ch工程数据处理与交换

11.5.2本课程的内容土木工程CAD技术基础CAD基础知识CAD系统基本原理土木工程CAD相关技术土木工程CAD系统设计

第1章引言 第2章CAD系统概论

第3章计算机图形技术

第4章AutoCAD应用技术 第5章三维几何造型

第6章人机交互技术

第7章工程分析与优化设计

第8章工程数据处理与交换

第9章土木工程CAD系统开发 第10章现代CAD技术参照“教学日历”2第8章 工程数据处理与交换 8.1概述

8.2工程数据处理

8.3CAD系统数据交换38.1概述数据在工程设计中起重要作用

在设计过程中需要用到一些数据

设计结果以数据形式保存在文件或数据库中数据处理（DataProcessing）

对已知数据进行处理，获得便于使用的数据数据交换（DataExchange）

将从一个应用软件获得的数据用于其他应用软件48.2工程数据处理8.2.1需要处理的工程数据

在工程设计过程中，经常使用如下数据

1.

表格形式的数据

2.线图形式的数据

3.

设计结果数据

4.设计标准和规范 在CAD系统中，需要由计算机高效、快速、准确处理这些数据56钢筋混凝土偏心受压柱承载力线图N（kN）N·η·ei7

工程数据的处理方法主要分为3类

1.程序化

2.使用数据文件进行处理

3.使用数据库进行处理88.2.2工程数据的程序化

主要分为两类

1.表格（Table）数据程序化

2.线图（Chart）数据程序化98.2.2.1表格数据程序化

把表格数据转化成程序代码 两种方式

1.

以数组形式存储表格数据，然后用查表或插值方法得到所需数据

2.

用数据拟合方法将表格数据拟合成公式，编入 程序来计算出所需数据1011插值问题（InterpolationProblem）对于上表给出出列表函数y=f(x)，当自变量为为结点的中间间值x时，由于在表表中找不到对对应的y值，可采用插插值法求出其其函数值xx1x2x3…xn-1xny(x)y1y2y3…yn-1yn12插值方法主要有：1.线性插值2.抛物线插值131.线性插值给定x，求其函数值值y插值步骤为：：选取两个相邻邻的自变量xi与xi+1，且xi<x<xi+1过(xi，yi)和(xi+1，yi+1)两点连直线g(x)代替原函数f(x)，则XY(xi+1,yi+1)(xi,yi)xy142.抛物线插值给定x，求其函数值值y过三点作抛物物线g(x)，则比较：比线性性插值精度高高，关键要根根据插值点在在附近选取合合适的3个点XY(xi+1,yi+1)(xi-1,yi-1)x(xi,yi)y15数据拟合方法法从离散点求出出一个代表性性的表达式最常用的数据据拟合方法为为最小二乘法（（LeastSquaresMethod）中介绍的曲线线拟合也是一一种数据拟合合方法16最小二乘法设待拟合的点点为(x1，y1),(x2，y2),(x3，y3),···,(xm，ym)设拟合公式y=f(x)，通常选择初初等函数，如如代数多项式式、幂函数、、指数函数、、对数函数等等应该使每个结结点处的偏差差ei=f(xi)-yi,(i=1,2,……m),偏差的平方和和为最小XY(x1,y1)x(xi,yi)(xm,ym)y=f(x)17如用多项式来来拟合偏差的平方和和为使上式的导数数等于零，求出φ为极小值时的的a0，a1，a2，…，an值，便可得到多项项式f(x)18线图数据程序序化把线图数据转转化成程序代代码分为3种情况1.找到线图原有有公式，将公公式编入程序序2.将线图离离散化，，形成表表格数据据，用插插值法进进行处理3.用曲线拟拟合方法法求出线线图的经经验公式式，再将将公式编入程程序19钢筋混凝凝土偏心心受压柱柱承载力力线图20使用数据据文件进进行处理理以数据文文件形式式，将工工程数据据存储在在外部设设备中，，当需要时时在应用用程序中中进行调调用e.g.把混凝土土强度设设计值存存储在数数据文件件中21工作模式式应用程序序通过某某种存取取方法直直接对数数据文件件进行操操作应用程序1文件1应用程序2文件2存取方法法应用程序n文件n22特点1.文件为特特定的应应用需要要而建2.文件结构构与应用用程序密密切相关关3.文件的逻逻辑结构构与物理理结构可可以清晰晰分开4.文件中的的数据可可以长期期保存、、反复处处理，易易于查询、插插入、修修改和删删除5.文件系统统设计简简单23文件的分分类1.顺序文件件（SequentialFile）2.索引文件件（IndexFile）3.散列文件件（HarshFile）4.链表文件件（ListFile）24顺序文件件是数据的的物理存储储顺序与逻辑顺序序一致的文文件可分为：：1.无序顺序序文件2.有序顺序序文件251.无序顺序序文件组成文件件的记录没有任何何次序规规律，只只是按写写入的先先后顺序序进行存存储查找方法法顺序扫描描法，即即扫描整整个文件件，直至至找到所所需记录录为止262.有序顺序序文件组成文件件的记录录是根据据某一属属性值的的次序排排列表示属性性的字段称为关键字，即组成成文件的的记录按按照某个个关键字字递增（（减）的的顺序进进行存储储查找方法法A.折半查找找法B.分块查找找法27A.折半查找找法当记录按按关键字字递增或或递减时时将整个文文件作为为查询区区域，将将所需查查找的关关键字k与查找区区中间点点记录的的关键字字km进行比较较当k=km时，该记录录即为所所要查的的记录；；当k<km时，取查询询区的前前半部分分为查询询区,找到中间间记录，，进行比比较；当k>km时，取查询询区的后后半部分分为查询询区，找找到中间间记录，，进行比比较；重复同样样处理，，直至找找到所需需记录kmk？28B.分块查找找法当记录按按关键字字递增或或递减时时把文件分分成若干块，块的大大小为文文件记录录总数的的平方根根；依次扫描描每块的最最后一个个记录的的关键字字，直至找找到大于于要查找找记录的的关键字字，从而而断定要要查找记记录所在在的块；；继续查找找此块，，直至找找到所需需记录为为止。k？29顺序文件件的特点点1.存储空间间连续，，占用存存储空间间少2.连续存取取记录速速度快3.记录的插插入、修修改及删删除比较较困难问题如何编程程实现？？3031索引文件件为提高顺顺序文件件查找速速度,采用索引引表，构构成索引引文件索引表即即把所有有顺序文文件记录录的关键键字以及及对应的的入口地地址保存存在一个个文件中中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关键字字，根据据其提供供的指针针找到所所需的记记录32利用索引引文件后后的特点点1.查找效率率高2.物理结构构独立于于逻辑结结构，便便于修改改33散列文件件是一种直接接存取文文件的方方法将记录的的关键字字直接转转换成记记录的相相应地址址特点存取速度度高，便便于修改改34链表文件件是利用链链表形式式组织起起来的数数据文件件记录的物理存存储顺序与逻逻辑顺序可以以不一致每一个记录上上增设一个指指向下一个记记录的存储地地址指针多重链表的组组织方式常用用于根据多个个关键字来访访问某条记录录单向链表作为相邻结点地址，只提供供下一个结点的地址351249headA13561249B14751356C10211475Dnull1021必要的操作建立链表、插插入结点、删删除结点、输输出链表等->面向对象程序序设计来自面向对象象程序设计36多重链表方式式的设计方法法1.文件的每个记记录上增加n个指针项，每每个指针项指向包含相应应关键字的下下一个记录的的地址。2.分别建立每个个关键字的索索引表，根据据索引表查询记录。37链表文件的特特点便于处理具有有复杂结构的的数据38使用数据库进进行处理使用数据库，，将工程数据据存储在外部部设备中，需需要时进行调调用数据库是在数数据文件基础础上发展起来来的一门新型型数据管理技技术定义是按一定数据模型组织、存储和和使用的数据据集合，用于可靠地管管理大量持久久的共享数据据，可满足组织中中多用户的不不同需要。39工作模式在应用数据库库的系统中，，应用程序通通过数据库管管理系统对数数据库进行操操作应用程序1应用程序2应用程序n数据库管理系统数据库……40特点1.数据的独立性性，即以数据为为中心，通过过数据库管理系统把应应用程序与数数据库分开2.数据存储结构构化，即不仅描述述数据本身，，还描述数据之间的的关系，便于于实现数据共共享3.可保证数据的完完整性和安全全性，非用户不可可使用和修改数据据4.可减少数据冗冗余41数据库的数据据模型现有的主要数数据模型包括括1.层次数据模型型2.网状数据模型型3.关系数据模型型4.面向对象数据据模型根据数据模型型的不同，数数据库分为层层次数据库、、网状数据库库、关系数据据库和面向对对象数据库421.层次数据模型型（HierarchicDataModel）用树结构来描描述数据库的的总体逻辑结结构，体现了了记录之间““一对多””的关系特点A.逻辑结构清楚楚而简单；B.易实现、易修修改、易扩充充；C.对于复杂的数数据关系，容容易造成数据据重复存储432.网状数据模型型（NetworkDataModel）用网状数据结结构来描述数数据库的总体体逻辑结构，，在其中，通通常用指针针链接来实现现数据间的连连接，体现记记录之间““多对多”的的关系特点A.数据间可任意意连接，可用用以描述复杂杂数据关系B.可避免数据的的重复存储443.关系数据模型型（RelationalDataModel）将数据的逻辑辑结构归结为为二维表形式式每个表赋予一一个名字；表中的每一行行是一个记录，对应一个元元素组，又称称为“元组””，代表一个个实体；表中每一列代代表一个属性性，又称为““字段”；表中每个记录录通过一个或或一组属性来来标识，称为为该记录的““关键字”，又称为““码”。45关系数据模型型举例ID房间名称1房间12房间23房间34库房5设备间……ID家具名称价格1床5002床5003床5004桌2505椅40………房间家具ID房间ID家具ID111212324425523………房间家具46关系模型的运运算A.作为集合的运运算：交、并并、差B.专门运算：筛选、投影、连接、汇总e.g.针对上例的运运算结果家具名称数量总价床63000椅6240桌2500合计3740房间名称家具价格房间12410房间2133047关系数据模型型的特点1.实体及实体间的联系系均用表描述，或通过在表表之间建立关系系来描述；2.关系数据模型型将数据以一一定的表的形形式存入库中，应用时通过各各种运算来检检索或组合某些相关数据；3.数据的重复存存储率低，修修改存取方便便；4.难以存储具有有复杂结构的的数据。484.面向对象象数据模模型（Object-OrientedDataModel）是对象模模型在外外部存储储的中实实现49数据库管管理系统统缩写为DBMS（DatabaseManagementSystem）用于对数数据库的的定义和和操作主要功能能包括1.数据定义义：数据据库、表表、索引引2.数据操作作：查询询、更新新（增、、删、改改）3.运行控制制：并发发控制、、安全性性检查、、数据库库恢复4.建立和维维护：数数据输入入、性能能监视、、分析50以MicrosoftAccess2007为例关系型数数据库管管理系统统实现前述述的关系系数据模模型的典典型操作作演示1.建立数据据库2.建立表3.建立关系系4.输入数据据5.建立查询询6.建立报表表511.建立数据据库52数据库建建立后532.建立表54表建立后后553.建立关系系56关系建立立后574.输入数据据585.建立查询询59形成的查查询的内内容606.建立报表表61建立的报报表思考关系数据据库软件件Access与电子表表格软件件Excel相比，有有何相同同之处，，又有何何不同之之处？6263数据库的的设计包括以下下步骤1.概念设计计2.逻辑设计计3.物理设计计641.概念设计计从应用角角度分析析数据及及其处理理要求和和约束，，建立一一个反映映应用要要求的概概念模式式，即概念模型型包括A.进行数据据抽象，，抽象出出对象，，并建立立对象层层次及其相互互之间的的联系；；B.进行应用用视图（查询））设计，，经视图图集成得得到一个能支支持各种种应用需需求的统统一信息息结构。。65E-R方法（Entity-RelationMethod）用于概念念设计其基本语语义单位位是实体体和联系系，通过过简单的的图形（（E-R图形）描描述数据据及其联联系A.实体：所描述述的对象象，用方框表示示；B.联系：实体之之间的联联系，用用菱形框表表示；C.属性：实体或或联系的的属性，，用椭圆形框框表示；D.实体与联联系之间间用线段段相连，，并标注注联系的的类型：1:1一对一，，1:N一对多，，M:N多对多E.可用某个个属性唯唯一标识识一个实实体，该该属性称称之为关键字66E-R图举例：：材料计计划管理理672.逻辑设计计将概念模模型转换换为所选选用DBMS支持的数数据模型型并设计计相应的的应用程程序接口口包括A.将概念模模型转换换为所选选用DBMS所支持的的数据模型，即数据据库的外外模式，，也称逻逻辑模型型；B.设计应用程序序（满足用用户要求求的数据据库存取取程序）和数据库库系统的的接口；C.设计应用程序序结构、、数据存存取功能能等。683.物理设计计利用DBMS所提供的的手段，，把逻辑辑模式转转换为有有效的存存储结构构包括A.设计存储储记录结结构，包包括记录的组组成、数数据项的类型和和长度等；B.确定数据据存放位位置，即即存储记录录在物理理区域的的分配；C.设计数据据访问方方法，包包括存储结构构和检索索机制等。69举例：从从E-R模型到关关系数据据模型的的转换708.3CAD系统数据据交换系统数据据交换的的必要性性过去的工工作模式式CAD系统都是是以某一一专业为为重点，，自成成体体系系，，相相互互独独立立，，相互互之之间间往往往往难难以以实实现现信信息息传传递递与与数数据据共共享享被称称作作““信信息息孤孤岛岛””7172目前前的的状状况况已经经有有所所改改善善现存存的的CAD系统统数数据据交交换换的的方方式式1.通过过操操作作系系统统机机制制2.通过过标标准准文文件件格格式式3.通过过外外部部参参照照4.通过过外外部部数数据据库库73通过过操操作作系系统统机机制制进进行行数数据据交交换换包括括1.Windows剪贴贴板板e.g.可将将AutoCAD图形形插插入入到到其其他他Windows应用程程序序中中2.对象象链链接接与与嵌嵌入入（（OLE）e.g.在AutoCAD中可可利利用用Insertobj命令令插插入入一一个个应用用程程序序的的OLE对象象，，双双击击该该对对象象，，系系统统将将自自动装装载载该该应应用用程程序序，，以以供供编编辑辑修修改改。。74通过过标标准准文文件件格格式式进进行行数数据据交交换换有两两种种图图形形文文件件1.矢量量图图文文件件以图图形形元元素素（（e.g.线段段、、圆圆弧弧等等））为为存存储储单单位，，适适合合于于表表达达以以线线条条为为主主的的图图形形2.位图图文文件件将一一幅幅图图分分割割成成很很小小的的栅栅格格，，单单独独记记录录每每一一栅栅格的的亮亮度度和和颜颜色色值值，，适适合合于于表表达达以以填填充充块块为为主主的图图形形以以及及具具有有复复杂杂颜颜色色、、灰灰度度或或形形状状的的图图象象75矢量量图图的的特特点点1.与位位图图相相比比所所占占存储储空空间间要要小小得多多；；2.由于于其其存存储储是是以以图图素素为为单单位位，，所所以以便便于于提提取取某某一物物体体的的图图形形信信息息，，便于于修修改改图图形形；3.缩放放不不受受分分辨辨率率影影响响，，缩放放后后图图形形不不会会失失真真；4.与位位图图相相比比具具有有更大大的的灵灵活活性性和和更更高高的的使使用用效效率；5.不适适宜宜表表现现色色彩彩丰丰富富、、以以填填充充块块为为主主的的图图形形。。76位图图的的特特点点1.一般般占占用用很大大存存储储空空间间；2.由于于位位图图中中每每一一栅栅格格的的信信息息是是独独立立存存储储的的，，所所以缺乏乏灵灵活活性性；3.由于于位位图图中中栅栅格格与与栅栅格格之之间间没没有有互互相相联联系系，，所所以很很难难从从位位图图文文件件中中提提取取表表示示某某一一物物体体的的图图形形信息息，，也也难以以修修改改图图形形；4.位图图文文件件中中，，分分辨辨率率是是固固定定的的，，所所以以对对位位图图图图形的的缩缩放放，，只只能能是是对对每每个个栅栅格格的的缩缩放放，，这这使使得得位图图放放大大后后会会出出现现很很明明显显的的阶阶梯梯效效果果。77矢量量图图标标准准文文件件格格式式主要要有有以以下下3种1.DXF格式式2.IGES格式式3.HPGL格式式781.DXF格式式名称称来来自自DrawingInterchangeFormatAutoCAD的图图形形交交换换格格式式CAD图形形交交换换的的事事实实上上的的标标准准标准准的的ASCII文本本文文件件在AutoCAD中，，可可执执行行““文文件件->图形形另另存存为为””菜菜单单生生成成DXF格式的文文件DXF格式的文文件可在在AutoCAD中直接打打开792.IGES格式美国国家家标准局局发起联联合开发发的一种种图形规规范很多著名名厂商都都提供IGES接口以ASCII、二进制制或压缩缩ASCII表示803.HPGL格式HP绘图仪命命令语言言已经成为为一种标标准的绘绘图控制制语言是一个绘绘制图形形命令序序列由可读的的ASCII字符组成成81位图标准准文件格格式主要有以以下3种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格式保存存图形文文件2.可生成dwf格式文件件：AutoCAD图形文件件Web格式wmf格式文件件：Windows图元文件件bmp格式文件件3ds格式文件件3.可打开dwg及dxf格式的图图形文件件838485通过外部部参照进进行数据据交换将整个图图形作为为外部参参照附着着到当前前图形中中打开图形形时，系系统将自自动重载载每个外外部参照照，从而而反映参参照图形形文件的的最新状状态通过使用用外部参参照，用用户可以以在图形中中参照其其他用户户的图形形并与其其他用户户所做的修修改保持持同步用于设计计人员间间的协同同工作单项工作作分工＋＋合作专业合合作设设计过程程专业化化87AutoCAD中的外部部参照利用xref命令输入选项项[?/绑定(B)/拆离(D)/路径(P)/卸载(U)/重载(R)/覆盖(O)/附着(A)]<附着>:输入选项项或按ENTER键1.附着：将将图形作作为外部部参照附附着时，，会将该该参照图形链链接到当当前图形形；打开开或重载载外部参参照时，对参参照图形形所做的的任何修修改都会会显示在在当前图形中中。882.拆离：从从定义表表中清除除指定外外部参照照的所有有实例，并将将这个外外部参照照定义删删除3.重载：重重新读取取并显示示最新保保存的图图形版本本4.卸载：已已卸载的的外部参参照可以以很方便便地重新新加载。卸载载不是永永久地删删除外部部参照，，它仅仅仅是不显示和和重新生生成外部部参照定定义，有有助于提提高工作效率率5.绑定：将将指定的的DWG参照转换换为块，，使其成成为图形的的永久组组成部分分。89附着外部部参照90附着外部部参照时时的设置置91通过外部部数据库库进行数数据交换换主要功能能包括1.在CAD系统中访访问数据据库2.将数据记记录链接接到图形形对象3.使用标签签在图形形中显示示数据库库信息92在AutoCAD中使用外外部数据据库利用dbconnect命令主要功能能包括1.访问数据据库2.将数据记记录链接接到图形形对象3.使用标签签在图形形中显示示数据库库信息AutoCAD可连接的的主要数数据库包包括：MicrosoftAccess、Oracle、SQLServer等93访问数据据库在AutoCAD中，可对对外部数数据库的的数据进进行增、、删、改改以及查查询等操操作94在AutoCAD中访问数数据库的的方法必须先使使用MicrosoftODBC（开放式式数据库库连接））和OLEDB程序来配配置该外外部数据据库配置过程程1.从外部数数据库创创建数据据源2.在AutoCAD中配置数数据库3.连接数据据库951.执行控制制