（物理电子学专业论文）一种基于autocad的可扩展的图类教学软件的研究与开发.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 随着计算机技术的发展，各种计算机辅助教学软件的开发正逐渐成为一种新型的现 代化教学方式所关注的热点，教师通过在课堂上使用这种针对性的教学软件，为学生提 供一个崭新的学习环境，为提高教学效率和质量创造了条件。 本文从近年来，高校教学的实际出发，找出了当今流行的工程图类教学系统软件的 不足，即绝大多数软件在教学过程中都面临着图形不可编辑的困难。 本课题是以工程图学类课程教学系统为背景，提出一种可扩展式平台设计的思想， 并对其设计开发流程进行了详细的解释和说明，提出了自己的一种开发方法。本系统的 制作开发过程涉及到计算机编程语言v b 、a u t o c a d 的a u t 0 l i s p 语言、a c t i v e x 技术、 a u t o c a d 菜单工具的开发与定制、a u t o c a d 外部程序的加载与运行、数据库技术等多个 领域。 本文的创新点： ( 1 ) 本系统的开发，在一定程度上可以解决目前利用模型无法表现基本投影规律 的问题，弥补了现有同类教学软件中的呆板、固定的授课模式的不足，并为a u t o c a d 开 辟了一个新的应用领域。 ( 2 ) 本系统可以根据课堂授课的需要，灵活地利用系统提供的工具，可以进行作图、 标注、注释、编辑修改、开放的出题功能等操作，帮助教师摆脱使用三角板、圆规、粉 笔等工具的传统上课模式。 ( 3 ) 本系统工具栏可根据需要很方便地进行新功能工具的扩充和加强。 ( 4 ) 本系统集授课、备课、题库管理于一体，给教师的教学工作提供了方便，可以 提高教学效率。 本论文论述了计算机辅助教学系统软件在工程图类教学中的应用，并完成了画法 几何教学系统设计，详细介绍了该系统的组成、制作技术及设计思想。 最后，本文对计算机辅助教学系统软件开发的未来发展进行了展望。 关键词：v ba u t o c a da m o l i s p 教学系统软件 二次开发工具条 i 华中科技大学硕士学位论文 ：= # = ；= = = # = = ；= = = 。# = = = = ；目e = ；目自自自t a b s t r a c t a st h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e rt e c h n o l o g y ，m er e d e v e l o p m e mo fc o m p u t e r a s s i s t e d i n s t n l c t i o ns o f 研a r ei sb e c o m i n ga nn e wt y p et 叩p o i n to fu s i n g 也em e t l l o do fm o d e m t e a c l l i n g t h ea p p l i c a t i o no fm ee 彘c t i v ee a c l l i n gs o r w a r ep r 0 、，i d e sm e 咖d e n t sw i m d i s t 沁t i v el e a r i l i n ge n v i m 衄e n t ，w i l i c hh e l p si m p r o v et l l et e a c l l i n ga n dl e 锄i n ge m c i e n c y a n dq u a i l l i 够 1 1 l i sp a p e rs t i l d e i e st h c 印p l i c a t i o no fc o m p u t c r a s s i s t e di n s 廿m c t i o ns y s t e ms o n w a r ei n t h et e a c h i n go fe n 西n e e r i n g 蓼a p h i c sa n dd e s i g n s 也et e a c h i n gs y s t c mo fd c s c r i p t i v eg e o m e 仃y b a s e do na u t o c a d na l s om i n u t e l yi n 廿d u c e s 血el a y o 心d c s i 驴t c c l l i l o l o g ya n dp r i i l c i p l e so r i d e 鹊 髓i st 1 1 e s i sa i l a l y s i z e st 1 1 ed e f e c t si nc u 玎e n tp o p u l a rt e a c l i n gs o f 研a r eo fc n g i n e r r i n g 掣a p i l i c sm1 l i g h e re d u c 砒i o n ，t l l a ti s ，t l l e ya r en e a r l yt l l es 锄e ，i na d d i t i o n ，m o s ts o f h a r c 蹦l s i n t ot l l ed i l e m m a 也a tt h e 脚h i c sc a nn o tb ee d i t e d i n 也i sp r o j e c t ，m ea i l o 也e r d e v e l o p st l l es y s t e mp l a t f b m lb a s e do nt l l ee x a m p l ef 如m t e a c h i n gs y s t e m f o rd e s c 哪【i v eg e o m e 略佻sm e s i so 船r sd e t a i l e di n s 仃u 曲1 1 so f d e v e l o p i n gc o u r s eo f n l ep l a t f o r n ld e s i g n ，i nt 1 1 e m e a n 、地i l e ，t l l ea n o m e rp u t sf o r v 删h e ro w n d i s t 疵t i v e 印p r o a c h t h ce x p l o i a t i o no ft l l i ss y s t e mi l l v o l v e sm o r e 丘c l d sw h i c hi s 确e c o m p u t c rm u t l i - m e d i at e c h n o l o g y ，c o m p u t e rp r o 伊a m m el a i l g u a g ev b ，a u t o l i s pl a i l g l l a 雩r e i i la u c o c a d ，t h ei n t e 舷c e0 f v b & a u c o c a db ya c t i v e xt c c l l l l o l o g y ，r e d e v e l o p i n gm e m o d s o fm e n u - t o o l b 盯so fa u t o c a d ，n 地l o a d i n g 锄dm 皿i n go fa u t o l l s pp r 0 鲫m ，a 1 1 dd 驰l b a s e t e c l 】i l o l o g y a 1 1 ds oo n t h ec r e a t i v e n e s so f 仕d sd i s s e r t a t i o n ： ( 1 ) t h ee x p l o i 倒o no ft l l i ss y s t e m ，t os o m ee x t c n t ，d e v e l o p sas 0 1 u t i o nt ot h ec 瑚t o n e t h a ti st 1 1 em o d e lc a n tr e f l e c t 也eb a s i cp 捌e c t i o np r i n c i p l es o ，i tm a k eu pf o r 也ec r a c k s e x i s t i n gi nt l l et e a c l l i n gs o f t 啪r eo f t h es a m es o r t i na d d i t i o n ，i t 叩e n sai l e w 印p l i c a t i o nf i e l d ( 2 ) a c c o d i n gt oi l e e d so ft e a c l l i i l g ，u s i i 培n e x i b i l yt l l et o o l s ，i tc a nd r a w ，d e m e s i o n ， e x c g e s i s ，e d 沁m o d i 母a n dm a i l a g eo p e n i n 9 1 yd a t a b a s ei nt e a c h i n g 1 tc a nh e l pt e a c h e rg e t t i i l g r i do f 协l d i t i o n a lt e a c h i n gm o d a lb yu s i l l g 廿i g o n a lb o 砌，d i v i d e r sa n dc h a l k ( 3 ) t h es y 咖mm a k e si ta v a i 龇kt ot 乏岫a d v a n t a g eo f e d i t i n gt o o l so 鼠r e d b ym l t o c a d t op r o c e s sa 1 1 da h e rm eo b j e c t sa c c o r d i n gt o 也eh e c e s s “y t h et o o lc o l u i n i l sc a nb em o d i f i e d i i 华中科技大学硕士学位论文 c o n v e m e n t l ya i l de x t e n d e da c c o r d i n gt 0n e e d s ( 4 ) 1 1 l es y s t 咖c o n s i s to ft h ef u n c t i o n so f 乜氍l c ：h i n g ，l e s s o np r e r a r a t i o na n dd a 协a s e m a i l a g e m e n t i to 髓r st h ec o n v e n j e n c ef o rw o r ko ft e a c h e r 锄di m p r o v et 1 1 et e a c l l i n g e 伍c i e n c y t h ep 印e rd i s c l l s st l l e 印p l i c a t i o no fc 伽叩u t e ra i d e dt e a c h j n gs y s t e ms o f h v a r c 址 t e a c h i l l go fe n g i n e r r i n g 鲫l l i c s nh 私d e s i 驴t h et e a c l l i n gs y s t e mo fd e s c r i 研v eg e o m e 廿y a r l di m r o d l l c ed e t a i l e d l yt l l ec o n s t i n l t e so fs y s t e m ，p r o d u c i l l gt e c l u l o l o g ya n dc o n c e i to f d e s i g n a tt h ee n do ft 1 1 e 血e s i s ，t l l ea n o t h e ro 熊r sh e rp e r s p e c t i v ef b rt l l e f e t u | ed e v e l o p m e n to f t l l ec o m p m e 卜a i d e dt e a c l l i n gs y s t e ms o f t 、v a r e k e y w o r d s ：v b a u t o c a da u t o u s p t e a c h i n gs y s t e ms o 羝忸r e r e d e v e l o p m e n tt o o l b 嬲 i i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己 经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确 方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：j 茜i 爵 日期：西o z 年乒月四日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本论文属于不保密d ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名： l 去蔚 日期：跏，年卢月y 日 指导教师躲物婶助1 日物6 席“月习日 华中科技大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 工程图类课程概述 工程图类课程是高等工科学校机械类、建筑工程类、水利类、交通运输类等各专业 学习的重要的技术基础课。它是研究工程形体信息表达、交流与传递的学问，是研究阅 读和绘制工程图样、图解空间几何问题的一门技术基础课，既有系统的理论，又有较强 的实践性。该类课程包括画法几何和工程制图两部分的内容。前者考虑的是空间问题的 图示和图解；后者主要是关于工程图样的阅读和绘制。 画法几何是几何学的一个分支。在工程和科学技术方面，经常要在平面上表示空间 的形体，而在工程实践中还需要应用这些表达在平面上的图形来解决空间的几何问题。 因此，画法几何的任务是：学习在二维平面上表达三维空间形体的方法( 即图示法) 和学 习在平面上利用图形来解决空间几何问题的方法( 即图解法) 。 图样是施工或制造的依据，是工程上必不可少的重要技术文件。图样是按照国家或 部门有关标准的统一规定而绘制的，是“工程界的技术语言”【”。它是工程技术人员用 来表达设计构思，进行技术交流的重要工具。由于图样在工程技术上的重要作用，所以 工程技术人员必须具备绘制和阅读工程图样的能力。因此，在普通高等工科学校学习的 未来的工程技术人员必须经过严格的训练以获得这种能力，而学习工程制图将为绘制和 阅读有关专业的工程图样打下坚实的基础。因此，工程制图类课程的任务主要是培养绘 制和阅读相关专业的工程图样的基本能力【2 】。 1 2 国内外工程图学教学改革情况 1 2 1 国外高校的图学教学改革 美国在图学教学改革方面的成就比较突出，美国从8 0 年代末期就在国家科学基金 0 师s ) 资助下研究有关的教学改革问题【3 1 ，在广泛征集教育界、工业界管理部门的意见后， 形成了现代工程设计图学的教学模式。在工程设计这一主线下，教授有关的工业设计基 础知识、投影知识、三维造型理论和图形表达的有关规定及技能等内容。在教学中突出 三维立体的地位与作用，从三维立体入手全面理解物体的构成原理与表达方法。随着研 华中科技大学硕士学位论文 究工作的不断深化，1 9 9 7 年在全国范围已成立了网络图形实验室，以满足工科院校学生 教学与实验的需要。学生可以在计算机上建立三维模型并对其进行工程分析、虚拟预装 配以及原型制造等。这种新的教学系统与方式具有时代特点，它将以计算机几何造型为 核心的图形学与工程设计紧密结合为一体，培养学生现代设计意识，从根本上改变了现 有的工程制图的教学面貌。 美国国家自然科学基金会资助的工程教育综合改革由康乃尔大学、斯坦福大学、加 州伯克利大学等八所大学承担。具体目标是：( 1 ) 多学科综合，分割不要过细；( 2 ) 面向 并行工程，贴近工程实践；( 3 ) 加强实践与动手能力；( 4 ) 加强通信交流密切联系社会；( 5 ) 具有先进的学习环境。根据这一宗旨，他们在课程设置、教学内容、教学方法、所需学 时等方面与我国有很大差别。 美国得克萨斯大学开设了工程设计绘图课程，该课程将实体建模作为课程的核心， 从并行工程的角度说明了三维几何模型作为设计制图核心的必要性，并充分考虑了与机 械零件、数学、计算机图形学以及现代工程设计实践等课程的配合。这门课程由教师讲 课、学生手工绘制草图、上机练习三部分组成。整个安排分为5 个部分；( 1 ) 计算机绘图 及设计概论；( 2 ) 实体建模；( 3 ) 工程分析与制造；( 4 ) 建立设计文档；( 5 ) 大作业。其中第 五部分的大作业是一个设计课题，该课题可由老师选择进行，其内容是让学生对由几个 零件组成的实体模型进行装配，得到该装配体的三维渲染图，然后对装配体零件进行分 析和快速成型，最后，直接从实体模型数据库中生成装配体零件的工作图，标注零件图 的尺寸，从而得到一整套工程图。从美国大学工程设计课程的设置及教学内容来看，制 图的改革不能孤立存在，应在设计教育的大背景下统一进行，应考虑与相关课程的融合： 图学教育应培养学生的工程意识，培养学生走向社会及创新设计的能力。 从国外的情况来看，一些先进工业国家，制图课程中传统的画法几何内容及制图技 能的培训所占的学时逐渐减少，取而代之的是三维实体造型技术和曲面造型技术的应 用，并强调与c a e 、c a m 相结合。 1 2 2 国内高校的图学教学改革 通过对当前国外先进工程设计状况的分析可以看出当工程设计己进入到三维设计 时代时，工程图学教育仅停留在二维表达阶段是不行的。由于二维表达的基础是画法几 2 华中科技大学硕士学位论文 何，三维表达的基础是计算机几何造型理论，所以两种表达的思维方式和技能是不同的。 这就对目前的工程图学教育提出了更新的任务和更高的要求。 北航【4 l 突出设计和三维的观点改革工程图学教学。北航工程图学教研室将手工绘图 与计算机绘图有机地融为一体，进行教改，在取得阶段性成果的基础上，目前教学改革 的主要目标是创建以“设计”为主线，以“三维”为核心的现代工程设汁图学 ( m e d g m o d e me n g i n e e 抽gd e s i g i lg m p 1 i c s ) 的新教学体系。现代工程设计图学m e d g 新教学体系改革的主要方向为：首先，着眼于工程设计的全过程，构建新的课程体系。设 定的机械基础系列课程中的各个课程是有关联的，m e d g 课程内容以培养学生的设计意 识为主线，讲授为进行正确设计表达所必须具备的知识一画法几何、机械制图、计算机 图形学基础及应用，通过这样的工程设计系列课程帮助学生建立起完整的全面的现代工 程设计概念和思维方式。其次，调整原工程图学课程的内容加强培养学生的三维分析和 表达能力。传统的基于投影的画法几何内容适当减弱，而与计算机几何造型有关的计算 机图形学等内容要得到加强。最后，引入计算机绘图的同时注意培养学生的先进设计思 想和表达意识。通过讲课和上机实践，让学生了解计算机管理图形文件的科学性，体验 并行设计共享图形数据库、虚拟预装配等新的设计概念，从而形成现代工程设计新意识。 北京科技大学1 5 】也进行了机械基础系列课程教学内容体系改革的探索，建立了以机 械设计为主线，以培养设计能力和创新能力为目标的教学体系，将画法几何及机械制图、 机械原理、机械零件、a u t o c a d 及其应用、创新设计实践等课程内容，根据人的认知 规律和现代工程要求有机地整合为一个整体，命名为“机械设计制图”。 北京理工大学【6 j 将工程图学改革与机械设计课程群体的整体优化结合起来，在经典 工程图学内容中引入创造学原理、创造性构型设计，计算机绘图等现代化内容。在绘图 方式上，尺规图、徒手草图、二维计算机绘图各占1 3 。 1 9 9 6 年我国国家教委在浙江大学【_ 7 l 设立了工科基础课工程图学教学基地。浙江大学 工程i 虱学教学基地除了面向全校学生开设“画法几何和机械制图”课程外，还对工程教 育高级班开设“计算机图形学”必修课，基本培养方针是“重基础、重设计、重创造”， 对非工程教育高级班开设“工程设计与计算机绘图”选修课。 通过以上的分析可以看出，无论是国内还是国外，图学教育改革均有一个共同点， 华中科技大学硕士学位论文 即工程制图课程的教学不再是简单意义上的传授制图知识，而是将工程设计思想融入教 学当中，注重培养学生的创新设计能力。 近年来，我国高等工科院校的图学类课程的教学发生了深刻的变化，其中突出的是 教学内容的更新、课程体系的重组和教学手段的逐步现代化。该类课程已经打破了传统 的课程划分，将原画法几何和工程制图的内容有机的结合起来：画法几何中的投影原理 与制图中的投影制图紧密结合，突出了画法几何的实用训练。在课程的讲述方式上，改 变了把画法几何当作几何课来教的做法，采用从体的投影入手，强调投影分析，使投影 原理与画图、读图更好地结合起来，以加强培养几何抽象能力和应用能力；而工程图学 类课程是工科类学生的必修基础课，因其理论性、实践性均较强，且学时不断压缩使学 生在短时间内掌握较为困难。因此，通过计算机技术和开发新的教学方式来帮助学生理 解书本上所讲解的内容，并籍此提高和保证教学效果及教学质量，己成为教学改革的必 然f 2 】。 1 3 计算机辅助教学软件目前存在的主要问题 ( 1 ) 没有摆正教学改革与教学软件研制的关系 尽管教学软件的研制是教学改革中很重要的内容，但教学软件并不能等同于教育改 革，教育改革需要在发展教育理论，改变传统的教育观念与模式等方面下工夫。在此过 程中，计算机辅助教学软件只是一种新的教学手段，其运用方式的恰当与否、运用效果 的好坏都要依赖于教育改革大环境的改善。 ( 2 ) 课件具有的开放性程度不够 现有的绝大多数计算机辅助教学软件是被刻录在光盘上，运行在单机环境下的。它 们无法利用知识更新上的方便与快捷的优势。这样的课件不具有开放性，这样的计算机 辅助教学软件一旦生产完成就再也无法对教学的内容进行更新和维护，因而是没有生命 力的，将随着时间的发展而逐步被淘汰。缺乏智能性的计算机辅助教学软件系统，因为 无法按照学生的认知模型为其准备最适合的学习内容，也就无法达到教育学所要求的个 别化教学和启发式教学。 ( 3 ) 计算机辅助教学软件开发初期的总体规划不够 计算机辅助教学软件的开发是一项工作量很大的工作，为了少走弯路，避免重复和 4 华中科技大学硕士学位论文 浪费，需要在开发之前进行详细的总体规划，制作一流的脚本。不仅某一门课程要详细 规划，还要从全校的范围内对计算机辅助教学软件的开发进行全面规划。建立相应的教 学资源数据库、课件服务器和科学的评价体系。一定要统一规划，分工协作，形成合力， 才能做好计算机辅助教学软件的开发和应用。 ( 4 ) 教师在计算机辅助教学软件开发过程中参与的程度不够 计算机辅助教学软件的开发离不开具有丰富教学经验的教师，计算机辅助教学软件 也不能完全替代教师在教学中所起到的作用。没有优秀教师参与研制的课件也许只能是 起到摆设作用的花瓶，不能真正提高教学质量。一个好的计算机辅助教学软件应该把优 秀教师的教学经验和现代化的技术结合起来，扬长避短，才能真正发挥计算机辅助教学 软件的作用。 ( 5 ) 计算机辅助教学软件运用的空壳化 所谓计算机辅助教学软件运用大空壳化即在运用计算机辅助教学软件时重形式而 轻内容，搞花架子，以扩大影响为目的，而不重视计算机辅助教学软件在教学中的实际 效用。计算机辅助教学软件空壳化在实际生活中表现为嗍： 1 ) 计算机辅助教学软件运用的无条件性。 2 ) 新瓶装旧酒。即设备现代化了，但思想未现代化，教学方法未现代化。 3 ) 过于强调课件的制作，对课件的固有缺陷研究不够。 4 ) 从课件的应用情况来看，由于大多数课件都是千篇一律，很少有结合本地区、 本校、本人特色的课件。 1 4 本课题的来源及所做工作 针对高校工程制图类课程实际教学过程中所存在的不足，从而需要进行教学方法与 教学模式的改革，由此产生本课题。 本课题是以工程制图类课程教学系统为背景，提出一种可扩展式平台设计的思想， 并对其设计开发流程进行了详细的解释和说明，提出了自己的一种开发方法。本系统的 制作开发过程涉及到计算机编程语言v b 、a u t o c a d 的a u t o l i s p 语言、a c t i v e x 技术、 a u t o c a d 菜单工具的开发与定制、a u t o c a d 外部程序的加载与运行、数据库技术等多 个领域。 华中科技大学硕士学位论文 本文所做的工作： ( 1 ) 本系统的开发，在一定程度上可以解决目前利用模型无法表现基本投影规律的 问题，弥补了现有同类教学软件中的呆板、固定的授课模式的不足。a u t o c a d 通常用 来作为工程图类与开发的辅助设计系统，直接用来开发辅助教学系统软件的情况还不多 见，尤其在点线面基本投影规律的教学上是少之又少，因此，为a u t o c a d 开辟了一个 新的应用领域。 ( 2 ) 本系统可以根据课堂授课的需要，灵活地利用系统提供的工具，可以进行作图、 标注、注释、编辑修改、开放的出题功能等操作，帮助教师摆脱使用三角板、圆规、粉 笔等工具的传统上课模式。 ( 3 ) 本系统工具栏可根据需要很方便地进行新功能工具的扩充和加强。它将图类课 程中最为基础、枯燥和难懂的基本理论部分用生动的、可视化的形式展现出来，弥补了 模型教学的不足，在教学实践中使同学们易于接受，也乐于接受。同时，可以使学生较 早地接触今后要学习的计算机辅助设计软件a u t o c a d ，使同学们对它产生了学习欲望， 为以后该门课程的学习作了很好的铺垫。 ( 4 ) 本系统集授课、备课、题库管理于一体，给教师的教学工作提供了方便，可以 提高教学效率。 6 华中科技大学硕士学位论文 2 1 二次开发的概念 2a u t o c a d 二次开发技术 2 1 1 二次开发的含义 c a d 软件的二次开发是指在现有的软件基础上，为了提高和完善软件功能，使之 更加符合用户需求，而对软件做的开发工作。本系统开发a u t o c a d 的目的是针对画法 几何教学特点，充分发挥通用c a d 软件的价值。 二次开发将应用对象的设计规范、构造描述、设计方法等以约束关系的形式集成到 通用c a d 平台中去，以使应用对象的设计智能化、集成化【引。 c a d 系统二次开发的层次关系如图2 1 所示【9 】： le 曲遁羽麟l 斗i 专m 口 募持素巢i = i 专媲c 系统l r。 一k 、，_ - j 一 图2 1c a d 系统二次开发的层次关系 2 1 2 加l t o c a d 二次开发的目的 a u t o c a d 软件包是美国a u t o d e s k 公司的优秀软件产品，是目前最为流行的工程图 形处理软件，该软件包因其构造、编辑图形能力强、开放性好、支持微机平台等优点， 在国内得到广泛的应用。但直接在a u t o c a d 环境下的进行专业制图类课程教学，教师 会因为系统命令功能的匮乏而显得力不从心，进而导致计算机辅助教学优势不明显，影 响了教学质量。主要存在以下不足： ( 1 ) a m o c a d 中现有绘图命令还不能完全满足即快速地，又简捷地绘制各种图形 的功能，对于在专业制图类课程中图元的构造，包括各种点、线、投影面以及相关的特 殊标注，a u t o c a d 标注命令中根本就没有这种类型的标注。 ( 2 ) 没有直接的专业制图类教学的工具条或菜单命令 基于上述原因，要在a u t o c a d 环境下的进行专业制图类教学，就需要针对专业制 图类教学课程的特点，对a u t o c a d 进行二次开发，生成在a m o c a d 环境下的教学系统。 由于a u t o c a d 具有开放的结构体系，并且a u t o c a d 为用户提供了多种二次开发工 具。通过对a u t o c a d 进行针对性的二次开发，可以满足专业制图类教学的特点要求。 7 华中科技大学硕士学位论文 从而克服了在舢l t o c a d 环境下软件的不足和局限性。 2 1 3a u t o c a d 二次开发的特点 c a d 二次开发具有以下特点【l o 】： ( 1 ) 继承性。二次开发是在已有软件基础上进行的开发，因此开发后的软件性能 在很大程度上取决于支撑软件的性能和开放程度，以及开发者对支撑软件的理解； ( 2 ) 专业性。二次开发是针对特定用户、特定任务、特定目的进行的，因此开发 人员要既懂专业知识，又要具备软件开发能力； ( 3 ) 实用性。二次开发是为了满足特定用户的特殊需要，因此成功的二次开发可 以大幅度提高工作效率； ( 4 ) 紧迫性。二次开发要解决的是实际上作中遇到的问题，直接影响工作的进度 与质量，因此在时间上有紧迫性： ( 5 ) 复杂性。二次开发不仅涉及具体的应用，而且要求对支撑软件有深入的了解， 因此工作量大，任务复杂。 2 2 二次开发的一般原则 二次开发要遵循工程化、模块化、标准化和继承性等一系列原则【】。 ( 1 ) 工程化原则 二次开发应按照软件工程学的方法和步骤进行，突出工程化的思想。首先对所要解 决的问题进行详细定义分析，并加以确切地描述，确定软件技术目标和功能目标，编写 软件需求说明书、确定测试计划和数据要求说明书等，然后根据需求说明书的要求，设 计建立相应软件系统的体系结构，编写软件概要设计和详细设计说明书、数据库或数据 结构设计说明书、组装测试计划，从而保证软件的可靠性、有效性和可维护性。 ( 2 ) 模块化原则 模块化原则要贯穿二次开发的全过程，它是将整个系统分解成若干个子系统或模 块，定义子系统或模块间的接口关系。模块化可以使开发人员同时进行不同模块的开发， 缩短软件开发周期；在软件需要维护和修改时，也仅对相关模块进行修改即可，避免了 对整个程序的修改；在扩展时，只要把独立的功能模块集成即可运行。最后通过菜单调 华中科技大学硕士学位论文 用把它们集成起来，与原系统组成一个有机的整体。 ( 3 ) 继承性原则 二次开发不同于一般从底层做起的软件设计，是在已有软件基础上根据实际需要而 进行的再开发，对支撑软件有很强的依赖性和继承性。继承性既是二次开发的最大特点， 它要求开发后的系统在界面风格和概念上与原软件保持一致，新加入的部分在功能、操 作等方面与原系统实现无缝集成，从而保持系统的一致性和完整性。 ( 4 ) 标准化原则 标准化是开发c a d 软件的基础。首先，在开发过程要遵循c a d 技术的基础标准， c a d 技术的发展之路同时也是一条标准化发展之路，面向用户的图形标准g k s 和 p h i g s 、面向不同c a d 系统的数据交换标准i g e s 和s t e p 以及窗口标准等都是进行二 次开发所必须依据的标准。其次，本系统对c a d 的二次开发不同于一般软件的设计， 它的运行过程是对画法几何教学内容的c a d 展示，必须符合画法几何课程的特点，以 及符合画法几何绘图的相关规定。 2 3 二次开发的基本过程 按照工程化原则，二次开发的一般过程如图2 2 所示f 1 2 】。 图2 2 二次开发的基本过程 二次开发过程基本上可以概括为系统分析、系统设计、程序编写、系统测试四个阶 段【13 1 。 ( 1 ) 系统分析 9 华中科技大学硕士学位论文 = = = e ；= ； = ；= = = = = = # = = = # = = = t = = j = l = ；= 主要任务是分析、理解整个系统设计的基本要求，在系统分解的基础上确定整个系 统的基本框架，并在此基础上，形成表达系统基本要求及框架的系统说明书。 ( 2 ) 系统设计 包括系统总体设计( 完成模块说明书) 和建立图形数据库与数据库管理系统。 ( 3 ) 程序编写 将模块说明书转换成用a u t o c a d 软件编写的程序。 ( 4 ) 系统测试 可分为三步进行，模块测试、综合测试和验收测试。 2 4 二次开发模型 目前，通用的c a d 软件，都有其自身的特点，对外都提供了不同的二次开发手段 和方法。一个适用于多数c a d 系统的二次开发模型【1 4 】，如图2 3 所示。 黼产输入 捌尸蹙甄界咖 匠r 用，1 篝w o 擞 厂1 莉- 麓蹶_ 开 t 矬 开籀臻口i 置 旗 t 厂一两敬穗 广一阐罩巍隰l 。 i c 皤技_ 幂 ii c t i ，旺技零ll 耻技术ii 嚣恺搜幂 4jj i瓢a 擞作系筑 图2 3c a d 系统的二次开发模型 该开发模型主要包括两大部分：一部分是用户与c a d 系统交互界面的开发，即定 制用户界面，主要用到c a d 系统提供的用户接口模块；另一部分是c a d 系统与操作系 统之间的开发，即定制应用程序的功能，包括对c a d 系统的功能调用以及对操作系统 的调用，通过采用面向对象技术或者是面向过程技术，将c a d 对操作系统的调用对开 发者屏蔽，直接提供功能调用，开发者无须详细了解c a d 系统的最底层实现。 1 0 华中科技大学硕士学位论文 本文后续内容将利用c a d 二次开发模型中的面向对象的、基于a c t i v e x a u t o m a t i o n 技术和d l l 技术的几种开发方法于教学系统软件的开发中。 2 5a u t o c a d 软件二次开发常用工具及技术 应用软件提供二次开发方法的好坏，主要是看这种二次开发方法是否合理公开应用 软件内部的结构，以及这种开发方法的易用性和效率。a u t o c a d 的二次开发技术有很 多，其中比较成熟的有觚o l i s p 、a d s 、脚( 等，它们均可十分方便地对a u c o c a d 进行二次开发。现在流行的有s u a ll i s p 、o b j e c t a i 、a c t i v e xa u t o m a t i o n 等，它们 提高了a u t o c a d 二次开发的效率【1 5 】。 2 5 1 a u t o l i s p 技术 a u t o l i s p 是一种嵌入a u t o c a d 内部的l i s p 语言，它继承了l i s p 语言的语法、传统 约定和基本函数与数据类型，并扩充了强大的图形处理力能，语法简洁、表达能力强、 函数种类多、程序控制结构灵活，既能完成常用的科学计算和数据分析，又能调用几乎 全部a u t o c a d 命令，具有强大的图形处理能力，是a u t o c a d 早期版本的主要开发工具。 a u t o l i s p 的一般程序结构为：全局变量赋初值；子函数定义( 局部变量赋初值，函数体) ； 主函数定义( 变量赋初值，函数体) 。在加载函数后，可在任何需要的时候调用该函数 【1 6 ，1 。 a u t o l i s p 是嵌入a u t o c a d 的解释型过程语言，它可以接访间和修改a u t o c a d 当前 的图形数据库，为a u t o c a d 增加新命令或修改a m o c a d ，实现参数化绘图程序设计【1 8 1 。 语法非常简单，也较灵活，尽管具有较强的开发能力，但其运行速度较慢，程序规模小， 保密性不强，缺乏底层和系统支持，不宜用于高强度的数据处理【1 9 l 【2 0 。 2 5 2a d s a d s ( a u t o c a dd e v e l o p m e ms y s t e m ) 是a u f o c a d 提供的运用c 语言开发应用程序 的系统，本质上是一组可以用c 语言编写的头文件和目标库，它直接利用用户熟悉的各 种流行的c 语言编译器，将应用程序编译成可执行的文件在a u t o c a d 环境下运行，这 种可以在a u t o c a d 环境中直接运行的可执行文件叫做a d s 应用程序。它要求开发者既 懂c 语言又熟悉a u t o c a d ，因此，被认为比a u t o u s p 更高级的开发手段。使用a d s 华中科技大学硕士学位论文 既可以开发独立的应用程序，也可以开发常用函数供a u t o l i s p 程序调用。后者的好处 是既可提高编程效率，又可对程序进行保护，国内开发商大多采用这种方式。a d s 由于 其速度快，又采用结构化的编程体系，因而很适合于高强度的数据处理，如二次开发的 机械设计c a d 、工程分析c a d 、建筑结构c a d 、土木工程c a d 、化学工程c a d 、电 气工程c a d 等【2 ”。 2 5 - 3a r x 尽管a d s ( a u t o c a dr u n t i m ee 硪e n s i o n ) 有很多值得称赞之处，但它也有一个先天不 足处，这就是a d s 程序必须通过a u t o l i s p 解释器加载，并非最底层的代码，各方面的 条件都会打折扣【2 2 j 。正因为如此，a u t o c a d 提供了更为高级的开发工具a r x 。灿是 a u t o d e s k 司在a u t o c a d1 3 版之后推出的一个全新的面向对象的二次开发环境，也是 a u c o c a d 第一次提供面向对象的二次开发工具使用a r x 编写的应用程序不需经过l i s p 解释器加载，它可和a u t o c a d 的进程共享内存空间，即用6 似编写的命令可和 a u t o c a d 中l i n e 、p l i n e 等命令于同一级别，显然要比a u t o l i s p 、a d s 形式得到更快的 响应例。a r x 有一个更为重要功能，即允许用户定义自己的对象，构造自己的图形数 据，可像管理内部定义对象一样进行处理。a r x 同样使用c + + 言，用v b ，v c + + 进行 编程，开发环境与a d s 相同，目前a r x 已经升级为o b j e c t 越了【2 4 ，2 5 1 。 2 5 4 s u a ll i s p 随着a m t o c a d 应用的日益普及，对其进行二次开发的工具也不断更新。现在流行 的s u a ll i s p 、0 b j e c t u 、a c t i v e x a u t o m a t i o n 等，都大大提高了a u t o c a d 二次开发 的效率。 s u a lu s p 已经被完整地集成到a u t o c a d2 0 0 2 中，它为开发者提供了崭新的、增 强的集成开发环境，一改过去在a u t o c a d 中内嵌a u c o l i s p 运行引擎的机制，这样开发 者可以直接使用a u t o c a d 中的对象和反应器，进行更底层的开发 2 9 】。其特点为自身是 a l l _ t o c a d2 0 0 2 中默认的代码编辑工具；用它开发a u t o l i s p 程序的时间被大大地缩短， 原始代码能被保密，以防盗版和被更改；能帮助大家使用a c t i v e x 对象及其事件：使用 了流行的有色代码编辑器和完善的调试工具，使大家很容易创建和分析l i s p 程序的运 行情况。在s u a ll i s p 中新增了一些函数：如基于a u t o l i s p 的a c t i v e ) ( c 0 m 自动化 华中科技大学硕士学位论文 一= = j j ；= 。= ；= = = ；= j ；= = = ；_ = = = = = = = 目 操作接口；用于执行基于a u t o c a d 内部事件的l i s p 程序的对象反应器；新增了能够对 操作系统文件进行操作的函数1 2 2 j 。 2 5 5 o b j e 魄虹t x o b j e c t 煳( 是心( 的更新和升级。0 b j e c t a r x 提供的程序设计环境为开发者提供 了一个面向c + + 应用程序的设计接口，应用程序开发者可以利用a u t o c a d 的开放体系 结构，直接访问a u t o c a d 的数据库结构和图形系统，定义本地命令【2 ”。 o b i e 魄锄( 从本质上讲，是一种特定的c + + 编程环境，它包括一组动态链接库 ( d l l ) ，这些库与a u t o c a d 在同一地址空间运行并能直接利用a u t o c a d 核心数据结构 和代码，库中包含一组通用工具，使得二次开发者可以充分利用a u t o c a d 的开放结构， 直接访问a l l _ c o c a d 数据库结构、图形系统以及c a d 几何造型核心，以便能在运行期间 实时扩展a u t o c a d 的功能，创建能全面享受a m o c a d 固有命令的新命令。0 b j e c t a r x 还可以按需要加载应用程序；使用0 b j e c t a r x 进行应用开发还可以在同一水平上与 w i n d o w s 系统集成，并与其它w i n d o w s 应用程序实现交互操作【2 4 。 使用0 b j e c t a r x 与a u t o l i s p 相比，前者更充分地利用了a u t o c a d 开放的体系结 构，适合于大型a u t o c a d 应用程序的开发。由于微软的w i n d o 、s 操作系统已正式成为 a u t o c a d 的唯一平台，对于广大的a u t o c a d 使用者而言，不管是先前已使用a u i l 儿i s p 或a d s 开发的应用程序的升级还是未来更专业的自动化应用程序的需求，o b j e c t a r x 都将是最佳的选择。这是因为o b j e c t _ 蛆具有下列几项重要的特色，而这些特色正赋予 它不管是计算上或人机界面上取代a 啦o l i s p 或a d s