CAD在测绘图形中的应用与发展趋势

　　近年来，CAD（Computer Aided Design，计算机辅助设计）在测绘领域的应用非常广泛，利用CAD制作各种比例尺的地形图、地籍图、宗地图，以及非常复杂的小比例尺土地利用现状图等既方便又精确。但是如果仅仅认为在测绘过程中使用计算机进行科学计算和分析就是CAD，或者利用计算机控制绘图机绘制出工程图纸就是CAD，那对CAD的理解就太片面了，因为这不能充分揭示CAD的内涵和本质，只能使CAD的应用始终处于一个初级状态。

　　CAD概述

　　CAD概念。CAD是Computer Aided Design的简称，即计算机辅助设计，是由计算机完成产品设计中的计算、分析、模拟、制图、编制技术文件等工作，由计算机辅助设计人员完成产品的全部设计过程，最后输出满意的设计结果和产品图纸的一种机械设计方法。它是最近几十年来迅速发展起来并得到广泛应用的多学科综合性的新技术。1973年，国际信息处理联合会给CAD了一个更广义的解释：CAD是将人和机器混编在解题专业中的一种技术，从而使人和机器的最好特性联系起来。CAD技术的应用适应了当前产品需提高设计质量，快速更新换代的需求。

　　CAD技术的产生和发展。20世纪50年代初，CAD技术诞生并处于被动式的图形处理阶段，也是CAD技术的准备和酝酿时期。进入20世纪60年代，提出了计算机图形学、交互技术、分层存储符号的数据结构等新思想，从而为CAD技术的发展和应用打下了理论基础，同时也相继出现了许多商品化的CAD设备。1970年美国Applicon公司第一个推出完整的CAD系统，出现了全面向中小企业的CAD/CAM商品化系统，同时也意味着CAD技术进入广泛使用时期。20世纪80年代，CAD技术进入了突飞猛进的发展时期，在这个时期，CAD/CAM技术从大中企业向中小企业扩展，从发达国家向发展中国家扩展，从用于产品设计发展到用于工程设计和工艺设计。到了20世纪90年代，CAD技术进入了开放式、标准化、集成化和智能化的发展时期，计算机加视窗95/98/2000/NT操作系统与工作站加LINIX操作系统，在以太网的环境下构成了CAD系统的主流工作平台。因此现在的CAD技术和系统都具有良好开放性，图形接口、图形功能日趋标准化，在CAD系统中，综合运用正文、图形、图像、语音等多媒体技术和人工智能、专家系统等技术，从而增大了自动化设计程度，出现了智能CAD新学科。

　　CAD系统的构成。CAD技术集中体现在CAD系统上，CAD系统是用户最终用来实现设计思想、加速产品和工程设计的信息化工具，从其体系结构上讲，可分为三个层次：即基础层、支撑层和应用层。基础层由计算机、外围设备和系统软件构成；支撑层包含计算机分析软件、数据库管理系统软件、网络服务软件和集成化CAD/CAM/CAE软件等；应用层针对不同应用领域的需求有各自的CAD专用软件来支持相应的CAD工作，目前各种机械CAD软件开发和应用层出不穷，显示出强大的生命力和广阔的发展前景。

　　CAD的功能。一个比较完善的CAD系统应具备以下基本功能：

　　(1) 科学计算与分析功能，能够完成产品常规设计、优化设计、可靠性分析、有限元分析、动态分析及数字仿真模拟等科学计算。

　　(2) 图形处理功能：如二维交互图形技术、三维几何造型、图形仿真模拟及其图形输入输出功能等。

　　(3) 数据管理与数据交换功能：如数据库管理，不同CAD系统间的数据交换和接口功能等。

　　(4) 其他功能：如进行文档制作，编辑及文字处理功能，软件设计功能和网络功能等。

　　CAD与传统设计的比较。CAD包含了从产品的方案决策、结构设计、性能分析、功能仿真一直到工艺设计的全部过程。传统设计，人工处理信息不要求形式化的表示方法，设计人员可以在非形式化的情况下工作，而CAD系统要求恰好相反；传统设计过程的支撑环境是文具、图纸和手册资料，而CAD系统则要求有一定的计算机硬件环境和软件支撑系统；CAD系统与传统设计过程也不尽相同。

　　大量实践证明，CAD与传统设计相比，具有明显的优越性。CAD应用显著提高设计效率，缩短设计周期，提高设计质量，使部门间信息交流更迅速、可靠，便于设计与分析工作模式的统一，且有利于产品的标准化、系统化和通用化。

　　AutoCAD在测绘中的应用

　　笔者在测绘实践中通过应用美国Autodesk公司的AutoCAD发现该软件不仅具有丰富的绘图命令，还具有强大的图形编辑功能，而且软件运行相当稳定，尤其对复杂的图形处理效果更好。

　　实现数据到图形的自动转换。有了原始数据，如何实现自动成图，这一直是人们关心的问题，用AutoCAD把原始数据变成图形，可以通过以下途径：

　　（1）采用高级语言（BASIC语言或C语言）编制程序调用原始数据文件生成SCR命令文件，在AutoCAD的图形编辑环境下调用SCRIPT命令执行该文件，生成相应的图形。

　　（2）用高级语言生成DXF文件，在AutoCAD图形编辑环境下调用DXFIN命令打开该文件，即可得到相应的图形文件。

　　（3）用高级语言直接生成DWG图形文件。

　　（4）利用AutoLISP语言，编写相应程序，读取有关数据文件，进行处理，并且调用AutoCAD绘图命令，直接生成图形。

　　以上四种方法中，第一种方法比较简单，但执行速度慢。第二种方法速度较快，但DXF文件格式死板，记录冗长，尤其是复杂的图形，DXF文件长得惊人。第三种方法较前两种方法理想，但这种方法对于一些复杂的图形尚有一定的难度，况且，不同的AutoCAD版本，DWG文件的结构也不同，使程序不能通用。前三种方法有一个共同的特点：先在AutoCAD外用高级语言做数据处理，然后再回到AutoCAD环境下成图，效率低。第四种方法是直接在AutoCAD环境下工作，减少了中间环节，提高了效率。而且具有较强的通用性，对一些较复杂的图形，更直接方便。

　　实现图形到数据的自动转换。刚接触AutoCAD的人都有这样的感觉，即由数据生成图形容易，由图形返回数据困难。有了LISP语言，这个问题就会迎刃而解。

　　图纸资料的数字化。要把图像资料变成相应的数据，一般是通过数字化仪和扫描仪。对于手扶式数字化仪来讲，我们可以根据不同要求来编制相应的LISP程序，完成图形的数字化。程序运行时，把从数字化仪传递来的数据信息（点的坐标）连同交互式状态下输入的有关编码合并以一合理的数据结构存贮于数据文件中，同时，在屏幕上，采用不同的图层，不同的颜色进行同步显示。从而使数字化过程变得非常直观、形象，避免产生丢点或重复等各种错误的发生。这样数字化的结果，不仅得到与原图纸相对应的数据文件，也同时生成了一幅相对应的图形文件。数据文件可以纳入有关相对应的数据管理系统中，而图形文件为将来的输出和变更修改提供了方便。对于扫描仪，是将原图通过扫描仪扫描形成位图文件（文件扩展名为BMP或TIF），经矢量化软件把图形的数据信息分类存贮于数据文件中。