关于CAD绘图技术理论的探讨

摘要：在人们表达思想、传递信息时，图形表达方式比文字表达方式具有更多的优点。一幅图纸能容纳下许多信息，表达内容直观，一目了然，绘图行业也随之应运而生。随着时代的发展和生活的需要，传统的手工制图明显已经不能满足当前各行业的绘图需要，在信息化的大背景下，如何熟练操作计算机辅助设计工具（CAD）显得非常重要，而在使用这些辅助软件之前应该对CAD的基本绘图理论有一定的了解，本文从计算机制图的主要特点入手，从而进一步介绍当前CAD绘图技术基础理论，并尝试分析CAD绘图技术的发展前景。

关键词：CAD；绘图；计算机算法

中图分类号：TP391.72 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 07-0000-02

CAD Drawing Technical Theory

Luo Zhenping

(Guizhou Institute of Light Industry,Guiyang550002,China)

Abstract:In the people to express ideas,convey information,the graphical representation of expression than words has more advantages.Drawings can accommodate a lot of information,the content of visual expression,a glance,drawing the industry also will come into being.With the development and life needs,the traditional manual mapping is clearly not meet the current needs of various sectors of the drawing,in the context of information technology,proficiency in computer-aided design tools how (CAD) is very important,and in the use of The supporting software before the basic CAD drawing should have some knowledge of theory,the paper the main features of computer graphics from the start,thus further description is based on the current theory of CAD drawing techniques,and CAD drawing techniques attempt to analyze the prospects for development.

Keywords:CAD;Drawing;Computer algorithm

CAD即计算机辅助设计（CAD-Computer Aided Design）指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作，简称CAD。计算机绘图的基本含义是使用计算机，通过算法和程序在显示设备上构造出图形来，图形可以是现实世界中已经存在的事物的图形也可以是虚拟设计的构造。其所设计和构造的研究内容主要涉及到用计算机对图形数据进行处理的硬件和软件两方面的技术。

一、CAD绘图技术的主要特点

计算机绘图是从20世纪50年代开始进入绘图领域的，经过了60多年的理论探讨、设备研制、软件的开发，形成了一门新的制图应用技术学科，计算机绘图由硬件、软件、数据三部分组成，经过60多年的发展，计算机制图的功能更加强大，制图技术人员使用起来也更加便捷。根据当前计算机绘图的发展情况来看，CAD绘图的主要特点主要可以概括为以下点：

（一）图形编绘功能完善。以Auto-cad2010为例，具有强大的图形编绘能力，软件中具备了图形生成所需要具备的所有基本构成要素，无论是各种不同类型的点、线、面等基本要素，还是精确的坐标定位，都十分完善，大大简化了繁琐的编程过程，优化了界面，便于制图人员的操作和设计应用。

（二）平面图纸设计精美。对于平面图形设计而言，CAD的图形制作无疑是众多绘图软件中较为精美的，其线形制作优美，尤其是精准的坐标定位和精确的位置捕捉，使得图纸的输出更加灵活、美观。

（三）数据转换能力强。当前绘图产品的设计成果往往有多种格式的图形文件，而CAD因为具有强大的数据处理系统和灵活的资源库，使不同类型图形文件的转换成为可能，这也就方便了用户的编辑，节省了数据传输转换的独立环节，这也从另一个角度提高了图形处理的效率。

（四）易于掌握和操作。CAD系统操作界面设计简单，极具人性化，即便是对于文化程度不是很高的用户，也比较容易掌握操作。加上市场上CAD相关软件的价格低廉，其推广普及程度较高，使其已经成为平面制图必不可少的辅助工具。

二、CAD绘图技术的基本原理

（一）计算机绘图的基本过程。计算机绘图的过程和人手工制图的过程大致类似，手工制图的过程简单来说就是把眼睛看到的数据传输至大脑，大脑理解后再将经过处理的信息通过神经传递给肌肉，从而控制绘图铅笔的起笔、行笔、落笔以及用笔的强度和落笔的位置等。这样一来，CAD绘图的基本过程就可以简单地分为以下几个步骤。

1.材料收集。在绘图之前应该把绘制图形所需要的基本的设计数据、图形结构、必要的零件绘图子程序、绘制方式以及图形各个点的坐标值等准备好，这是绘图前的必要准备工作，只有在数据充足的前提下，接下来的数据处理才能得心应手。2.编写程序。根据图形的设计特点和制图的主体思路，选择合适的尺寸算法、图形处理方法和调用绘图软件的基本子程序或基本命令等，进而编制出符合设计规定要求并有一定结构形状特征的绘图程序，输入并处理源程序。3.图形处理。计算机在设计技术人员的控制之下进行图形的屏幕绘制、图形编辑和界面优化完善，直到计算机的显示器上显示的图形能够满足任务要求为止。这时，可以把所得的图形信息存于硬盘之中，也可以直接通过绘图机或打印机输出图纸。4.图纸输出。将计算机与图纸输出设备连接，或者将已经存放在移动硬盘中的图形文件拷贝至计算机，把已经绘制完成的图纸数据通过绘图机或者打印机输出，从而完成图纸的纸质输出。

（二）CAD绘图的基础算法。在设计图形软件时，要涉及到很多算法，如图形的生成算法，图形的变换算法，图形的裁剪算法，消隐处理算法等。图形算法基础主要包括交点计算，交线计算，包含与重叠计算，凸包计算，轮廓线算法基础，等值线算法基础，区域的填充算法以及区域的运算和分解算法。由于本文篇幅和侧重点所限，在这里暂时将不做详细的介绍。下面概括性地说明一下计算机图形绘制的主要算法。

1.基本图形元素的生成算法。如用光栅图形显示器生成各种类型的点，直线，圆弧，多段线，椭圆弧，椭圆，基本封闭区域的填充以及多边形等。2.基本图形元素的几何变换。即对基本图形的平移、缩小、放大、修改、打断、裁减、旋转、延伸、镜像、撤销、恢复和复制等进行操作，通过以上的命令调用完成对已选定图形元素的几何变换，从而运算出丰富多样和符合设计预期效果的图形。3.样条曲线的差值、拟合、拼接、整体和局部的修改。通过对已经选中的样条曲线进行修改运算，改变样条曲线的原有属性，化整为零或者拟合成为同一整体等等。

（三）CAD绘图程序设计的基本方法。

1.手工操作法。手工操作法就是图形编绘人员根据图形设计要求计算出直线与圆弧的切点、交点坐标，并用最基本的绘图指令编写出源程序的方法。这种方法比较适合于绘制各类机械图形，同时也是绘图程序设计的基础，不过需要进行编辑的程序略显冗长，编写源程序要花费比较多的时间。2.参数法。在实际工作中，有不少图形是形状相似而尺寸的大小不同，例如规格不相同的同类轴承、不同尺寸的建筑墙体等。对于这类零部件或者建筑墙体的规格，只要通过数学分析运算，找到几个基本参数，其它的尺寸则可以由这几个基本参数的函数表示，只改变基本参数，图形就能相应地变化。这种利用参数编写基本图形的绘图子程序，在编制绘图程序时可以直接调用。这种绘图方法不仅使用方便，而且可使绘图程序大为简化。3.图形元素组合法。用参数法绘图只能绘制形状相似的图形。对于形状不相似的图形，可以将图形中一些相同的比较简单的基本形状或者说图形元素，单独编成子程序，以便在源程序中重复调用，它的优点是可使源程序大为简化。若以这些子程序作为标准子程序并制成软件，则扩大了绘图功能。

三、CAD技术发展与理论变革

当今世界全球化、信息化的脚步逐渐加快，市场竞争也变得异常激烈，制图行业也同样面临着巨大的竞争压力，为了能够在市场中赢得一席之地，CAD技术就不得不适应当前的发展潮流，进行深刻的理论革新，以期创造出适合当前市场环境的绘图技术，从而提高制图效率，降低运营成本。从目前的市场需求来看，CAD技术发展的大方向主要在以下三个方面：

（一）自动化。相对于传统意义上的制图而言，今后CAD绘图技术最明显的一个特征就是设计自动化，通过计算机的辅助功能代替了繁琐的手工操作，这样可以大大降低时间成本，使制图过程变得快捷、高效。可以预见，今后更高程度的自动化制图必然产生，这不仅体现在系统处理数据的高效性上，也表现在图形的完美输出上。当然，制图自动化是计算机技术发展的成果，随着计算机技术的深入发展，绘图软件也将相应地完善，届时制图自动化的程度将会进一步提高。

（二）集成化。未来的制图设计系统将不再是单一的图线形成系统，而是支持绘图的整个设计过程，它将集信息采集、数据处理、数字建模、过程协调等过程于一体，从单一的信息处理转变为完整的集成系统。这种完善的集成系统，将在同一平台、最短时间内完成计算、分析、绘制等过程，同时也将为用户提供自动选择的应用模型，并能够对已经绘制完成的图形进行自动优化处理，使用户进行图形设计时变得更加方便。

（三）网络化。制图的网络化主要表现在通过计算机网络平台实现制图过程的异地协同设计。在网络的支持下，图纸各设计成员围绕同一设计任务，同一时间不同地点或者不同操作设备，并行交互地进行设计工作，最终能够获得符合设计项目要求的设计成果。随着网络化程度的加深，可以支持各学科的设计专家共同工作，从而使得设计周期大大减少，设计效率从而明显提高。

总之，理论与实践的结合同样对计算机绘图在应用软件与硬件方面提出了更高的要求，在各种因素相互协调之下，计算机绘图技术才会更辉煌。绘图技术应用在不同领域散发出了自己在各行各业的独特魅力，同样绘图技术也面临着许多挑战与不足，有待我们进一步探讨研究。

参考文献：

[1]陈莉莉.对CAD绘图技术理论的探讨[J].中国新科技新产品,2009,14

[2]高征兵,罗文群.计算机绘图的教学改革实践[J].机械管理开发,2010,1

[3]云晓红.浅析常用计算机绘图技术[J].中国科技信息,2009,7

[作者简介]罗贞平（1862-），女，大学本科，重庆江津人，副教授，研究方向：工程图学。