基本介紹
- 中文名：計算機輔助建築設計
- 外文名：ComputerAidedArchitectureDesign
- 英文縮寫：CAAD
- 所屬學科：計算機
- 所屬領域：硬體
- 作用：利用設備幫助設計人員進行設計
簡介,發展概況,組成設備,組成,設備,軟體,現代系統,
簡介
CAAD(ComputerAidedArchitectureDesign)，計算機輔助建築設計。計算機輔助建築設計(CAD-ComputerAidedDesign)利用計算機及其圖形設備幫助設計人員進行設計工作。簡稱caad。在工程和產品設計中，計算機可以幫助設計人員擔負計算、信息存儲和製圖等項工作。在設計中通常要用計算機對不同方案進行大量的計算、分析和比較，以決定最優方案；各種設計信息，不論是數字的、文字的或圖形的，都能存放在計算機的記憶體或外存里，並能快速地檢索；設計人員通常用草圖開始設計，將草圖變為工作圖的繁重工作可以交給計算機完成；由計算機自動產生的設計結果，可以快速作出圖形顯示出來，使設計人員及時對設計作出判斷和修改；利用計算機可以進行與圖形的編輯、放大、縮小、平移和旋轉等有關的圖形數據加工工作。caad能夠減輕設計人員的勞動，縮短設計周期和提高設計質量。
發展概況
20世紀50年代在美國誕生第一台計算機繪圖系統，開始出現具有簡單繪圖輸出功能的被動式的計算機輔助設計技術。60年代初期出現了cad的曲面片技術，中期推出商品化的計算機繪圖設備。70年代，完整的cad系統開始形成，後期出現了能產生逼真圖形的光柵掃描顯示器，推出了手動游標、圖形輸入板等多種形式的圖形輸入設備，促進了cad技術的發展。80年代，隨著強有力的超大規模積體電路製成的微處理器和存儲器件的出現，工程工作站問世，cad技術在中小型企業逐步普及。80年代中期以來，cad技術向標準化、集成化、智慧型化方向發展。一些標準的圖形接口軟體和圖形功能相繼推出，為cad技術的推廣、軟體的移植和數據共享起了重要的促進作用；系統構造由過去的單一功能變成綜合功能，出現了計算機輔助設計與輔助製造聯成一體的計算機集成製造系統；固化技術、網路技術、多處理機和並行處理技術在cad中的套用，極大地提高了cad系統的性能；人工智慧和專家系統技術引入cad，出現了智慧型cad技術，使cad系統的問題求解能力大為增強，設計過程更趨自動化。cad已在電子和電氣、科學研究、機械設計、軟體開發、機器人、服裝業、出版業、工廠自動化、土木建築、地質、計算機藝術等各個領域得到廣泛套用。
組成設備
組成
程工作站一般指具有超級小型機功能和三維圖形處理能力的一種單用戶互動式計算機系統。它有較強的計算能力，用規範的圖形軟體，有高解析度的顯示終端，可以聯在資源共享的區域網路上工作，已形成最流行的cad系統。
個人計算機（pc）系統價格低廉，操作方便，使用靈活。80年代以後，pc機性能不斷翻新，硬體和軟體發展迅猛，加之圖形卡、高解析度圖形顯示器的套用，以及pc機網路技術的發展，由pc機構成的cad系統已大量湧現，而且呈上升趨勢。
計算機所設計的二次曲面——球面
設備
圖形輸入輸出設備除了計算機主機和一般的外圍設備外，計算機輔助設計主要使用圖形輸入輸出設備。互動圖形系統對cad尤為重要。圖形輸入設備的一般作用是把平面上點的坐標送入計算機。常見的輸入設備有鍵盤、光筆、觸控螢幕、操縱桿、跟蹤球、滑鼠器、圖形輸入板和數位化儀。圖形輸出設備分為軟拷貝和硬拷貝兩大類。軟拷貝設備指各種圖形顯示設備，是人機互動必不可少的；硬拷貝設備常用作圖形顯示的附屬設備，它把螢幕上的圖像複印出來，以便保存。常用的圖形顯示有三種：有向束顯示、存儲管顯示和光柵掃描顯示。有向束顯示套用最早，為了使圖像清晰，電子束必須不斷重畫圖形，故又稱刷新顯示，它易於擦除和修改圖形，適於作互動圖形的手段。存儲管顯示保存圖像而不必刷新，故能顯示大量數據，且價格較低。光柵掃描系統能提供彩色圖像，圖像信息可存放在所謂幀緩衝存儲器里，圖像的解析度較高。
軟體
互動式圖形顯示軟體用於圖形顯示的開窗、剪輯、觀看，圖形的變換、修改，以及相應的人機互動。cad套用軟體提供幾何造型、特徵計算、繪圖等功能，以完成面向各專業領域的各種專門設計。構造套用軟體的四個要素是：算法、數據結構、用戶界面和數據管理。數據管理軟體用於存儲、檢索和處理大量數據，包括文字和圖形信息。為此，需要建立工程資料庫系統。它同一般的資料庫系統相比有如下特點：數據類型更加多樣，設計過程中實體關係複雜，庫中數值和數據結構經常發生變動，設計者的操作主要是一種實時性的互動處理。
基本技術主要包括互動技術、圖形變換技術、曲面造型和實體造型技術等。
在計算機輔助設計中，互動技術是必不可少的。互動式cad系統，指用戶在使用計算機系統進行設計時，人和機器可以及時地交換信息。採用互動式系統，人們可以邊構思、邊打樣、邊修改，隨時可從圖形終端螢幕上看到每一步操作的顯示結果，非常直觀。
圖形變換的主要功能是把用戶坐標系和圖形輸出設備的坐標系聯繫起來；對圖形作平移、旋轉、縮放、透視變換；通過矩陣運算來實現圖形變換。
計算機設計自動化計算機自身的cad，旨在實現計算機自身設計和研製過程的自動化或半自動化。研究內容包括功能設計自動化和組裝設計自動化，涉及計算機硬體描述語言、系統級模擬、自動邏輯綜合、邏輯模擬、微程式設計自動化、自動邏輯劃分、自動布局布線，以及相應的互動圖形系統和工程資料庫系統。積體電路cad有時也列入計算機設計自動化的範圍。
現代系統
現代CAD系統的功能包括:
(1)設計組件重用(Reuseofdesigncomponents)
(2)簡易的設計修改和版本控制功能(Easeofdesignmodificationandversioning)
(3)設計的標準組件的自動產生(Automaticgenerationofstandardcomponentsofthedesign)
(4)設計是否滿足要求和實際規則的檢驗(Validation/verificationofdesignsagainstspecificationsanddesignrules)
(5)無需建立物理原型的設計模擬(Simulationofdesignswithoutbuildingaphysicalprototype)
(6)裝配件(一堆零件或者其它裝配件)的自動設計
(7)工程文檔的輸出，例如製造圖紙，材料明細表(BillofMaterials)
(8)設計到生產設備的直接輸出
(9)到快速原型或快速製造工業原型的機器的直接輸出
