1、土木工程 CAD 技術(shù)第 1 章 引言1.1 CAD 的基本概念1.1.1 CAD的概念CAD 技術(shù)的核心：用計算機表現(xiàn)設(shè)計 成果：物體形狀、屬性。關(guān)鍵：用計算機處 理圖形理論基礎(chǔ) 計算機圖形學、計算機繪圖、有限元 方法技術(shù)基礎(chǔ) 軟件工程技術(shù)、圖形圖像處理技術(shù)、 數(shù)據(jù)管理技術(shù)、數(shù)據(jù)交換技術(shù)、人機交互技術(shù)、工程分析技術(shù)1.2 CAD的目的和意義1.2.1 工程及產(chǎn)品設(shè)計的特點1.2.2 CAD的目的通過讓人機結(jié)合，優(yōu)勢互補1.2.3 CAD的意義1.3 CAD 的發(fā)展及 應(yīng)用領(lǐng)域1.3.1 發(fā)展歷史1.3.2 應(yīng)用領(lǐng)域1.4 CAD在土木工程中的應(yīng)用1.5 本課程的任務(wù)及學習方法第 2 章 CA

2、D 系統(tǒng)概論2.1 CAD系統(tǒng)組成硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)2.2 CAD系統(tǒng)分類2.2.1 CAD系統(tǒng)分類2.2.2 土木CAD系統(tǒng)分類2.3通用CAD系統(tǒng)2.4 土木工程設(shè)計階段CAD系統(tǒng)2.4.1 土木工程設(shè)計階段劃分2.4.2 設(shè)計階段各專業(yè)配合對CAD系統(tǒng)的需求（6條）設(shè)計階段典型CAD舉例2.4.4.1 建研院 PKPM2.4.4.2 Autodesk BLM 系列（BIM）Revit 建 筑 設(shè) 計 軟 件 系統(tǒng),Buzzsaw多參與方系統(tǒng)工作網(wǎng)絡(luò)平臺（多 階段多專業(yè)）2.5 土木工程施工階段CAD系統(tǒng)2.5.1 施工階段劃分對CAD的需求施工階段典型CAD系統(tǒng)2.5.3.1 斯坦福 Pr

3、oject 4D清華建筑施工4D管理系統(tǒng)2.5.3.2 清華 ePIMS+2.6 CAD系統(tǒng)選型2.6.1 選型方法 需求分析：適用性分析、效率分析、收益分析、風險分析系統(tǒng)性能評估2.6.2 硬件選型2.6.3 軟件選型第 3 章 計算機圖形技術(shù)3.1 概述3.2 圖形生成3.2.1 常用的坐標系3.2.2 基本圖形元素（矢量 光柵）3.2.3 生成直線 段的算法3.2.3.1 光柵圖形直線段的生成3.2.3.2 生成的直線段（ 編程 ）3.2.4 生成直線圖形的算法3.1.4.1 矩形的生成 （兩點式、 點差 式）3.2.4.2 正多邊形的生成3.2.5 生成曲線圖形的算法（曲線插補法、用一

4、系列直段逼近一條曲線）3.2.5.1 曲線的表示方法 （顯式、 隱式、參數(shù)）3.2.5.2 曲線參數(shù)擬合（例子）3.2.5.3 拋物線樣條曲線3.3 圖形幾何變換3.3.1 圖形幾何變換的概念基本方法：以點的幾何變換為基礎(chǔ)、使用變換矩陣表示點的變換規(guī)律3.3.2 二維圖形幾何變換（平移 旋轉(zhuǎn) 鏡像 組合實例）3.3.3 三維圖形幾何變換3.3.4 圖形的投影變換（正平行投影、 透視投影）3.4 圖形顯示處理3.4.1 圖形的窗口和視口變換3.4.2 圖形裁剪3.4.2.1 二維線段的裁剪（矢量裁剪法 9 個部分的例子）3.4.2.2 多邊形的裁剪（逐邊裁剪法）3.4.2.3 字符的裁剪第 4

5、章 三維建筑造型4.1 概述4.2 三維幾何模型4.2.1 線框模型（數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：頂點表、 邊表）4.2.2 表面模型（數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：頂點表、 邊表、面表）4.2.3 實體模型（數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)： 體素調(diào)用、 掃描變換、空間點列、單元分解、邊界表示、 結(jié)構(gòu)實體幾何）4.3 三維真實感圖形顯示4.3.1 消隱處理4.3.1.1 單個凸多面體的消隱處理 （面可見性判別方法：矢量計算 法）4.3.1.2 任意平面體的消隱處理 （最 大最小試驗、包含性試驗、深度檢驗）4.3.2 明暗效應(yīng)處理1. 物體表面顏色和亮度2. 物體表面的質(zhì)感3. 光照下的物體陰影4. 透明物體的透明效果和鏡面物 體的鏡象效果4.3.2.1

6、 表面明暗效應(yīng)的影響因素1. 光照特性2. 物體表面特性3. 物體周圍環(huán)境4.3.2.2 光照模型1. 環(huán)境光：任何方向上光的強度 都相同2. 漫反射光3. 鏡面反射光4. 透明度5. 色彩3.4.2.4 三維圖形的裁剪3.5 工程制圖程序的設(shè)計3.5.1 用計算機繪制工程圖的方法3.5.2 工程圖形繪制方法1 直接繪圖法2. 基本圖素拼合法3. 參數(shù)繪圖法3.5.3 建筑結(jié)構(gòu) CAD 系統(tǒng)中的圖形功能4.3.3 真實感圖形生成算法（渲染）掃描線算法 光線追蹤算法4.4 AutoCAD 三維建筑造型4.4.1 概述功能：1. 建立三維幾何模型 （簡稱“三維建模” ）2. 編輯三維模型3. 三維

7、圖形的消隱4. 三維圖形的渲染（真實感圖形顯示）4.4.2 AutoCAD 三維繪圖基礎(chǔ)4.4.2.1 用戶坐標系世界坐標系 （WCS） 和 用戶坐標系 （UCS）:前者固定，后者可移動；改變 UCS只會改變坐標系的原點和傾斜度。UCS 對于輸入坐標、定義繪圖平 面和設(shè)置視圖非常有用。4.4.2.2 視點4.4.2.3 模型空間的視口 將繪圖區(qū)域拆分成一個或多個相鄰的矩形視圖，可以更加全面地觀察 物體，從而縮短在單一視口中縮放或 平移所用時間。4.4.2.4 三維交互窗口4.4.3 AutoCAD 三維建模4.4.3.1 定義二維實體厚度4.4.3.2 線框模型的建立4.4.3.3 表面模型的

8、建立4.4.3.4 實體模型的建立4.4.5 AutoCAD 三維模型編輯4.4.5.1 基本編輯功能4.4.5.2 高級編輯功能4.4.6 三維真實感圖形顯示4.4.6.1 消隱4.4.6.2 視覺樣式（消隱 +表面著4.4.6.3 渲染色）第5章AutoCAD應(yīng)用技術(shù)5.1 AutoCAD 概述5.1.1 AutoCAD 的發(fā)展5.1.2 AutoCAD 的主要功能5.1.3 AutoCAD 的二次開發(fā)環(huán) 境 Visual LISP VBA ObjectARX5.2 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計基礎(chǔ) 類、對象、數(shù)據(jù)封裝、繼承性、多 態(tài)性5.3 Windows 應(yīng)用程序設(shè)計入門 動態(tài)鏈接庫、 windo

9、ws 數(shù)據(jù)類型、第 6 章 人機交互技術(shù)6.1 概述（概念 目的 任務(wù) 設(shè)備 技術(shù)）6.2 交互輸入技術(shù)6.2.1 主要交互輸入方式6.2.2 命令語言方式6.2.3 菜單選擇方式（臺板技術(shù)）6.2.4 AutoCAD 用戶菜單6.3 交互控制技術(shù)1. 定位法2 強制法3. 網(wǎng)格法4. 引力場法5. 橡皮帶法6. 拖拉法7 草圖法6.4 圖形拾取 技術(shù)6.4.2 拾取點定位法1. 拾取窗形式第 7 章 工程分析與優(yōu)化設(shè)計7.1 概述7.2 工程分析7.2.1 工程分析的分類1. 力學分析2. 設(shè)計分析3. 設(shè)計方案評估7.2.2 有限元分析法 （ 不同軟件數(shù)據(jù)交 換）MFC 庫應(yīng)用框架、消息處

10、理函數(shù)5.4 AutoCAD 的二次開發(fā)技術(shù)541 ObjectARX 基礎(chǔ)5.4.2 開發(fā)環(huán)境5.4.3 利用向?qū)нM行應(yīng)用程序設(shè)計5.4.4 典型功能實現(xiàn)AutoCAD 數(shù)據(jù)庫 的基本操作規(guī)則 在 AutoCAD 中對象的識別 獲取對象 ID 的方法例 11 頁 直線 涂層 顏色 多線2. 提示窗形式3. 試拾取形式6.4.3 圖形搜索法1. 點的拾取2. 直線段的拾取3. 多邊形的拾取6.5 交互式圖形用戶界面設(shè)計6.5.1 圖形用戶界面的概念6.5.2 圖形用戶界面的基本形式6.5.3 CAD 系統(tǒng)圖形用戶界面的基本 特征6.5.4 CAD系統(tǒng)圖形用戶界面的設(shè)計1. 用戶模型2. 屏幕布

11、置3. 菜單組織4. 命令語言5 信息反饋7.3 工程優(yōu)化 設(shè)計7.3.2 基本原理7.3.3 優(yōu)化設(shè)計數(shù)學模型的建立 優(yōu)化設(shè)計的三要素1. 設(shè)計變量2. 約束條件3. 目標函數(shù)7.3.4 優(yōu)化設(shè)計數(shù)學模型的求解第 8 章 工程數(shù)據(jù)處理與交換8.1 概述8.2 工程數(shù)據(jù)處理8.2.1 需要處理的工程數(shù)據(jù)8.2.2 工程數(shù)據(jù)的程序化 插值 數(shù)據(jù)擬合 線圖數(shù)據(jù)8.2.3 使用 數(shù)據(jù)文件 進行處理及查找方 法1. 順序文件2. 索引文件3. 散列文件4. 鏈表文件8.2.4 使用數(shù)據(jù)庫 進行處理8.2.4.1 數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型1. 關(guān)系數(shù)據(jù)模型2. 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型第9章土木工程CAD系統(tǒng)開發(fā)9.1 概

12、述（軟件工程學 / 軟件危機）9.2 需求分析1. 問題定義2. 可行性研究3. 系統(tǒng)分析9.3 系統(tǒng)設(shè)計9.3.1 用戶界面設(shè)計9.3.2. 程序結(jié)構(gòu)設(shè)計9.3.2.1 模塊化設(shè)計9.3.2.2 結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法9.3.2.3 面向?qū)ο笤O(shè)計方法3. 層次數(shù)據(jù)模型4. 面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型8.2.4.2 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)8.2.4.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計1 概念設(shè)計（ E-R）2 邏輯設(shè)計3 物理設(shè)計8.3 CAD系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換8.3.1 CAD系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換的必要性8.3.2 通過操作系統(tǒng)機制8.3.3 通過標準文件格式（矢量圖 位 圖）8.3.4 通過外部參照8.3.5 通過外部數(shù)據(jù)庫9.3.3. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計1. 靜態(tài)線性表2. 特殊線性表：棧，隊列3. 最基本的動態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)單向鏈表4. 鏈表 的擴充雙向鏈表，循環(huán)鏈表5. 樹：二叉樹6 圖9.3.4 文檔編制9.4 程序設(shè)計風格9.5 系統(tǒng)測試選購CAD的驗收測試第10章現(xiàn)代CAD技術(shù)10.1 概述10.2 先進制造技術(shù)的影響10.2.1 計算機集成制造系統(tǒng)的影響10.2.2 并行工程的影響10.2.3 敏捷制造的影響10.3 CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢支持產(chǎn)品自動