Heinz Slepcevic

AutoCAD von Autodesk

dafür gibt es derzeit eine Student Edition um ca. AST 1450.- , die die Programme AutoCAD 13, Designer 1.1, AutoVision 1.0 und das 3Dstudio 2.0 enthält.

MicroStation95 von Bently

Auch von diesem Programm gibt es eine Student Edition um ca. ATS 650.- mit dem 3D-Modeler und ohne Handbücher.

Koordinaten

Jedes CAD-Paket besitzt ein absolutes kartesisches Koordinatensystem (x,y,z), das meist als Weltkoordinatensystem oder globales Koordinatensystem bezeichnet wird. Objekte werden normalerweise in den Originalmaßen (Maßstab 1:1) gezeichnet, wobei in der Zeichnung für eine “Zeichnungseinheit” eine Dimension (mm, cm, m..) zugewiesen werden kann.

Es werden von den CAD-Programmen für die Speicherung  der Koordinaten zwei unterschiedliche Strategien verwendet:

1) Die Koordinaten werden als Fließkommazahlen gespeichert. Intern rechnet das Programm mit voller Genauigkeit, die Ausgabe der Dezimalstellen kann aber frei eingestellt werden. Aus Geschwindigkeitsgründen wird bei der Arbeit ein nur für die Darstellung genutzter virtueller Teilraum erzeugt, der mit ganzen Zahlen (Integer)  arbeitet. Diese Programme benötigen daher eine sogenannte Regeneration, wenn dieser Teilraum neu berechnet werden muß (z.B. ACAD)

2) Die Koordinaten werden als Integer-Zahlen gespeichert. Wird für eine Koordinate z.B. eine 32-Bit Integerzahl verwendet, dann verfügt diese Koordinate über 2^32 = 4.294.967.296 Datenpunkte, die angesprochen werden können. Dieser “Abstand” zwischen zwei Datenpunkten ist der kleinste unterstützte Abstand, man spricht von einer Positionierungseinheit. Für die praktische Arbeit muß nun dieser Positionierungseinheit eine Arbeitseinheit und deren Unterteilungen z.B cm:mm:tausendstel zugewiesen werden. (z.B. Microstation)

Neben dem globalen Weltkoordinatensystem (WKS) können auch noch weitere sogenannte Benutzer- oder Hilfskoordinatensysteme  definiert werden. Das Benutzerkoordinatensystem (BKS) kann jede beliebige Lage im Raum annehmen und wird z.B. durch die Angabe dreier Punkte, die den Koordinatenursprung, einen beliebigen Punkt der positiven x-Achse und eine beliebigen Punkt der positiven [xy]-Ebene bestimmen, festgelegt.

Für Koordinatensysteme im Raum gilt die “Rechtehandregel”:Der ausgestreckte Daumen der rechten Hand zeigt in die Richtung der positiven x-Achse, der Zeigefinger in die Richtung der positiven y-Achse und dann gibt der abgewinkelte Mittelfinger die Orientierung der z-Achse an. Weiters gilt: Streckt man den Daumen in die positive Richtung der Drehachse, dann gibt die Richtung der übrigen Finger die positive Drehrichtung an.

Für die Koordinateneingabe gibt es mehrere Möglichkeiten, wobei diese anhand der Eingabeart unterschieden werden.

Absolute Eingabe von kartesischen Koordinaten

Es werden die x-, y- und eventuell z-Koordinaten eines Punktes im aktuellen Koordinatensystem eingegeben.
x,y,z -3.4,5,100

Relative Eingabe von kartesischen Koordinaten

Relativ zum zuletzt verwendeten Punkt werden die Koordinaten zum neuen Punkt eingegeben
@xd,yd,zd @20,10,20

Relative Eingabe in Polarkoordinaten

Relative Eingabe in Zylinderkoordinaten

Relative Eingabe in Kugelkoordinaten

Objekte

Jedes CAD- Paket speichert die einzelnen Grafikobjekte in einer –meist sequentiellen- Datenbank ab. Dabei wird für jedes Objekt ein Datensatz mit der folgenden Struktur abgelegt:

OBJEKTNAME
Name LINIE

OBJEKTPARAMETER
steuernde Größen
xStart, yStart, xEnde,yEnde

OBJEKTATTRIBUTE
Beziehungs- und Darstellungsattribute
Linienstärke, -farbe, Zeichenebenen..

2D-Objekte

PUNKT

“Ein Punkt ist etwas, das nichts hat”, sagte Euklid 300 v. Chr. “Ein Punkt ist eine Kugel, der man die Luft ausgelassen hat”, ist eine nicht sehr exakte Definition. Bei CAD-Programmen wird ein Punkt durch seine Koordinaten P(x,y,z) festgelegt und es kann die Darstellung noch frei gewählt werden. Man wählt z.B. ein Kreuz, einen Kreis, ein Pixel oder auch nichts.

LINIE

Es ist dabei immer eine Strecke bzw. ein Streckenzug gemeint. Es gibt aber auch Doppellinien, damit können z.B. Wände direkt gezeichnet werden.

POLYGON (KURVEN)

Darunter versteht man Kurvenzüge, die aus Strecken und Kreisbögen zusammengesetzt sind. Es können aber auch quadratische oder kubische Bézier-Splines sein oder Funktionsgleichungen für eine Kurve, die dargestellt werden soll.

KREIS (ELLIPSE)

Die Darstellung der Kreise erfolgt meist als ein angenähertes regelmäßiges Vieleck mit für die Bildschirmgröße sinnvoller Eckenanzahl. Intern sollte ein Kreis genau (im Rahmen der Rechengenauigkeit) gerechnet werden. Ellipsen werden manchmal als Korbbögen dargestellt.

BOGEN

Der Bogen zeigt, wie vielfältig die Angabemöglichkeit für ein Objekt sein kann. Einige Angabemöglichkeiten für den Bogen:

3 Punkte

Startpunkt, Mittelpunkt und
Endpunkt

Startpunkt, Mittelpunkt und
Öffnungswinkel

Startpunkt, Mittelpunkt und
Sehnenlänge

Startpunkt, Startrichtung und
Endpunkt

TEXT

Jeder Text besitzt einen Einfügepunkt mit einer Schreibrichtung oder eine Positionierungsstrecke, an dieser wird der eingegebene Text ausgerichtet. Dies kann linksbündig, zentriert oder rechtsbündig, aber auch oben, unten oder mittig sein. Texte werden entweder als Linienzüge oder als outline-Schriften (TrueType oder AdopeType) generiert.

Aus diesen Objekten leiten sich dann die weiteren Objekte wie RECHTECK, Regelmäßige POLYGONE, KREISRING usf. ab.

3D-Objekte

Aufwendiger sind dreidimensionale Objekte. Dabei kommt man auf grundsätzlich drei verschiedene Datenmodelle: das Drahtmodell (wire frames), das Flächenmodell (facette) und das Volumsmodell (solids). Diese Datenmodelle ermöglichen es im allgemeinen, nur ebenflächig begrenzte Körper darzustellen. Alle krummflächigen Körper wie z.B. eine Kugel werden durch geeignete Netze angenähert.

Drahtmodell

In diesem Modell können nur Punkte und Strecken im Raum dargestellt werden. Für jedes 3D-Objekt wird eine geeignete Liste der Punktkoordinaten und eine Liste der zu zeichnenden Kanten erstellt. Bei diesen Listen kann vom Programm keinerlei automatische Prüfung der Vollständigkeit und Fehlerfreiheit des dargestellten Objekts vorgenommen werden.

Flächenmodell

Aufbauend auf die Punkt- und Kantenliste eines Drahtmodells wird noch eine Flächenliste hinzugefügt. Dadurch ist es möglich, eine “Haut” über das Drahtmodell zu ziehen. Das 3D-Objekt ist aber hohl. Es können daher auch Löcher vorkommen, durch die man in das Innere des 3D-Objektes sieht. Diese Flächen werden je nach Datenmodell verschieden definiert. Manche Programme kennen nur dreiseitige oder vierseitige Ebenenstücke (facetten), wobei noch angegeben werden kann, ob einzelne Kanten nicht gezeichnet werden sollen. Schlußendlich gibt es auch Programme, bei denen mit beliebigen ebenflächigen Polygonzügen -die auch Löcher beinhalten können- geeignete Flächenlisten aufgebaut werden.

Selbst erstellte Flächen eines 3D-Objektes werden normalerweise nicht mit einem Objektnamen verknüpft. Es kann daher bei diesen Programmen ein Quader nicht als Gesamtheit angesprochen werden; es können aber die Flächen eines Objektes zu einem Block oder einem Netz zusammengefaßt werden.

3D-FLÄCHEN

Dies sind die Grundelemente der 3D-Objekte. Damit sind meist Dreiecke oder auch Vierseite im Raum gemeint, die eine undurchsichtige (sofern man verdeckte Kanten ausblendet) Fläche aufspannen. Es können auch die Randlinien ausgeblendet werden. Der Schnitt einer Geraden mit einer Fläche oder die Schnittstrecke zweier Flächen wird von den Programmen oft nur mit einer Applikation angeboten.

Daraus werden nun sogenannte Regelflächen, Torsen, Netze, Freiformflächen NURBS  (Non Uniform Rational B-Spline) usf. gebildet.

Volumsmodell (Festkörper)

Festkörper stellen eine logische Einheit von Punkt-, Kanten- und Flächenlisten dar. Die Flächen der Festkörper ermöglichen keine Fenster, durch die man in das Innere des Körpers blicken kann. Festkörper müssen mit neuen Werkzeugen  (Methoden) bearbeitet werden. Im wesentlichen können nur sogenannte Bool’sche Operationen (Vereinigung, Durchschnitt und Differenz) gleichartiger Objekte und ebene Schnitte der Objekte ausgeführt werden. Bei Festkörpern werden meist auch Masseeigenschaften (Volumen, Schwerpunkt, Trägheitsmoment, usf.) von den Programmen mit verwaltet.

Generierung und Manipulation

Ein Festkörper kann nicht mehr durch geeignetes Aufspannen von Flächen aufgebaut werden. Eine Anzahl eindeutig definierter Grundkörper (solid primitives), die eine eigene Datenstruktur aufweisen, bildet die Basis für die Körpergenerierung. Dies sind die Objekte QUADER, KEGEL, ZYLINDER, KUGEL, TORUS und KEIL.

Grundkörper werden durch ihre Parameter eingegeben. Der Quader wird z.B. durch seine Länge, Breite und Höhe angegeben. Es ist nicht möglich einen Körper zu generieren, von dem nur Grund- und Aufriß gegeben ist. Dies ist ein Problem der künstlichen Intelligenz und wird wahrscheinlich nicht lösbar sein, da es ja -selbst wenn man sich auf ebenflächige Körper beschränkt- bei vielen Angaben mehrere Lösungen gibt.

Solids werden aus Geschwindigkeitsgründen meist nur als symbolisches Drahtmodell dargestellt. Erst wenn man die Sichtbarkeit berechnen läßt, erkennt man die Netzstuktur der Oberflächen.

Weiters kann eine geeignete Basis (geschlossene Polygone, Regionen..) als Grundlage für ein EXTRUSIONs-Objekt durch die Angabe von entweder einer Höhe und einem Verjüngungswinkel oder eines Extrusionspfades dienen. Rotationskörper werden aus einem topologisch geschlossenen ebenen Meridian und einer Drehachse angegeben.

Festkörper können wie 2D-Objekte verschoben, kopiert, gedreht, gespiegelt, skaliert und in Reihen angeordnet werden. Darüber hinaus stehen noch folgende speziell für Festkörper entwickelte Bearbeitungsfunktionen zur Verfügung:

FASEN / ABRUNDEN

Die Kanten werden abgefast bzw. abgerundet. Dabei werden eben- bzw. rohrförmige Flächen zwischen den -an die gewählte Kante angrenzenden- Objektflächen eingefügt.

KAPPEN

Ein Festkörper kann mit einer beliebigen Schnittebene auseinandergeschnitten werden.

QUERSCHNITT

Durch Angabe einer Schnittebene wird eine Querschnittsregion in der Schnittebene erzeugt, die weiterverarbeitet werden kann.

Komplexere Körper werden im Rahmen der Constructive Solid Geometrie durch die Bool‘schen Operationen VEREINIGUNG, DIFFERENZ und SCHNITTMENGE erzeugt.

Mit diesen Operationen können nun beliebige Körper modelliert werden. Zusatzprogramme oder –applikationen bieten noch weitere Bearbeitungsmöglichkeiten für Körper an.

Objektfang

Die Berechnung von geometrischen Beziehungen eines Objektes bzw. zwischen Objekten ist ein wesentlicher Bestandteil des Konstruierens. Unter dem Objektfang stehen unter anderem zur Verfügung: der Endpunkt einer Linie, Mittelpunkt von Kurven, der Mittelpunkt eines Kreises, Tangenten am Kreis, der Schnittpunkt zweier Kurven, Fangen eines Punktes oder das Lot auf einen Kreis.

Aktuelle CAD-Software verwendet auch (beschränkt) intelligente Objektfangmöglichkeiten, wo der Objektfangcursor  Möglichkeiten des Objektfangs anbietet (snoopy, AutoSnap). Es soll immer beachtet werden, daß man mit dem Mauszeiger den Schnittpunkt zweier Strecken ohne Fangfunktion nie genau anklicken kann.

Zwei Beispiele sollen dies illustrieren:

1 Zeichne die Senkrechte vom Mittelpunkt einer Rechtecksseite auf eine Strecke
Befehl: LINIE
von Punkt: MITTELPUNKT von P1
nach Punkt: LOT nach P2

2 Zeichne einen Kreis, der eine Strecke und einen Kreis berührt und eine durch einen Punkt geht.
Befehl: KREIS
3Punkte/2Punkte/TangenteTangenteRadius/Mittelpunkt: 3P
Erster Punkt: TAN nach P3
Zweiter Punkt: TAN nach P4
Dritter Punkt: PUNKT P5

Editierbefehle

Unter editieren versteht man die Möglichkeit, bestehende Objekte auf vielfältige Art zu manipulieren. Die wichtigsten Editierbefehle sind:

Jeder Editierbefehl beginnt mit einer Objektwahl, die jene Objekte festlegt, die bearbeitet werden sollen. Die Objektwahl kann auf verschiedene Arten –und nicht nur durch Anpicken eines Objektes- vorgenommen werden. Es können z.B. alle Objekte, die ganz innerhalb eines Auswahlfensters liegen oder die in ein Auswahlrechteck hineinragen, gewählt werden. Es können aber auch Objekte mit bestimmten Parametern und Attributen gewählt werden (alle roten Kreise mit Radius=5).

Ein Beispiel soll einige Möglichkeiten demonstrieren. Beim Editieren der gegebenen Zeichnung entstehen in AutoCad folgende “Dialoge”:

Zeichnen 3 parallelen Stecken zu waagrechten Stecke im Abstand von 15.

Befehl: VERSETZ
Abstand : 15
Objekt wählen, das versetzt werden soll: P0
Seite, auf die versetzt werden soll? P1
usf.

Dehne diese 4 Stecken bis an den Kreisrand.

Befehl: DEHNEN
Grenzkanten wählen:
Objekte wählen: P2
Objekte wählen:
Objekt wählen, das gedehnt werden soll: P3
usf..

Scheide die waagrechten Stecken an der senkrechten Stecke ab, so daß nur der rechte Teil davon erhalten bleibt.

Befehl: STUTZEN
Schnittkanten wählen:
Objekte wählen: KREUZEN K1 .. K2
Objekt wählen, das gestutzt werden soll: P4
Objekt wählen, das gestutzt werden soll: P5
usf ..

Schneide das vorstehende Stück der senkrechten Stecke am Kreisbogen ab.

Befehl: ABRUNDEN
Gegenwärtiger Abrundungsradius = 0.0000
Erstes Objekt wählen:  P6
Zweites Objekt wählen: P7

Verdrehe dieses nun entstandene Objekt 6 mal um den Mittelpunkt des Kreisbogens.

Befehl: REIHE
Objekte wählen: FENSTER K3..K4
6 gefunden
Objekte wählen:
Rechteckige oder polare Anordnung (R/P): P
Mittelpunkt der Anordnung: ZENTRUM von P8
Anzahl Elemente: 6
Auszufüllender Winkel: 360
Objekte drehen beim Kopieren? J

Damit erhalten wir das Ergebnis:

Bemaßung

Bei der Bemaßung unterscheidet man zwischen automatischer- , halbautomatischer- und händischer Bemaßung.

Es gibt in Linear-, Winkel-, Radien- und Ordinatenbemaßung. Hier einige Beispiele.

Am verbreitetsten ist die halbautomatische Bemaßung, dabei wird die Bemaßung direkt mit den Objektgrößen verbunden. Bei einer Strecke wird die Maßzahl daher direkt aus der Zeichnung entnommen. Wird ein Objekt z.B. gestreckt, vergrößert oder gedehnt dann ändert sich automatisch auch die Maßzahl.

Die halbautomatische Bemaßung wird durch eine Vielzahl weiterer Einstellungen gesteuert. Es kann dabei die Art des Maßpfeiles, die Schriftart, -position, die Lage der Hilfslinie usf. angegeben werden.

Hier einige Beschriftungsmöglichkeiten:

Eine automatische Bemaßung findet man nur bei bestimmten Anwendungs-CAD Programmen, die mit speziellen Objekten arbeiten. Es werden dabei genau parametrisierte Objekte automatisch bemaßt (z.B. ein Fenster). Bei der händischen Bemaßung wird kein Zeiger auf die Objekte generiert, es muß daher jede Änderung selbst in die Bemaßung übernommen werden.

Schraffieren

Viele Anwendungen erfordern die Möglichkeit, Flächen zu schraffieren oder mit Muster zu füllen. Dabei ist zu beachten, daß die zu schraffierende Fläche eindeutig und geschlossen sein muß. Gibt man als Umrandung die folgenden 3 Strecken an, dann erhält man sicher kein richtiges Ergebnis.

Bei geschlossenen Flächen wie Kreis, Rechteck und geschlossenen Linienzügen ist dies kein Problem. Neuere CAD-Programme verändern auch die Schraffur automatisch, wenn das Objekt verändert wird.

Schwieriger wird das Problem, wenn kein eindeutiges Schraffurobjekt erkenntlich ist. Es gibt dann die Möglichkeit, einen Schraffurbereich interaktiv auszuwählen. Im Beispiel erfolgt dies durch die Eingabe der Punkte P4 und P5. Ein Programmteil ermittelt daraus das Schraffurpolygon.

Objektbibliotheken

Unter einem Block (in anderen “deutschen” Übersetzungen Gruppe oder Zelle) versteht man einen Satz von Zeichnungsobjekten, die zu einem komplexen Objekt zusammengefaßt sind. Diesem wird ein Einfügepunkt und ein Blockname zugewiesen, unter dem der Block an beliebiger Stelle in der Zeichnung eingefügt werden kann. Dabei kann die Einfügung in verschiedenen Maßstäben und Drehwinkeln erfolgen.

Als Beispiel soll der Block Sessel gelten. Mit einem Tisch und 4 Einfügungen des Blocks SESSEL wird ein neuer Block 4er_Tisch gebildet. Mit dem Block 4er_Tisch (Einfügung mit einer Skalierung von ½ und einer Verdrehung von 45°) und einer Reihenbildung wird die dargestellte Tischanordnung erzeugt.

Unter Verwendung von Blöcken läßt sich einfach eine Bibliothek von Bauteilen erzeugen, ohne daß wiederkehrende Objekte stets neu gezeichnet werden müssen. Muß ein Block revidiert werden, weil sich die Eigenschaften eines Teils verändern (z.B. im Block Sessel wird die Sitzfläche abgerundet), muß dies nur einmal durchgeführt werden. Es werden dann alle Blockreferenzen in der Zeichnung automatisch korrigiert.

Die Verwendung von Blöcken spart Platz in den Zeichnungsdateien, da die Geometrie eines Blocks nur einmal gespeichert ist und für alle Einfügungen nur eine Blockreferenz (bestehend aus den Koordinaten des Einfügepunktes, dem Drehwinkel und den Skalierungsfaktoren) gespeichert werden muß.

Blöcken können noch Textinfomationen –die eventuell nicht dargestellt werden- zugeordnet werden, die bei jeder Blockeinfügung miteingegeben werden (z.B. Information über das Material, den Bauteil, in dem der Block liegt usf.). Aus diesen Textinformationen kann eine Stückliste der Zeichnung in eine Datenbank übertragen werden.

Objektbibliotheken können auch so aufgebaut werden, daß Zeichnungsdateien miteinander kombiniert werden. Man spricht von “Externen Referenzen”. Dabei kann ein Bauteil, der in einer eigenen Datei (A) abgespeichert ist in einer Zeichnung (Z) verwendet werden, ohne daß die Daten von (A) eingebunden werden. In der Zeichnung (Z) wird nur der Pfad der Datei (A) gespeichert. Dies bedeutet aber, daß die Datei (A) nicht beliebig verschoben werden darf. Wenn der Bauteil in der Datei (A) verändert wurde laden alle Zeichnungen (Z) beim neuen Aufruf den veränderten Bauteil. Damit ist eine firmenweite Bauteilebibliothek möglich.

Zeichenebenen

CAD- Programme ermöglichen es, nicht nur auf einem “Zeichenblatt” zu arbeiten, sondern auf einer Anzahl exakt übereinanderliegender durchsichtiger Zeichenblätter (Ebenen, Layer). Es ist noch möglich die Anzeige der Zeichenebenen für Ansichtsfenster getrennt ein oder auszuschalten.

Jede Zeichenebene kann nun bestimmte Eigenschaften besitzen wie:

Name Jede Zeichenebene besitzt einen frei wählbaren Namen ( EGMauern, EGSchraff,  OGBem..).

Aktuelle Eine Zeichenebene ist stets die aktuelle, dies ist jene Ebene, auf der gerade gezeichnet wird.

Attribute Einer Zeichenebene kann ein Linientyp, eine Linienfarbe und eine Linienstärke als Vorgabe zugewiesen werden.

Gesperrt Die Objekte dieser Ebene können nicht bearbeitet werden.

Unsichtbar Die Objekte werden nicht am Bildschirm dargestellt Dabei kann die Sichtbarkeit auf ein oder mehrere Ansichtsfenster beschränkt sein.

Bsp: Möbel mit einem Detail

In einem Ansichtsfenster wird der SCHNITT und im anderen die EXPLOSIONS-Zeichnung dargestellt.

Darstellung

Da man ein Objekt immer in den Originalmaßen zeichnet, wird beim Konstruieren am Bildschirm nur eine ähnliche Figur dargestellt. Mit dem Befehl ZOOM kann die Darstellung der Zeichnung beliebig vergrößert oder verkleinert werden. Die eigentliche Zeichnung mit allen ihren Objekten bleibt dabei selbstverständlich unverändert. Durch diesen Befehl verliert man im Gegensatz zur traditionellen Konstruktion am Zeichenbrett das Gefühl für die Abmessungen, da sich der Maßstab ständig ändert.

Von Objekten können auch verschiedene Ansichtsfenster derselben Zeichnung dargestellt werden, z.B. ein vergrößertes Detail eines Objekts oder von einer 3D-Zeichnung mehrere Ansichten. Dies erfolgt entweder durch einfache Unterteilung des Bildschirms wie bei AutoCAD

oder durch eigene freie Windows wie bei der MicroStation.

Abbildung der 3D-Objekte

Die Abbildung von 3D-Objekten ist jener Teil einer CAD-Software, bei der für den Laien ein “Bild auf Knopfdruck” entsteht. Wenn ein Objekt einmal generiert ist, dann ermöglicht es AutoCAD, die Objekte mit 2 verschiedenen Abbildungsverfahren darzustellen.

Normalrisse - Axonometrie

Normalrisse benötigen die Angabe einer Blickrichtung, die Bildebene steht darauf dann normal. Dabei wird die Blickrichtung entweder durch einen Raumpunkt festgelegt (der mit dem Koordinatenursprung die Richtung bestimmt) oder durch einen Längs- und einen Höhenwinkel festgelegt.

Die Wahl des Achsenkreuzes kann auch interaktiv entweder durch Verdrehen des Achsenkreuzes oder durch Verdrehen eines Einheitswürfels erfolgen.

Die Standardrisse wie Grund-, Aufriß, ISO-Ansichten sind meist schon aus Menüs auswählbar.

Perspektive

Perspektive Abbildungen erfordern eine gute Raumvorstellung vom Bearbeiter. Sinnvollerweise wählt man zuerst einen Zielpunkt, auf den das Auge bzw. die Kamera blickt, und einen Kamerastandpunkt. Durch diese Angabe ist die zur Bildebene normal stehende Hauptblickrichtung bestimmt. Anschließend wählt man noch den Abstand der Kamera vom Zielpunkt. Dadurch wird eine perspektive Abbildung festgelegt

.Die Programme ermöglichen eine Vielzahl von weiteren Einstellungmöglichkeiten um eine anschauliche Abbildung zu gestalten.

Wenn ein Objekt in der Perspektive dargestellt ist, kann in diesem Bild meist nicht mehr konstruiert werden. Es dient nur zur Anschaulichkeit des Objekts.

Plotten von Zeichnungen

Bei einfachen Zeichnungen werden die gezeichneten Objekte der Zeichnung -kurz der Modellbereich- in einem geeigneten Maßstab ausgegeben. Dabei ergibt sich schon die Problematik, daß z.B. ein Plankopf mit 10x8 cm auch im Modellbereich eingegeben werden muß. Wenn als Einheit Meter gewählt wurde und im Maßstab 1:50 geplottet wird, müssen die Maße des Plankopfs in den Modellbereich umgerechnet werden (er muß mit 5x4 m gezeichnet werden). Daher ermöglichen die CAD-Programme neben dem Modellbereich auch einen sogenannten Papierbereich, dessen Zeichnungseinheit fix 1mm beträgt. Im Papierbereich wird sozusagen ein Blatt eingespannt (z.B. A1) und der Plankopf und die Beschriftung der Ansichtsfenster eingetragen. In den frei wählbaren Modellbereichansichtsfenstern werden dann die gewünschten Ansichten in den geeigneten Maßstäben dargestellt. Dabei können in den einzelnen Ansichtsfenstern Layer ausgeschaltet werden.

Objektinformationen

Von jedem Objekt können aus den Objektparametern weitere Informationen berechnet werden. Bei einer Strecke, die durch zwei Punkte im Raum festgelegt ist, können die Streckenlänge, die Richtungswinkel und die Koodinatendifferenzen abgefragt werden. Bei geschlossenen Objekten können der Umfang, der Flächeninhalt, die Koordinaten des Schwerpunkts, das Trägheitsmoment usf. berechnet werden. Bei Räumobjekten kann noch das Volumen, das Gewicht usf. angezeigt werden.

Die Menüs für die Objekteigenschaften ermöglichen es auch, die Parameter und Attribute eines Objektes zu ändern. In dem Beispiel werden die Eigenschaften eines Kreises angezeigt.

Begleitende Programmiersprache

Heutige CAD-Programme können noch vielfältig erweitert werden. Dies kann im einfachsten Fall ein Makro sein, das einfache Eingaben automatisch ablaufen läßt. Weiters können die Eingabemenüs verändert und für die jeweilige Benutzergruppe geeignete Oberflächen hergerichtet werden.

Die wichtigste Erweiterung ist aber die Möglichkeit mit einer formalen Programmiersprache, in der auch die Befehle des CAD-Programms als Funktionen aufgerufen werden können, eigene Variantenkonstruktionen zu programmieren. Damit können anwendungsspezifische Applikationen erstellt werden.

In AutoCAD ermöglicht den Einsatz von Programmiersprachen mit der Struktur von LISP und C. Microstation95 verwendet eine BASIC Sprache.

Als Beispiel soll ein kleines Programm ohne wirklichen praktischen Sinn dienen, der Hauptzweck ist die Demonstration der Programmiermöglichkeit

Programmbeschreibung:

Nach der Meldung “Element wählen:” soll der user ein beliebiges Objekt wählen. Dieses Objekt soll dann um den festen Schiebvektor (x=4.2, y=1.2) verschoben werden.

Rendern

Unter Rendering versteht man die Möglichkeit, relativ wirklichkeitsgetreue (fotorealistische) Bilder zu erzeugen.

Im einfachsten Fall werden den einzelnen Objektflächen Farben zugewiesen. Bei der Ausgabe werden die dargestellten Flächen schattiert in Abhängigkeit von einer fixen Lichtquelle. Bessere Rendering Module von CAD-Programmen ermöglichen die Wahl von verschiedenen Punktbeleuchtungen oder Parallelbeleuchtungen.

Durch Render-Möglichkeiten können den einzelnen Flächen oder Objekten Texturen zugewiesen werden. Dabei wird auf eine Fläche ein vorgegebenes oder berechnetes Pixelgrafikmuster eines Materials gelegt. Eine Textur muß nicht eben, sondern kann auch strukturiert sein, sie kann auch glänzende oder durchscheinende Eigenschaften enthalten. Für die Darstellung wird aus diesen Daten für jeden Bildpunkt pixelweise die Farbinformation errechnet. Der Farbwert einer Fläche wird abhängig vom Lichteinfall und von der Oberflächentextur berechnet. Mit einer Option kann auch das “Glattschattieren” von Netzen aktiviert werden. Krumme Flächen erscheinen dann glatt, ohne daß man die Netzstruktur erkennt. Abschließend können noch Schatten berechnet werden (Raytracing Algorithmen).

Zusammenfassung

In unserer Zeit ist die Arbeit mit CAD-Programmen für den Fachmann unerläßlich, um mit der non-verbalen Sprache “Zeichnung” den Objekten, die im Kopf entstanden sind, ein reales Aussehen zu geben. Dazu ist ein fundiertes Fachwissen und Grundlagenwissen der Geometrie notwendig. CAD-Programme dürfen nicht Selbstzweck sein, sondern sollen in der jeweiligen Berufsumgebung richtig eingesetzt werden. Für einen Bauingenieur auf der Baustelle ist sind dreidimensionale Pläne nicht die richtigen Unterlagen. Für ihn sind bemaßte Risse und Schnitte wichtiger.

Für einen Konstrukteur im Maschinenbau, der gerade ein Werkstück modelliert, wird eine 3D-Strukturzeichnung die wesentliche Darstellungsform sein.

Für die Präsentation eines Produktes wird eine fotorealistische Abbildung die geeignete Darstellungsform sein ,um das Produkt auch für den Laien anschaulich und optisch anregend aufzubereiten.

So wirkt CAD in den verschiedensten Anwendungsgebieten der Praxis. Genauso wie wir als Kinder gelernt haben, den Bleistift zu benützen, müssen wir diese Zeichentechnik (mühsam) lernen. Wir sollten aber trotz der Vielfalt der Möglichkeiten, die sich mit diesem Werkzeug ergeben, beachten, daß der Inhalt unserer Zeichnung das Entscheidendste ist und nicht ihre “scheinbar” exakte Ausgabe. Unter diesen Gesichtspunkten wird die Abkürzung CAD nicht die Bedeutung “Computer Aided Deasaster” bekommen, sondern eine wertvolle Anwendung für die Praxis.