对Auto CAD、3DMAX、Open GL在计算机辅助机械设计中的应用分析

摘 要 计算机在机械设计中的辅助作用，使机械设计工作进入了一个新的时代，大批制图软件的涌现也正说明了这一点，本文挑选了Auto CAD、3DMAX、Open GL这三种非常常见且功能强大的软件，对其在辅助机械设计中的作用进行了详细分析，并以此为依据进行比较。

【关键词】Auto CAD 3DMax Open GL 机械设计

1 计算机辅助机械设计的优势

随着科技发展，计算机辅助机械设计的技术不断成熟，设计软件不断增加，应用的范围也更加广泛，可以更好的推进机械设计的前进和发展。

（1）计算机辅助机械设计，会使设计过程和修改过程更简便、更容易，以往的手工制图设计周期很长，并且出现问题以后往往很难在原图基础上进行其他操作，在修改过程中稍有不慎便会毁掉整幅设计图，加大了重复劳动量，同时不能保证设计成品的质量。但是如果采用计算机辅助软件，就可以实现几何体的各种拆分、组合方式，不仅降低了设计的难度，还缩短了设计的工期，同时，由于各种设计软件的便利性，也会提升设计的质量，大幅提升工作效率。

（2）机械设计的步骤繁琐，过程复杂，并且要求的精细化程度较高，以往的手工绘图方式，难免会存在误差和错误，并且工作效率不高，使用计算机辅助机械设计，有助于提升设计的精准程度和工作效率。

（3）计算机软件可以帮助我们更快的解决复杂的工作，例如像机械强度测试、零件动力等方面，需要大量的、复杂的计算才能实现，把这些工作交给计算机处理，不仅可以提升运算的准确率，从而提升工作效率，而且可以让设计、制图更加合理。

（4）各类制图软件的强大功能让机械设计工作变得更容易开展，同时，跳出了手工绘图只能出现在二维平面的局限性，实现机械设计向三维空间的迈进。我们可以利用软件，将不同的机械部件装配方式进行演示，通过公式的设定和其他辅助，挑选出最合理的装配方式，同时显示出那些不符合规定的、错误的部分，既能节省试验费用，又可以对症下药，更快的修正错误。

2 对Auto CAD、3DMAX、Open GL三种制图软件的分析比较

计算机硬件的不断升级以及软件技术的持续发展大大提升了计算机的图形处理能力，与此同时，众多三维图形绘制软件进入了人们的视野，常见的诸如Auto CAD、Open GL和3DMax等，这些软件对于机械设计的帮助巨大，它们改变了传统的由设计人员使用铅笔、尺规在绘图板上手工作图的方法，有效提升了设计人员的工作效率，避免了重复劳动，减轻了设计人员的工作负担，而且通过这些软件作出的图，其画面质量和精细程度是以往手工作图无法比拟的。虽然Auto CAD、Open GL和3DMax的应用都非常广泛，但是还是存在区别，各有千秋的。

2.1 Auto CAD的简介和特点

Auto CAD是目前使用最为广泛的工程图形处理软件，在机械、建筑设计等领域表现优异，不管是二维还是三维，用它来创作平面图模型都非常方便快捷。Auto CAD因为其完善的绘图功能、清晰简明的操作界面、容易上手、操作便捷等特点，广受工程制图设计人员的喜爱，同时Auto CAD还为用户提供了多种工具，以便于在制图过程中对图形、图像进行二次开发，例如Auto LISP、ADS、VBA和Visual LISP等，这种开放式的体系结构为Auto CAD加分不少。但是Auto CAD也有着一定程度的不足，它是一款商业性质的通用绘图软件，因为专业性差，所以不能直接、精确的绘制某些标准化的零件，这就要求使用者灵活使用那些二次开发工具来满足绘图的要求。

在Auto CAD的使用过程中，也有许多需要注意的问题，关注这些点可以帮助我们更好的使用Auto CAD。

（1）在Auto CAD中可以自行创建一个特殊的绘画文件，在此模板中根据自身的需要来定义文本样式，图层种类、尺寸、颜色、状态样式，绘图布局和一些标准信息，然后将这个绘图文件保存为.dwt格式，就可以作为以后的模版来使用了，根据不同的需要，可以制作不同的模版，以后需要的时候直接使用模版进行修改等，这样可以提升工作效率。

（2）Auto CAD的绘图空间分为图纸空间和模型空间两种，其中图纸空间侧重图形在图纸中的布局方面，对图形的修改几乎没有，而模型空间为使用者提供了一个广阔的绘图区域，让使用者不用担心绘图空间的大小，只需要关心绘图的正确与否就够了，一般而言，不论是二维还是三维图形的绘制、修改工作，都是在模型空间内进行的。因为两种绘图空间作用有所不同，所以建议使用者在绘图时，最好先是在模型空间内完成图形的绘制、编辑后，再进入图纸空间调整布局，直到最后绘图工作完成。

（3）我们在使用Auto CAD在绘图过程中可以通过创建图层来提升工作效率，将不同种类、用途的图形用不同的图层放置，比如机械制图中将中心线、剖面线、粗实线、细实线等分开放置，而其他相同种类的图形，则可以放置在同一图层进行统一操作、管理，这样不仅节约了空间，而且减少了繁琐的重复工作。

（4）使用Auto CAD编辑图形时，不仅可以使用传统的CAD修改命令、编辑工具等，还可以使用夹点编辑这种与传统修改命令截然不同的方式来实现。在启用了夹点编辑后就可以对所选择的对象实行移动、旋转、拉伸、复制、比例缩放和镜像等操作，不必激活Auto CAD修改命令。

（5）在机械图中实线分为粗实线和细实线，我们可以借助层的线宽设计来指定某些线型的宽度。有的使用者喜欢将图形转去Word软件后再出图，以便于文字处理，并且可以更准确的控制位置，但是如果是使用Line命令画线的图形，在从Auto CAD转入Word后，线宽会变得相同，为了保持这种线宽特征，我们可以使用Pline命令绘制可以随着设定值改变宽度的多义线。并且通过化圆命令而画出的圆是不可以转为多义线，同时也不能直接改变线宽的，要想改变其线宽过程比较麻烦，需要先进行微断处理，然后用Pedit命令将其转成多义线，然后再改变。

（6）图形的重复利用和共享，是提高绘图效率的有效措施，通过利用Auto CAD的设计中心，使用者就可以很方便的进行图形的重复和共享，从而有效的管理图形。同时在Auto CAD设计中心，使用者还可以使用图形外部参照来方便工作，外部参照指的是将一幅图的外部图形引入另一幅图中，使用户可以直接引入那些不必要修改的标准元素，避免重复工作；并且，如果使用者对外部参照图形进行了修改，那么Auto CAD将会自动的将修改更新至它所附加的图形中。

2.2 Open GL的简介和特点

Open GL的全称是Open Graphics Library，即开放图形库，是一个由SGI公司发行的三维图形标准，因其性能卓越而广受好评，世界许多知名公司都采用Open GL作为三维图形标准，比如Microsoft、HP、DEC等公司；其他领域的许多的软件也都是在Open GL的基础上来开发的，如仿真软件Open Inventor和动画制作软件SoftImage等。Open GL如今已经在可视化、仿真、虚拟实现等多方面得到了综合运用，是IT工业界内最被认可的三维图形软件接口标准。

Open GL除了性能卓越的优点外，也有很多其他方面的优点：

（1）不用牺牲图形的性能，不损害使用者在硬件方面的控制能力，就可以顺利实现图形在多种硬平台之间的移植。

（2）简化编程的复杂程度，操作方法简洁自然。

（3）易于扩展，连续性和柔韧性较强。

（4）网络功能强大，即使运行图形程序的计算机和创建图形程序的计算机不是同一台，一样可以通过网络功能实现Open GL函数库的调用。

（5）支持C，C++，Java，Fortran等多种语言开发。

虽然使用Auto CAD和其二次开发功能所创建的渐开线直齿圆柱齿轮比使用Open GL创建的更为精确，但是在Open GL中可以使用旋转变换命令和双缓存机制来模拟齿轮咬合的动画过程，同时，采用反走样等功能，可以让齿轮效果更真实。

2.3 3DMax的简介和特点

3DMax是Discreet公司开发的一个三维动画渲染和制作软件，造型工具、材质设置丰富，动画工具完善，它的动画制作效果可以和工作站级动画软件的制作效果比肩，可谓是功能强、应用广。虽然3DMax不是一个专业的用来辅助机械设计的软件，不太适合一些需要符合工业标准的零部件的制作，但是使用者可以用其他专业工具软件中制作出的图形导入3DMax中，通过材质、后期、灯光的加工处理，让工业产品更加的真实、形象，同时，3DMax支持多种格式的文件，比如DWG和DXF等。

但是交互性较差这一弱点极大的制约了3DMax在计算机辅助机械设计中的应用，在3DMax中所有的场景、物体和动画过程都必须由使用者来制定和创建，不能在程序运行的途中动态的改变物体动画轨迹、尺寸等。

不过3DMax的特点也是非常突出的，主要表现在以下几点：

（1）对PC系统的配置要求较低，满足各层次使用者的要求。

（2）有强大的角色动画制作能力。

（3）制作模型弹性大，建模步骤可堆叠。

（4）通过安装插件可以增强原版本功能甚至提供3DMax没有的功能。

（5）软件性价比高，其功能的强大程度远远超过了软件的价格，大幅降低了制作成本。

（6）上手简单，制作流程简洁高效，拥有便于掌握的优化操作。

2.4 Auto CAD、3DMAX、Open GL三者之间的比较

（1）Auto CAD因为其交互性较差的局限性，对软件开发智能化有一定影响，虽然这一功能可以通过Auto CAD中内置的AUTOPLSP等二次开发语言来实现，但是Open GL和VC++远比AUTOPLSP功能强大，不过使用者可以将Auto CAD中导出的DXF文件导入其他CAD软件中进行后期处理。而且，随着Auto CAD版本的不断发展，其功能也在不断完善，在Auto CAD的R14版本中，已经添加了三维造型功能强劲的3D图形功能，这些发展无疑会让Auto CAD得到越来越广泛的应用。

（2）Auto CAD的DXF文件中是采用三角形面片逼近的方法来描述三维实体，但是Open GL函数库中就提供了方法来绘制这种三角形面片，更加简化了三维实体的绘制途径；同时运用Open GL进行软件设计时，程序可以自动处理一系列复杂的数据，自动绘制出图形，这一切只需要使用者输入图形的原始数据即可。而且Open GL可以真正实现物体交互性、自主性等三维虚拟现实功能，但同时Open GL不具备实体造型能力，只能通过其基本图元来绘制几何模型。

（3）3DMax进行机械设计时精确度相对较差，交互性不强，但是可以通过将3DMax和Auto CAD相结合来获得最好的效果，将Auto CAD的DXF文件导入3DMax中，然后选择适当的材质并渲染，配上灯光效果，来让图形变的更直观更逼真。

从上面的比较内容可以看出，这些软件在计算机辅助机械设计中都有自己的长处和缺点，掌握多样化的软件使用能力对工作的开展显然更有利，设计者可以选用符合自己实际需求的图形软件来作为主要工具，同时用其他软件从旁辅助，相互取长补短，不断完善，更好的达到制图的要求。

3 结束语

在机械设计中，计算机的辅助作用越来越明显，同时，这些辅助软件也为设计工作的便捷化、合理化、效率化提供了极大的帮助，Auto CAD、3DMax和Open GL作为三种常见的制图软件，在计算机机械制图中必不可少，虽然它们自身都存在一定程度的不足，但是只要使用者灵活挑选，有机结合，就可以设计出更优秀、更科学的产品。

参考文献

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作者单位

河南省地质高级技工学校 河南省郑州市 450000