutoCAD软件。 AutoCAD2002 提供最新和最先进的
工具来增强合作的过程,如电子传播 ﹑ AutoCAD 今
日 ﹑ 增强属性提取 ﹑ XML 设计 ﹑ Web 发布 ﹑ 更先进
的 DXF文件格式和直接连到 Autodesk Point A站点
,我的文件, 的文件向导,以及一组强大
的 ﹑ 全新的具有内部网 /互联网功能的 CAD标准管理
工具,在交互式核查 ﹑ 报批等工作中,都可以确保
你的所共享的信息的完整性。当然,AutoCAD2002还
提供了全新的增强的高效特征,如关联标注及图层
文本和属性工具。通过图块属性管理器,不需要打
散或重定义图块,就可以改变块中的属性和属性特
征,使更改立即反映到已创建的块插入中。
1,网络功能
在标准工具条中,增加的网络功能如图 1-19。
图 1-19 标准工具条
网上
发布
网络
开会
我的
文件
电子
传递
CAD
今日
实时
助手
“AutoCAD今日,,可通过实时的浏览器连
接到 Autodesk Point A这类面向个人用户的设计资
源网站。, 我的文件,,可以部分预览和打开最近
使用的文件。他使用增强的最近访问( MRU)列表特
征。
,现在网络开会,,是一个协作工具,使广义的设
计组成员可以通过网络进行设计思想和修改的探讨。
CAD管理员也能用现在开会功能实现直接的在线培训。
,电子传递,,可以把当前的图形和相关的文件
(外部参照文件 ﹑ 字体文件 ﹑ 位图文件)打包到一
个单独的传送集中。电子传递支持从图形文件到标
准文件的连接,它解决了过去图形文件传递慢的问
题。, 使用电子打印, 功能可以将 DWG文件转换为轻
装的只读的 DWF问及间,即使你的组员没有安装
AutoCAD软件,也能最真实的浏览和打印它。
2,实时助手
AutoCAD2002的实时助手如图 1-20,它随时显示
当前使用命令的功能说明信息,大大方便了初学者
的学习和使用。帮助功能也得到了增强,其帮助对
话框如图 1-21。
图 1-21 图 1-20