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1、土木工程 CAD 技术第 1 章 引言1.1 CAD 的基本概念1.1.1 CAD的概念CAD 技术的核心：用计算机表现设计 成果：物体形状、属性。关键：用计算机处 理图形理论基础 计算机图形学、计算机绘图、有限元 方法技术基础 软件工程技术、图形图像处理技术、 数据管理技术、数据交换技术、人机交互技术、工程分析技术1.2 CAD的目的和意义1.2.1 工程及产品设计的特点1.2.2 CAD的目的通过让人机结合，优势互补1.2.3 CAD的意义1.3 CAD 的发展及 应用领域1.3.1 发展历史1.3.2 应用领域1.4 CAD在土木工程中的应用1.5 本课程的任务及学习方法第 2 章 CA
2、D 系统概论2.1 CAD系统组成硬件、软件、网络2.2 CAD系统分类2.2.1 CAD系统分类2.2.2 土木CAD系统分类2.3通用CAD系统2.4 土木工程设计阶段CAD系统2.4.1 土木工程设计阶段划分2.4.2 设计阶段各专业配合对CAD系统的需求（6条）设计阶段典型CAD举例2.4.4.1 建研院 PKPM2.4.4.2 Autodesk BLM 系列（BIM）Revit 建 筑 设 计 软 件 系统,Buzzsaw多参与方系统工作网络平台（多 阶段多专业）2.5 土木工程施工阶段CAD系统2.5.1 施工阶段划分对CAD的需求施工阶段典型CAD系统2.5.3.1 斯坦福 Pr
3、oject 4D清华建筑施工4D管理系统2.5.3.2 清华 ePIMS+2.6 CAD系统选型2.6.1 选型方法 需求分析：适用性分析、效率分析、收益分析、风险分析系统性能评估2.6.2 硬件选型2.6.3 软件选型第 3 章 计算机图形技术3.1 概述3.2 图形生成3.2.1 常用的坐标系3.2.2 基本图形元素（矢量 光栅）3.2.3 生成直线 段的算法3.2.3.1 光栅图形直线段的生成3.2.3.2 生成的直线段（ 编程 ）3.2.4 生成直线图形的算法3.1.4.1 矩形的生成 （两点式、 点差 式）3.2.4.2 正多边形的生成3.2.5 生成曲线图形的算法（曲线插补法、用一
4、系列直段逼近一条曲线）3.2.5.1 曲线的表示方法 （显式、 隐式、参数）3.2.5.2 曲线参数拟合（例子）3.2.5.3 抛物线样条曲线3.3 图形几何变换3.3.1 图形几何变换的概念基本方法：以点的几何变换为基础、使用变换矩阵表示点的变换规律3.3.2 二维图形几何变换（平移 旋转 镜像 组合实例）3.3.3 三维图形几何变换3.3.4 图形的投影变换（正平行投影、 透视投影）3.4 图形显示处理3.4.1 图形的窗口和视口变换3.4.2 图形裁剪3.4.2.1 二维线段的裁剪（矢量裁剪法 9 个部分的例子）3.4.2.2 多边形的裁剪（逐边裁剪法）3.4.2.3 字符的裁剪第 4
5、章 三维建筑造型4.1 概述4.2 三维几何模型4.2.1 线框模型（数据结构：顶点表、 边表）4.2.2 表面模型（数据结构：顶点表、 边表、面表）4.2.3 实体模型（数据结构： 体素调用、 扫描变换、空间点列、单元分解、边界表示、 结构实体几何）4.3 三维真实感图形显示4.3.1 消隐处理4.3.1.1 单个凸多面体的消隐处理 （面可见性判别方法：矢量计算 法）4.3.1.2 任意平面体的消隐处理 （最 大最小试验、包含性试验、深度检验）4.3.2 明暗效应处理1. 物体表面颜色和亮度2. 物体表面的质感3. 光照下的物体阴影4. 透明物体的透明效果和镜面物 体的镜象效果4.3.2.1
6、 表面明暗效应的影响因素1. 光照特性2. 物体表面特性3. 物体周围环境4.3.2.2 光照模型1. 环境光：任何方向上光的强度 都相同2. 漫反射光3. 镜面反射光4. 透明度5. 色彩3.4.2.4 三维图形的裁剪3.5 工程制图程序的设计3.5.1 用计算机绘制工程图的方法3.5.2 工程图形绘制方法1 直接绘图法2. 基本图素拼合法3. 参数绘图法3.5.3 建筑结构 CAD 系统中的图形功能4.3.3 真实感图形生成算法（渲染）扫描线算法 光线追踪算法4.4 AutoCAD 三维建筑造型4.4.1 概述功能：1. 建立三维几何模型 （简称“三维建模” ）2. 编辑三维模型3. 三维
7、图形的消隐4. 三维图形的渲染（真实感图形显示）4.4.2 AutoCAD 三维绘图基础4.4.2.1 用户坐标系世界坐标系 （WCS） 和 用户坐标系 （UCS）:前者固定，后者可移动；改变 UCS只会改变坐标系的原点和倾斜度。UCS 对于输入坐标、定义绘图平 面和设置视图非常有用。4.4.2.2 视点4.4.2.3 模型空间的视口 将绘图区域拆分成一个或多个相邻的矩形视图，可以更加全面地观察 物体，从而缩短在单一视口中缩放或 平移所用时间。4.4.2.4 三维交互窗口4.4.3 AutoCAD 三维建模4.4.3.1 定义二维实体厚度4.4.3.2 线框模型的建立4.4.3.3 表面模型的
8、建立4.4.3.4 实体模型的建立4.4.5 AutoCAD 三维模型编辑4.4.5.1 基本编辑功能4.4.5.2 高级编辑功能4.4.6 三维真实感图形显示4.4.6.1 消隐4.4.6.2 视觉样式（消隐 +表面着4.4.6.3 渲染色）第5章AutoCAD应用技术5.1 AutoCAD 概述5.1.1 AutoCAD 的发展5.1.2 AutoCAD 的主要功能5.1.3 AutoCAD 的二次开发环 境 Visual LISP VBA ObjectARX5.2 面向对象程序设计基础 类、对象、数据封装、继承性、多 态性5.3 Windows 应用程序设计入门 动态链接库、 windo
9、ws 数据类型、第 6 章 人机交互技术6.1 概述（概念 目的 任务 设备 技术）6.2 交互输入技术6.2.1 主要交互输入方式6.2.2 命令语言方式6.2.3 菜单选择方式（台板技术）6.2.4 AutoCAD 用户菜单6.3 交互控制技术1. 定位法2 强制法3. 网格法4. 引力场法5. 橡皮带法6. 拖拉法7 草图法6.4 图形拾取 技术6.4.2 拾取点定位法1. 拾取窗形式第 7 章 工程分析与优化设计7.1 概述7.2 工程分析7.2.1 工程分析的分类1. 力学分析2. 设计分析3. 设计方案评估7.2.2 有限元分析法 （ 不同软件数据交 换）MFC 库应用框架、消息处
10、理函数5.4 AutoCAD 的二次开发技术541 ObjectARX 基础5.4.2 开发环境5.4.3 利用向导进行应用程序设计5.4.4 典型功能实现AutoCAD 数据库 的基本操作规则 在 AutoCAD 中对象的识别 获取对象 ID 的方法例 11 页 直线 涂层 颜色 多线2. 提示窗形式3. 试拾取形式6.4.3 图形搜索法1. 点的拾取2. 直线段的拾取3. 多边形的拾取6.5 交互式图形用户界面设计6.5.1 图形用户界面的概念6.5.2 图形用户界面的基本形式6.5.3 CAD 系统图形用户界面的基本 特征6.5.4 CAD系统图形用户界面的设计1. 用户模型2. 屏幕布
11、置3. 菜单组织4. 命令语言5 信息反馈7.3 工程优化 设计7.3.2 基本原理7.3.3 优化设计数学模型的建立 优化设计的三要素1. 设计变量2. 约束条件3. 目标函数7.3.4 优化设计数学模型的求解第 8 章 工程数据处理与交换8.1 概述8.2 工程数据处理8.2.1 需要处理的工程数据8.2.2 工程数据的程序化 插值 数据拟合 线图数据8.2.3 使用 数据文件 进行处理及查找方 法1. 顺序文件2. 索引文件3. 散列文件4. 链表文件8.2.4 使用数据库 进行处理8.2.4.1 数据库的数据模型1. 关系数据模型2. 网状数据模型第9章土木工程CAD系统开发9.1 概
12、述（软件工程学 / 软件危机）9.2 需求分析1. 问题定义2. 可行性研究3. 系统分析9.3 系统设计9.3.1 用户界面设计9.3.2. 程序结构设计9.3.2.1 模块化设计9.3.2.2 结构化设计方法9.3.2.3 面向对象设计方法3. 层次数据模型4. 面向对象数据模型8.2.4.2 数据库管理系统8.2.4.3 数据库设计1 概念设计（ E-R）2 逻辑设计3 物理设计8.3 CAD系统数据交换8.3.1 CAD系统数据交换的必要性8.3.2 通过操作系统机制8.3.3 通过标准文件格式（矢量图 位 图）8.3.4 通过外部参照8.3.5 通过外部数据库9.3.3. 数据结构设
13、计1. 静态线性表2. 特殊线性表：栈，队列3. 最基本的动态数据结构单向链表4. 链表 的扩充双向链表，循环链表5. 树：二叉树6 图9.3.4 文档编制9.4 程序设计风格9.5 系统测试选购CAD的验收测试第10章现代CAD技术10.1 概述10.2 先进制造技术的影响10.2.1 计算机集成制造系统的影响10.2.2 并行工程的影响10.2.3 敏捷制造的影响10.3 CAD技术的发展趋势支持产品自动化设计的理论和方法1. 并行设计2 大批量定制设计10.4现代CAD关键理论和技术10.4.1 并行设计1. 设计过程重组2. 多学科设计队伍的组织3. 产品生命周期数字化定义4. 协同工作环境的建立10.4.2 产品数据管理技术（ PDM）1. 电子仓库2. 工作流及过程管理3. 产品结构与配置管理4. 零件分类管理5. 工程变更管理智能CAD技术设计工作：数值计算 推理基础：人工智能 专家系统
