11.5.2本課程的內容土木工程CAD技術基礎CAD基礎知識CAD系統基本原理土木工程CAD相關技術土木工程CAD系統設計

第1章引言 第2章CAD系統概論

第3章計算機圖形技術

第4章AutoCAD應用技術 第5章三維幾何造型

第6章人機交互技術

第7章工程分析與優(yōu)化設計

第8章工程數據處理與交換

第9章土木工程CAD系統開發(fā) 第10章現代CAD技術參照“教學日歷”2第8章 工程數據處理與交換 8.1概述

8.2工程數據處理

8.3CAD系統數據交換38.1概述數據在工程設計中起重要作用

在設計過程中需要用到一些數據

設計結果以數據形式保存在文件或數據庫中數據處理（DataProcessing）

對已知數據進行處理，獲得便于使用的數據數據交換（DataExchange）

將從一個應用軟件獲得的數據用于其他應用軟件48.2工程數據處理8.2.1需要處理的工程數據

在工程設計過程中，經常使用如下數據

1.

表格形式的數據

2.線圖形式的數據

3.

設計結果數據

4.設計標準和規(guī)范 在CAD系統中，需要由計算機高效、快速、準確處理這些數據56鋼筋混凝土偏心受壓柱承載力線圖N（kN）N·η·ei7

工程數據的處理方法主要分為3類

1.程序化

2.使用數據文件進行處理

3.使用數據庫進行處理88.2.2工程數據的程序化

主要分為兩類

1.表格（Table）數據程序化

2.線圖（Chart）數據程序化98.2.2.1表格數據程序化

把表格數據轉化成程序代碼 兩種方式

1.

以數組形式存儲表格數據，然后用查表或插值方法得到所需數據

2.

用數據擬合方法將表格數據擬合成公式，編入 程序來計算出所需數據1011插值問題（InterpolationProblem）對于上表給出出列表函數y=f(x)，當自變量為為結點的中間間值x時，由于在表表中找不到對對應的y值，可采用插插值法求出其其函數值xx1x2x3…xn-1xny(x)y1y2y3…yn-1yn12插值方法主要有：1.線性插值2.拋物線插值131.線性插值給定x，求其函數值值y插值步驟為：：選取兩個相鄰鄰的自變量xi與xi+1，且xi<x<xi+1過(xi，yi)和(xi+1，yi+1)兩點連直線g(x)代替原函數f(x)，則XY(xi+1,yi+1)(xi,yi)xy142.拋物線插值給定x，求其函數值值y過三點作拋物物線g(x)，則比較：比線性性插值精度高高，關鍵要根根據插值點在在附近選取合合適的3個點XY(xi+1,yi+1)(xi-1,yi-1)x(xi,yi)y15數據擬合方法法從離散點求出出一個代表性性的表達式最常用的數據據擬合方法為為最小二乘法（（LeastSquaresMethod）中介紹的曲線線擬合也是一一種數據擬合合方法16最小二乘法設待擬合的點點為(x1，y1),(x2，y2),(x3，y3),···,(xm，ym)設擬合公式y=f(x)，通常選擇初初等函數，如如代數多項式式、冪函數、、指數函數、、對數函數等等應該使每個結結點處的偏差差ei=f(xi)-yi,(i=1,2,……m),偏差的平方和和為最小XY(x1,y1)x(xi,yi)(xm,ym)y=f(x)17如用多項式來來擬合偏差的平方和和為使上式的導數數等于零，求出φ為極小值時的的a0，a1，a2，…，an值，便可得到多項項式f(x)18線圖數據程序序化把線圖數據轉轉化成程序代代碼分為3種情況1.找到線圖原有有公式，將公公式編入程序序2.將線圖離離散化，，形成表表格數據據，用插插值法進進行處理3.用曲線擬擬合方法法求出線線圖的經經驗公式式，再將將公式編入程程序19鋼筋混凝凝土偏心心受壓柱柱承載力力線圖20使用數據據文件進進行處理理以數據文文件形式式，將工工程數據據存儲在在外部設設備中，，當需要時時在應用用程序中中進行調調用e.g.把混凝土土強度設設計值存存儲在數數據文件件中21工作模式式應用程序序通過某某種存取取方法直直接對數數據文件件進行操操作應用程序1文件1應用程序2文件2存取方法法應用程序n文件n22特點1.文件為特特定的應應用需要要而建2.文件結構構與應用用程序密密切相關關3.文件的邏邏輯結構構與物理理結構可可以清晰晰分開4.文件中的的數據可可以長期期保存、、反復處處理，易易于查詢、插插入、修修改和刪刪除5.文件系統統設計簡簡單23文件的分分類1.順序文件件（SequentialFile）2.索引文件件（IndexFile）3.散列文件件（HarshFile）4.鏈表文件件（ListFile）24順序文件件是數據的的物理存儲儲順序與邏輯順序序一致的文文件可分為：：1.無序順序序文件2.有序順序序文件251.無序順序序文件組成文件件的記錄沒有任何何次序規(guī)規(guī)律，只只是按寫寫入的先先后順序序進行存存儲查找方法法順序掃描描法，即即掃描整整個文件件，直至至找到所所需記錄錄為止262.有序順序序文件組成文件件的記錄錄是根據據某一屬屬性值的的次序排排列表示屬性性的字段稱為關鍵字，即組成成文件的的記錄按按照某個個關鍵字字遞增（（減）的的順序進進行存儲儲查找方法法A.折半查找找法B.分塊查找找法27A.折半查找找法當記錄按按關鍵字字遞增或或遞減時時將整個文文件作為為查詢區(qū)區(qū)域，將將所需查查找的關關鍵字k與查找區(qū)區(qū)中間點點記錄的的關鍵字字km進行比較較當k=km時，該記錄錄即為所所要查的的記錄；；當k<km時，取查詢詢區(qū)的前前半部分分為查詢詢區(qū),找到中間間記錄，，進行比比較；當k>km時，取查詢詢區(qū)的后后半部分分為查詢詢區(qū)，找找到中間間記錄，，進行比比較；重復同樣樣處理，，直至找找到所需需記錄kmk？28B.分塊查找找法當記錄按按關鍵字字遞增或或遞減時時把文件分分成若干塊，塊的大大小為文文件記錄錄總數的的平方根根；依次掃描描每塊的最最后一個個記錄的的關鍵字字，直至找找到大于于要查找找記錄的的關鍵字字，從而而斷定要要查找記記錄所在在的塊；；繼續(xù)查找找此塊，，直至找找到所需需記錄為為止。k？29順序文件件的特點點1.存儲空間間連續(xù)，，占用存存儲空間間少2.連續(xù)存取取記錄速速度快3.記錄的插插入、修修改及刪刪除比較較困難問題如何編程程實現？？3031索引文件件為提高順順序文件件查找速速度,采用索引引表，構構成索引引文件索引表即即把所有有順序文文件記錄錄的關鍵鍵字以及及對應的的入口地地址保存存在一個個文件中中e.g.字典查找方法法先在索引引表中找找到需要要查找的的關鍵字字，根據據其提供供的指針針找到所所需的記記錄32利用索引引文件后后的特點點1.查找效率率高2.物理結構構獨立于于邏輯結結構，便便于修改改33散列文件件是一種直接接存取文文件的方方法將記錄的的關鍵字字直接轉轉換成記記錄的相相應地址址特點存取速度度高，便便于修改改34鏈表文件件是利用鏈鏈表形式式組織起起來的數數據文件件記錄的物理存存儲順序與邏邏輯順序可以以不一致每一個記錄上上增設一個指指向下一個記記錄的存儲地地址指針多重鏈表的組組織方式常用用于根據多個個關鍵字來訪訪問某條記錄錄單向鏈表作為相鄰結點地址，只提供供下一個結點的地址351249headA13561249B14751356C10211475Dnull1021必要的操作建立鏈表、插插入結點、刪刪除結點、輸輸出鏈表等->面向對象程序序設計來自面向對象象程序設計36多重鏈表方式式的設計方法法1.文件的每個記記錄上增加n個指針項，每每個指針項指向包含相應應關鍵字的下下一個記錄的的地址。2.分別建立每個個關鍵字的索索引表，根據據索引表查詢記錄。37鏈表文件的特特點便于處理具有有復雜結構的的數據38使用數據庫進進行處理使用數據庫，，將工程數據據存儲在外部部設備中，需需要時進行調調用數據庫是在數數據文件基礎礎上發(fā)展起來來的一門新型型數據管理技技術定義是按一定數據模型組織、存儲和和使用的數據據集合，用于可靠地管管理大量持久久的共享數據據，可滿足組織中中多用戶的不不同需要。39工作模式在應用數據庫庫的系統中，，應用程序通通過數據庫管管理系統對數數據庫進行操操作應用程序1應用程序2應用程序n數據庫管理系統數據庫……40特點1.數據的獨立性性，即以數據為為中心，通過過數據庫管理系統把應應用程序與數數據庫分開2.數據存儲結構構化，即不僅描述述數據本身，，還描述數據之間的的關系，便于于實現數據共共享3.可保證數據的完完整性和安全全性，非用戶不可可使用和修改數據據4.可減少數據冗冗余41數據庫的數據據模型現有的主要數數據模型包括括1.層次數據模型型2.網狀數據模型型3.關系數據模型型4.面向對象數據據模型根據數據模型型的不同，數數據庫分為層層次數據庫、、網狀數據庫庫、關系數據據庫和面向對對象數據庫421.層次數據模型型（HierarchicDataModel）用樹結構來描描述數據庫的的總體邏輯結結構，體現了了記錄之間““一對多””的關系特點A.邏輯結構清楚楚而簡單；B.易實現、易修修改、易擴充充；C.對于復雜的數數據關系，容容易造成數據據重復存儲432.網狀數據模型型（NetworkDataModel）用網狀數據結結構來描述數數據庫的總體體邏輯結構，，在其中，通通常用指針針鏈接來實現現數據間的連連接，體現記記錄之間““多對多”的的關系特點A.數據間可任意意連接，可用用以描述復雜雜數據關系B.可避免數據的的重復存儲443.關系數據模型型（RelationalDataModel）將數據的邏輯輯結構歸結為為二維表形式式每個表賦予一一個名字；表中的每一行行是一個記錄，對應一個元元素組，又稱稱為“元組””，代表一個個實體；表中每一列代代表一個屬性性，又稱為““字段”；表中每個記錄錄通過一個或或一組屬性來來標識，稱為為該記錄的““關鍵字”，又稱為““碼”。45關系數據模型型舉例ID房間名稱1房間12房間23房間34庫房5設備間……ID家具名稱價格1床5002床5003床5004桌2505椅40………房間家具ID房間ID家具ID111212324425523………房間家具46關系模型的運運算A.作為集合的運運算：交、并并、差B.專門運算：篩選、投影、連接、匯總e.g.針對上例的運運算結果家具名稱數量總價床63000椅6240桌2500合計3740房間名稱家具價格房間12410房間2133047關系數據模型型的特點1.實體及實體間的聯系系均用表描述，或通過在表表之間建立關系系來描述；2.關系數據模型型將數據以一一定的表的形形式存入庫中，應用時通過各各種運算來檢檢索或組合某些相關數據；3.數據的重復存存儲率低，修修改存取方便便；4.難以存儲具有有復雜結構的的數據。484.面向對象象數據模模型（Object-OrientedDataModel）是對象模模型在外外部存儲儲的中實實現49數據庫管管理系統統縮寫為DBMS（DatabaseManagementSystem）用于對數數據庫的的定義和和操作主要功能能包括1.數據定義義：數據據庫、表表、索引引2.數據操作作：查詢詢、更新新（增、、刪、改改）3.運行控制制：并發(fā)發(fā)控制、、安全性性檢查、、數據庫庫恢復4.建立和維維護：數數據輸入入、性能能監(jiān)視、、分析50以MicrosoftAccess2007為例關系型數數據庫管管理系統統實現前述述的關系系數據模模型的典典型操作作演示1.建立數據據庫2.建立表3.建立關系系4.輸入數據據5.建立查詢詢6.建立報表表511.建立數據據庫52數據庫建建立后532.建立表54表建立后后553.建立關系系56關系建立立后574.輸入數據據585.建立查詢詢59形成的查查詢的內內容606.建立報表表61建立的報報表思考關系數據據庫軟件件Access與電子表表格軟件件Excel相比，有有何相同同之處，，又有何何不同之之處？6263數據庫的的設計包括以下下步驟1.概念設計計2.邏輯設計計3.物理設計計641.概念設計計從應用角角度分析析數據及及其處理理要求和和約束，，建立一一個反映映應用要要求的概概念模式式，即概念模型型包括A.進行數據據抽象，，抽象出出對象，，并建立立對象層層次及其相互互之間的的聯系；；B.進行應用用視圖（查詢））設計，，經視圖圖集成得得到一個能支支持各種種應用需需求的統統一信息息結構。。65E-R方法（Entity-RelationMethod）用于概念念設計其基本語語義單位位是實體體和聯系系，通過過簡單的的圖形（（E-R圖形）描描述數據據及其聯聯系A.實體：所描述述的對象象，用方框表示示；B.聯系：實體之之間的聯聯系，用用菱形框表表示；C.屬性：實體或或聯系的的屬性，，用橢圓形框框表示；D.實體與聯聯系之間間用線段段相連，，并標注注聯系的的類型：1:1一對一，，1:N一對多，，M:N多對多E.可用某個個屬性唯唯一標識識一個實實體，該該屬性稱稱之為關鍵字66E-R圖舉例：：材料計計劃管理理672.邏輯設計計將概念模模型轉換換為所選選用DBMS支持的數數據模型型并設計計相應的的應用程程序接口口包括A.將概念模模型轉換換為所選選用DBMS所支持的的數據模型，即數據據庫的外外模式，，也稱邏邏輯模型型；B.設計應用程序序（滿足用用戶要求求的數據據庫存取取程序）和數據庫庫系統的的接口；C.設計應用程序序結構、、數據存存取功能能等。683.物理設計計利用DBMS所提供的的手段，，把邏輯輯模式轉轉換為有有效的存存儲結構構包括A.設計存儲儲記錄結結構，包包括記錄的組組成、數數據項的類型和和長度等；B.確定數據據存放位位置，即即存儲記錄錄在物理理區(qū)域的的分配；C.設計數據據訪問方方法，包包括存儲結構構和檢索索機制等。69舉例：從從E-R模型到關關系數據據模型的的轉換708.3CAD系統數據據交換系統數據據交換的的必要性性過去的工工作模式式CAD系統都是是以某一一專業(yè)為為重點，，自成成體體系系，，相相互互獨獨立立，，相互互之之間間往往往往難難以以實實現現信信息息傳傳遞遞與與數數據據共共享享被稱稱作作““信信息息孤孤島島””7172目前前的的狀狀況況已經經有有所所改改善善現存存的的CAD系統統數數據據交交換換的的方方式式1.通過過操操作作系系統統機機制制2.通過過標標準準文文件件格格式式3.通過過外外部部參參照照4.通過過外外部部數數據據庫庫73通過過操操作作系系統統機機制制進進行行數數據據交交換換包括括1.Windows剪貼貼板板e.g.可將將AutoCAD圖形形插插入入到到其其他他Windows應用程程序序中中2.對象象鏈鏈接接與與嵌嵌入入（（OLE）e.g.在AutoCAD中可可利利用用Insertobj命令令插插入入一一個個應用用程程序序的的OLE對象象，，雙雙擊擊該該對對象象，，系系統統將將自自動裝裝載載該該應應用用程程序序，，以以供供編編輯輯修修改改。。74通過過標標準準文文件件格格式式進進行行數數據據交交換換有兩兩種種圖圖形形文文件件1.矢量量圖圖文文件件以圖圖形形元元素素（（e.g.線段段、、圓圓弧弧等等））為為存存儲儲單單位，，適適合合于于表表達達以以線線條條為為主主的的圖圖形形2.位圖圖文文件件將一一幅幅圖圖分分割割成成很很小小的的柵柵格格，，單單獨獨記記錄錄每每一一柵柵格的的亮亮度度和和顏顏色色值值，，適適合合于于表表達達以以填填充充塊塊為為主主的圖圖形形以以及及具具有有復復雜雜顏顏色色、、灰灰度度或或形形狀狀的的圖圖象象75矢量量圖圖的的特特點點1.與位位圖圖相相比比所所占占存儲儲空空間間要要小小得多多；；2.由于于其其存存儲儲是是以以圖圖素素為為單單位位，，所所以以便便于于提提取取某某一物物體體的的圖圖形形信信息息，，便于于修修改改圖圖形形；3.縮放放不不受受分分辨辨率率影影響響，，縮放放后后圖圖形形不不會會失失真真；4.與位位圖圖相相比比具具有有更大大的的靈靈活活性性和和更更高高的的使使用用效效率；5.不適適宜宜表表現現色色彩彩豐豐富富、、以以填填充充塊塊為為主主的的圖圖形形。。76位圖圖的的特特點點1.一般般占占用用很大大存存儲儲空空間間；2.由于于位位圖圖中中每每一一柵柵格格的的信信息息是是獨獨立立存存儲儲的的，，所所以缺乏乏靈靈活活性性；3.由于于位位圖圖中中柵柵格格與與柵柵格格之之間間沒沒有有互互相相聯聯系系，，所所以很很難難從從位位圖圖文文件件中中提提取取表表示示某某一一物物體體的的圖圖形形信息息，，也也難以以修修改改圖圖形形；4.位圖圖文文件件中中，，分分辨辨率率是是固固定定的的，，所所以以對對位位圖圖圖圖形的的縮縮放放，，只只能能是是對對每每個個柵柵格格的的縮縮放放，，這這使使得得位圖圖放放大大后后會會出出現現很很明明顯顯的的階階梯梯效效果果。77矢量量圖圖標標準準文文件件格格式式主要要有有以以下下3種1.DXF格式式2.IGES格式式3.HPGL格式式781.DXF格式式名稱稱來來自自DrawingInterchangeFormatAutoCAD的圖圖形形交交換換格格式式CAD圖形形交交換換的的事事實實上上的的標標準準標準準的的ASCII文本本文文件件在AutoCAD中，，可可執(zhí)執(zhí)行行““文文件件->圖形形另另存存為為””菜菜單單生生成成DXF格式的文文件DXF格式的文文件可在在AutoCAD中直接打打開792.IGES格式美國國家家標準局局發(fā)起聯聯合開發(fā)發(fā)的一種種圖形規(guī)規(guī)范很多著名名廠商都都提供IGES接口以ASCII、二進制制或壓縮縮ASCII表示803.HPGL格式HP繪圖儀命命令語言言已經成為為一種標標準的繪繪圖控制制語言是一個繪繪制圖形形命令序序列由可讀的的ASCII字符組成成81位圖標準準文件格格式主要有以以下3種1.TIFF格式2.BMP/DIB格式3.JPG格式82的文件格格式在AutoCAD中1.可按dwg及dxf格式保存存圖形文文件2.可生成dwf格式文件件：AutoCAD圖形文件件Web格式wmf格式文件件：Windows圖元文件件bmp格式文件件3ds格式文件件3.可打開dwg及dxf格式的圖圖形文件件838485通過外部部參照進進行數據據交換將整個圖圖形作為為外部參參照附著著到當前前圖形中中打開圖形形時，系系統將自自動重載載每個外外部參照照，從而而反映參參照圖形形文件的的最新狀狀態(tài)通過使用用外部參參照，用用戶可以以在圖形中中參照其其他用戶戶的圖形形并與其其他用戶戶所做的修修改保持持同步用于設計計人員間間的協同同工作單項工作作分工＋＋合作專業(yè)合合作設設計過程程專業(yè)化化87AutoCAD中的外部部參照利用xref命令輸入選項項[?/綁定(B)/拆離(D)/路徑(P)/卸載(U)/重載(R)/覆蓋(O)/附著(A)]<附著>:輸入選項項或按ENTER鍵1.附著：將將圖形作作為外部部參照附附著時，，會將該該參照圖形鏈鏈接到當當前圖形形；打開開或重載載外部參參照時，對參參照圖形形所做的的任何修修改都會會顯示在在當前圖形中中。882.拆離：從從定義表表中清除除指定外外部參照照的所有有實例，并將將這個外外部參照照定義刪刪除3.重載：重重新讀取取并顯示示最新保保存的圖圖形版本本4.卸載：已已卸載的的外部參參照可以以很方便便地重新新加載。卸載載不是永永久地刪刪除外部部參照，，它僅僅僅是不顯示和和重新生生成外部部參照定定義，有有助于提提高工作效率率5.綁定：將將指定的的DWG參照轉換換為塊，，使其成成為圖形的的永久組組成部分分。89附著外部部參照90附著外部部參照時時的設置置91通過外部部數據庫庫進行數數據交換換主要功能能包括1.在CAD系統中訪訪問數據據庫2.將數據記記錄鏈接接到圖形形對象3.使用標簽簽在圖形形中顯示示數據庫庫信息92在AutoCAD中使用外外部數據據庫利用dbconnect命令主要功能能包括1.訪問數據據庫2.將數據記記錄鏈接接到圖形形對象3.使用標簽簽在圖形形中顯示示數據庫庫信息AutoCAD可連接的的主要數數據庫包包括：MicrosoftAccess、Oracle、SQLServer等93訪問數據據庫在AutoCAD中，可對對外部數數據庫的的數據進進行增、、刪、改改以及查查詢等操操作94在AutoCAD中訪問數數據庫的的方法必須先使使用MicrosoftODBC（開放式式數據庫庫連接））和OLEDB程序來配配置該外外部數據據庫配置過程程1.從外部數數據庫創(chuàng)創(chuàng)建數據據源2.在AutoCAD中配置數數據庫3.連接數據據庫951.執(zhí)行控制制