第十章计算机绘图基础 101计算机绘图概述 计算机绘图是把数字化的图形信息输入计算机,进行存贮和处理后控制图形输出设备实 现显示或绘制各种图形。计算机绘图是计算机辅助设计的重要组成部分。计算机绘图从2 世纪70年代开始发展起来,现在已经进入普及化与实用化的阶段。 由于计算机绘图具有绘图速度快,精度高:便于产品信息的保存和修改:设计过程直观, 便于人机对话:缩短设计周期,减轻劳动强度等优点,已广泛应用于各行各业中。因此,工 科大学生掌握计算机绘图知识是非常必要的 计算机绘图系统主要由硬件设备和软件系统组成。其硬件设备主要包括主机、输入设备 和输出设备。主机一般使用 Intel Pentium系列处理器或同级别的兼容芯片微型计算机,其内 存容量在64MB以上。常见的输入设备包括键盘、鼠标和图形输入板。输出设备包括显示 器、绘图机和绘图打印机。绘图机是最常用的图形输出设备,一般按其工作方式分为平台式 和滚筒式两种。图形打印机也是一种图形输出设备,目前使用喷墨打印机或激光打印机便可 以输出高质量的图形。 计算杋绘图软件系统的主要功能是使计算机能够进行编辑、编译、计算和实现图形输出 的信息加工处理系统,一般包括系统软件、数据库、绘图语言、子程序库等。近年来,由于 微型计算机在设计和制造领域中的广泛应用,各种国外通用绘图软件纷纷被引进,国产的绘 图软件也应运而生。通用绘图软件是指能直接提供给用户使用,并能以此为基础进一步进行 用户应用开发的商品化软件。 绘图软件主要有以下种类 图形软件包它们为用户提供了一套能绘制直线、圆、字符等各种用途的图形子程序, 可以在规定的某种高级语言中调用。它们的代表有PLOT-10, CALCOMP等绘图软件 ·基本图形资源软件它们是根据图形标准或规范推出的供应程序调用的底层图形子 程序包或函数库,属于能被用户利用的基本图形资源。它们的代表有GKS和 PHIGS等标准 软件包。 交互图形软件这类软件主要用来解决各种二维、三维图形的绘制问题,具有很强的 人机交互作图功能,是当前微机系统上使用最广泛的通用绘图软件。目前市场上的交互绘图 软件较多,例如国产系统有清华同方的 OpenCAD和MDS2000华中科技大学的开目CAD 和 CADtool,北航海尔的CAXA等:国外系统有 Autodesk公司的 AutoCAD, Micro control System公司 CADKEY, Unigraphics Solutions公司的 Solid edge等 在这些软件中, Autodesk公司的 AutoCAD较为普及,本书主要介绍 Auto CAD软件包 的应用
第十章 计算机绘图基础 10.1 计算机绘图概述 计算机绘图是把数字化的图形信息输入计算机，进行存贮和处理后控制图形输出设备实 现显示或绘制各种图形。计算机绘图是计算机辅助设计的重要组成部分。计算机绘图从 20 世纪 70 年代开始发展起来，现在已经进入普及化与实用化的阶段。 由于计算机绘图具有绘图速度快，精度高；便于产品信息的保存和修改；设计过程直观， 便于人机对话；缩短设计周期，减轻劳动强度等优点，已广泛应用于各行各业中。因此，工 科大学生掌握计算机绘图知识是非常必要的。 计算机绘图系统主要由硬件设备和软件系统组成。其硬件设备主要包括主机、输入设备 和输出设备。主机一般使用 Intel Pentium 系列处理器或同级别的兼容芯片微型计算机，其内 存容量在 64MB 以上。常见的输入设备包括键盘、鼠标和图形输入板。输出设备包括显示 器、绘图机和绘图打印机。绘图机是最常用的图形输出设备，一般按其工作方式分为平台式 和滚筒式两种。图形打印机也是一种图形输出设备，目前使用喷墨打印机或激光打印机便可 以输出高质量的图形。 计算机绘图软件系统的主要功能是使计算机能够进行编辑、编译、计算和实现图形输出 的信息加工处理系统，一般包括系统软件、数据库、绘图语言、子程序库等。近年来，由于 微型计算机在设计和制造领域中的广泛应用，各种国外通用绘图软件纷纷被引进，国产的绘 图软件也应运而生。通用绘图软件是指能直接提供给用户使用，并能以此为基础进一步进行 用户应用开发的商品化软件。 绘图软件主要有以下种类： ·图形软件包 它们为用户提供了一套能绘制直线、圆、字符等各种用途的图形子程序， 可以在规定的某种高级语言中调用。它们的代表有 PLOT-10，CALCOMP 等绘图软件。 ·基本图形资源软件 它们是根据图形标准或规范推出的供应程序调用的底层图形子 程序包或函数库，属于能被用户利用的基本图形资源。它们的代表有 GKS 和 PHIGS 等标准 软件包。 ·交互图形软件 这类软件主要用来解决各种二维、三维图形的绘制问题，具有很强的 人机交互作图功能，是当前微机系统上使用最广泛的通用绘图软件。目前市场上的交互绘图 软件较多，例如国产系统有清华同方的 OpenCAD 和 MDS2000，华中科技大学的开目 CAD 和 CADtool，北航海尔的 CAXA 等；国外系统有 Autodesk 公司的 AutoCAD，Micro Control System 公司 CADKEY，Unigraphics Solutiongs 公司的 Solid Edge 等。 在这些软件中，Autodesk 公司的 AutoCAD 较为普及，本书主要介绍 AutoCAD 软件包 的应用
102 AutoCAD简介 1021概述 AutoCAD绘图软件是 Autodesk公司研制并推出的适用于微型计算机的二、三维交互式 绘图软件。该软件自1982年问世以来,至今已相继推出16个版本,被翻译成18种语言 目前最新版本为 AutoCAD2002 AutoCAD是一个通用绘图软件,有极强的二维、三维绘图功能和图形编辑功能,因此 应用范围极广。其操作方便、容易掌握,只要输入命令,回答屏幕上的提示,提供数据,便 能迅速、准确地绘岀所需图形或对图形进行修改。同时提供了多种型号输入输出设备接口, 便于普及和推广,而且具有较好的系统开放性,为用户结合专业进行二次开发提供了多种手 段。由于 AutocAD具有诸多优点,因而该软件引入我国以来,倍受用户青睐,在机械、土 木建筑、电子、汽车、造船、服装、艺术等行业和领域中获得了广泛的应用,并开发出了各 种有实用价值的应用软件 AutoCAD绘图软件的主要功能有: ①高级用户界面 AutoCAD提供了菜单条、下拉式菜单、图标菜单和对话框。 ②基本绘图功能 AutoCaD提供了绘制点、直线、圆、椭圆、折线、正多边形、加宽 线以及写字符、处理图块、图形和区域填充等功能。 ③图形编辑功能 AutoCAD具有很强的图形编辑功能,可以对图形进行删除、修改 平移、缩放、镜像、复制、旋转、修剪、阵列、倒角、倒圆角等操作。 ④三维功能 AutoCAD提供了绘制真三维图形功能,并能对图形进行消隐、编辑和拟 合 ⑤输入输出及显示功能 AutoCAD可以用键盘、菜单、鼠标器和数字化仪等多种方式 输入各种信息,进行交互式操作。系统提供了多种方法来显示图形,可以缩放、扫视图形, 还可以实现多视窗控制,将屏幕分为4个窗口,独立进行各种显示。如图形需要“硬拷贝”, 可以通过绘图机或打印机输出精确的图形。 ⑥用户编程语言 AutoCAD在内部嵌入了扩展的 AutoLISP编程语言,为软件增强了 运算能力,同时给用户提供了二次开发的工具 ⑦与高级语言连接 AutoCAD提供图形交换文件(DXF)和命令组文件(SCR)等, 实现与其他高级语言之间信息传递 ⑧其他功能 AutoCaD还提供了标注尺寸、图案填充、图形査询、绘图工具、属性应 用、幻灯片文件等功能。 本书以 AutoCAD2002中文版为例介绍其应用 10.22基本知识 (1)概念和术语
10.2 AutoCAD 简介 10.2.1概述 AutoCAD 绘图软件是 Autodesk 公司研制并推出的适用于微型计算机的二、三维交互式 绘图软件。该软件自 1982 年问世以来，至今已相继推出 16 个版本，被翻译成 18 种语言。 目前最新版本为 AutoCAD 2002。 AutoCAD 是一个通用绘图软件，有极强的二维、三维绘图功能和图形编辑功能，因此 应用范围极广。其操作方便、容易掌握，只要输入命令，回答屏幕上的提示，提供数据，便 能迅速、准确地绘出所需图形或对图形进行修改。同时提供了多种型号输入输出设备接口， 便于普及和推广，而且具有较好的系统开放性，为用户结合专业进行二次开发提供了多种手 段。由于 AutoCAD 具有诸多优点，因而该软件引入我国以来，倍受用户青睐，在机械、土 木建筑、电子、汽车、造船、服装、艺术等行业和领域中获得了广泛的应用，并开发出了各 种有实用价值的应用软件。 AutoCAD 绘图软件的主要功能有： ① 高级用户界面 AutoCAD 提供了菜单条、下拉式菜单、图标菜单和对话框。 ② 基本绘图功能 AutoCAD 提供了绘制点、直线、圆、椭圆、折线、正多边形、加宽 线以及写字符、处理图块、图形和区域填充等功能。 ③ 图形编辑功能 AutoCAD 具有很强的图形编辑功能，可以对图形进行删除、修改、 平移、缩放、镜像、复制、旋转、修剪、阵列、倒角、倒圆角等操作。 ④ 三维功能 AutoCAD 提供了绘制真三维图形功能，并能对图形进行消隐、编辑和拟 合。 ⑤ 输入输出及显示功能 AutoCAD 可以用键盘、菜单、鼠标器和数字化仪等多种方式 输入各种信息，进行交互式操作。系统提供了多种方法来显示图形，可以缩放、扫视图形， 还可以实现多视窗控制，将屏幕分为 4 个窗口，独立进行各种显示。如图形需要“硬拷贝”， 可以通过绘图机或打印机输出精确的图形。 ⑥ 用户编程语言 AutoCAD 在内部嵌入了扩展的 AutoLISP 编程语言，为软件增强了 运算能力，同时给用户提供了二次开发的工具。 ⑦ 与高级语言连接 AutoCAD 提供图形交换文件（.DXF）和命令组文件（.SCR）等， 实现与其他高级语言之间信息传递。 ⑧ 其他功能 AutoCAD 还提供了标注尺寸、图案填充、图形查询、绘图工具、属性应 用、幻灯片文件等功能。 本书以 AutoCAD 2002 中文版为例介绍其应用。 10.2.2基本知识 （1）概念和术语
图形文件一种描述图形信息的文件。 AutoCAD使用这种图形文件在存储介质上保 存相应图形,其扩展名为DWG。用 AutoCAD2002生成的DWG图形文件与用 AutoCAD2000 生成的DwG图形文件的格式完全兼容 ·标准文件 AutoCaD2002可以制定针对某些用户的一套CAD制图标准,这些标准 为所有的 AutoCAD文档规定了统一的图层结构、线型、文本样式、尺寸样式,存贮这些标 准的规定的文件称为标准文件,其后缀为DWS 通用坐标系 AutoCAD使用笛卡儿坐标系统来确定图中点的位置。X轴方向水平向 右,Y轴方向垂直向上,以屏幕的左下角为原点。图中任意一点均用(xy)形式进行定位。通 用坐标系简称WCS 用户坐标系 AutoCAD使用的通用坐标系是固定不变的,但用户可在通用坐标系内 定义一种任意的坐标系统,其原点可在通用坐标系内任意一点的位置上,并且可以以任意角 度转动或倾斜其坐标轴,这种能适应用户作图需要而定义的坐标系称为用户坐标系(简称 UCS)。 图形单位图形中两坐标点间的距离用图形单位来度量。度量单位由用户按需要确定, 可以是米、毫米,也可以是英尺、英寸。为绘图方便,通常把图形单位定义为毫米 窗口是在通用坐标系中定义的确定显示范围的一个矩形区域,只有在这个区域内的 图形,才能被重新放大显示,而窗口外的部分则被裁剪掉 (2)符号的约定 在介绍 AutoCAD的功能和命令格式时常用到键盘上某些键和符号。下面对某些键或符 号作如下约定 空格键和回车键用来表示从键盘输入命令、选择项和数据字段的结束,但在输入文本 字符时空格键作为字符,结束文本字符输入必须用回车键。在命令行不输入任何字符,直接 按回车或空格键可以重复刚才执行过的命令。本文用“∠”表示回车。 Fl键用来调用帮助系统。 F2键用来打开和关闭文本屏幕。 ESC键用来终止正在进行的操作命令 尖括号“<>”内的内容一般为缺省值或当前值,对提示用回车响应表示采用缺省 在命令对话中,下划线“”表示用户输入的部分 (3)数值输入方法 点的指定在大多数的绘图与编辑命令中都需要指定点。点的指定方法有:使用指点 设备(如鼠标)指定;直接输入Ⅹ、Y坐标值并回车指定,Ⅹ、Y坐标值以西文逗号分开, 如35,28:使用极坐标指定,如100<45表示与当前坐标原点相距100个单位、和原点连线 与X正方向夹角为45度的点;使用相对坐标指定,如@10,65表示与前面一点X方向相距 110单位、Y方向相距65单位的点;使用相对极坐标指定,如@45<60表示与前一点相距45 个单位、和前一点的连线与Ⅹ正方向夹角为60度的点;使用对象特征点捕捉功能指定,可 以搜索图中已有图形的端点、中点、圆心、交点等特征点
·图形文件 一种描述图形信息的文件。AutoCAD 使用这种图形文件在存储介质上保 存相应图形，其扩展名为.DWG。用AutoCAD 2002生成的DWG图形文件与用AutoCAD 2000 生成的 DWG 图形文件的格式完全兼容。 ·标准文件 AutoCAD 2002 可以制定针对某些用户的一套 CAD 制图标准，这些标准 为所有的 AutoCAD 文档规定了统一的图层结构、线型、文本样式、尺寸样式，存贮这些标 准的规定的文件称为标准文件，其后缀为.DWS。 ·通用坐标系 AutoCAD 使用笛卡儿坐标系统来确定图中点的位置。X 轴方向水平向 右，Y 轴方向垂直向上，以屏幕的左下角为原点。图中任意一点均用(x,y)形式进行定位。通 用坐标系简称 WCS。 ·用户坐标系 AutoCAD 使用的通用坐标系是固定不变的，但用户可在通用坐标系内 定义一种任意的坐标系统，其原点可在通用坐标系内任意一点的位置上，并且可以以任意角 度转动或倾斜其坐标轴，这种能适应用户作图需要而定义的坐标系称为用户坐标系（简称 UCS）。 ·图形单位 图形中两坐标点间的距离用图形单位来度量。度量单位由用户按需要确定， 可以是米、毫米，也可以是英尺、英寸。为绘图方便，通常把图形单位定义为毫米。 ·窗口 是在通用坐标系中定义的确定显示范围的一个矩形区域，只有在这个区域内的 图形，才能被重新放大显示，而窗口外的部分则被裁剪掉。 （2）符号的约定 在介绍 AutoCAD 的功能和命令格式时常用到键盘上某些键和符号。下面对某些键或符 号作如下约定： ·空格键和回车键用来表示从键盘输入命令、选择项和数据字段的结束，但在输入文本 字符时空格键作为字符，结束文本字符输入必须用回车键。在命令行不输入任何字符，直接 按回车或空格键可以重复刚才执行过的命令。本文用“↙”表示回车。 ·F1 键用来调用帮助系统。 ·F2 键用来打开和关闭文本屏幕。 ·ESC 键用来终止正在进行的操作命令。 ·尖括号“< >”内的内容一般为缺省值或当前值，对提示用回车响应表示采用缺省 值。 ·在命令对话中，下划线“ ”表示用户输入的部分。 （3）数值输入方法 ·点的指定 在大多数的绘图与编辑命令中都需要指定点。点的指定方法有：使用指点 设备（如鼠标）指定；直接输入 X、Y 坐标值并回车指定，X、Y 坐标值以西文逗号分开， 如 35，28；使用极坐标指定，如 100<45 表示与当前坐标原点相距 100 个单位、和原点连线 与 X 正方向夹角为 45 度的点；使用相对坐标指定，如@110,65 表示与前面一点 X 方向相距 110 单位、Y 方向相距 65 单位的点；使用相对极坐标指定，如@45<60 表示与前一点相距 45 个单位、和前一点的连线与 X 正方向夹角为 60 度的点；使用对象特征点捕捉功能指定，可 以搜索图中已有图形的端点、中点、圆心、交点等特征点
·长度的指定长度的指定方法有:直接输入数值:指定两点, AutocaD会自动计算 两点之间的距离作为输入值。 角度的指定角度的指定方法有:直接输入数值:指定两点, AutoCaD会自动计算 两点连线与X轴正方向的夹角作为输入值。 1023 Autocad的窗口 (1)启动与退出 系统安装 AutoCAD2002中文版后,可以在“开始”→“程序”中启动,也可在桌面上 通过双击快捷方式图标来启动。 在启动时会出现“ AutoCAD2002今日”窗口,如图10-1。此窗口基于HIML语言,嵌 入了WwW浏览器,通过此窗口可以管理用户的图形资源,可以方便的调用零件库资源, 还可以通过全新的广告牌功能,向设计小组的其他成员发布信息公告,促进设计人员之间的 相互交流 aUtocAD202今日 包睡图形1 选择如何开始样板或浏 NCAD-Nared Plot Stles dst 标准或其他文件和文件 选择“編 AHSI A portrait)-saaed Plot 您的软件是否最新 i point a 您的i2ESGN起点 打开 Autodesk Point我以 新闻观察1工程中心行业资源日录1生产中心 新成扩展程序 图10-1 AutoCAD2002今日窗口 在绘图编辑过程中,可以使用“文件”菜单中的“保存”命令、“标准”工具栏上的“■” 按钮或在命令行(命令:)上输入SAVE命令将当前图形保存为 AutoCAD的图形文件 退出 AutoCAD2002时,可以使用“文件”菜单中的“退出”命令,也可以使用命令行 命令Quit (2)窗口布局介绍 如图10-2是 AutoCAD2002启动后的窗口布局,其中各栏目的介绍如下
·长度的指定 长度的指定方法有：直接输入数值；指定两点，AutoCAD 会自动计算 两点之间的距离作为输入值。 ·角度的指定 角度的指定方法有：直接输入数值；指定两点，AutoCAD 会自动计算 两点连线与 X 轴正方向的夹角作为输入值。 10.2.3AutoCAD 的窗口 （1）启动与退出 系统安装 AutoCAD 2002 中文版后，可以在“开始”→“程序”中启动，也可在桌面上 通过双击快捷方式图标来启动。 在启动时会出现“AutoCAD 2002 今日”窗口，如图 10-1。此窗口基于 HTML 语言，嵌 入了 WWW 浏览器，通过此窗口可以管理用户的图形资源，可以方便的调用零件库资源， 还可以通过全新的广告牌功能，向设计小组的其他成员发布信息公告，促进设计人员之间的 相互交流。 图 10-1 AutoCAD 2002 今日窗口 在绘图编辑过程中，可以使用“文件”菜单中的“保存”命令、“标准”工具栏上的“ ” 按钮或在命令行（命令：）上输入 SAVE 命令将当前图形保存为 AutoCAD 的图形文件。 退出 AutoCAD 2002 时，可以使用“文件”菜单中的“退出”命令，也可以使用命令行 命令 Quit。 （2）窗口布局介绍 如图 10-2 是 AutoCAD 2002 启动后的窗口布局，其中各栏目的介绍如下：
x 菜单栏 件编E视B9530ee拒入①格式⑨)工具①图标注D,改口c帮助 D日某电的“兽“L回过Q的画E?+ ‖Pa山0 随尽「随 工具栏一A 绘图区 十字光标 用户坐标系图标 选项卡 H\程 括对角e取 命令窗口一多 状态栏-341.1922.167.0212.0000 捉格正交极轴对象椅捉对象追踪线楼型 图10-2 AutocAD的窗口布局 菜单栏由菜单文件(mnu)定义,用户可以修改或设计自己的菜单文件,此外,安 装第三方应用程序可能会使菜单或菜单命令增加。默认的菜单文件为 acad mnu。 ·工具栏工具栏中包括了常用的命令。默认情况下, AutoCAD环境中只显示“标准” “对象特性”、“绘图”和“修改”四个工具栏。使用过程中可以增加或减少工具栏、改变工 具栏的位置。可以使用“视图”菜单中的“工具栏”命令来管理工具栏 绘图区用来显示、绘制、修改图形。根据窗口大小和显示的其他组件(例如工具栏 和对话框)数目,绘图区域的大小将有所不同 十字光标用来在绘图区域中标识拾取点和绘图点。十字光标由定点设备(如鼠标) 控制。可以使用光标定点、选择和绘制对象。在不同的状态下,光标可能会变为其他形状。 用户坐标系图标显示图形的X、Y、Z轴坐标方向。 选项卡用来在模型(图形)空间和布局(图纸)空间来回切换。一般情况下,先在 模型空间创建设计,然后创建布局来绘制或打印布局空间中的图形 ·命令窗口使用输入命令并显示命令提示和信息。即使是从菜单和工具栏中选择命 令, AutoCAD也会在命令窗口显示命令提示和命令记录。可以拖动命令窗口与绘图区的分 隔线来调节命令窗口的大小。 状态栏状态栏的左下角显示光标当前位置的坐标。状态栏还包含一些按钮,使用 这些按钮可以打开常用的绘图辅助工具。这些工具包括“捕捉”(捕捉模式)、“栅格”(图形 栅格)、“正交”(正交模式)、“极轴”(极轴追踪)、“对象捕捉”(对象捕捉)、“对象追踪(对 象捕捉追踪)、“线宽”(线宽显示)和“模型”(模型空间和图纸空间切换) 1024 Auto CAD的图层 (1)图层的基本概念
图 10-2 AutoCAD 的窗口布局 ·菜单栏 由菜单文件（.mnu）定义，用户可以修改或设计自己的菜单文件，此外，安 装第三方应用程序可能会使菜单或菜单命令增加。默认的菜单文件为 acad.mnu。 ·工具栏 工具栏中包括了常用的命令。默认情况下，AutoCAD 环境中只显示“标准”、 “对象特性”、“绘图”和“修改”四个工具栏。使用过程中可以增加或减少工具栏、改变工 具栏的位置。可以使用“视图”菜单中的“工具栏”命令来管理工具栏。 ·绘图区 用来显示、绘制、修改图形。根据窗口大小和显示的其他组件（例如工具栏 和对话框）数目，绘图区域的大小将有所不同。 ·十字光标 用来在绘图区域中标识拾取点和绘图点。十字光标由定点设备（如鼠标） 控制。可以使用光标定点、选择和绘制对象。在不同的状态下，光标可能会变为其他形状。 ·用户坐标系图标 显示图形的 X、Y、Z 轴坐标方向。 ·选项卡 用来在模型（图形）空间和布局（图纸）空间来回切换。一般情况下，先在 模型空间创建设计，然后创建布局来绘制或打印布局空间中的图形。 · 命令窗口 使用输入命令并显示命令提示和信息。即使是从菜单和工具栏中选择命 令，AutoCAD 也会在命令窗口显示命令提示和命令记录。可以拖动命令窗口与绘图区的分 隔线来调节命令窗口的大小。 · 状态栏 状态栏的左下角显示光标当前位置的坐标。状态栏还包含一些按钮，使用 这些按钮可以打开常用的绘图辅助工具。这些工具包括“捕捉”（捕捉模式）、“栅格”（图形 栅格）、“正交”（正交模式）、“极轴”（极轴追踪）、“对象捕捉”（对象捕捉）、“对象追踪（对 象捕捉追踪）、“线宽”（线宽显示）和“模型”（模型空间和图纸空间切换）。 10.2.4AutoCAD 的图层 （1）图层的基本概念 菜单栏 工具栏 命令窗口 状态栏 绘图区 十字光标 用户坐标系图标 选项卡