计算机辅助设计与计算机建筑画
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摘要：信息时代的我们面对渗入生活方方面面的计算机是否真的深入了解并思考过呢？本文通过分析计算机和建筑两门学科的交叉来提供一个深入了解计算机的机会。由计算机辅助设计（Computer Aided Design)的发展历程和计算机建筑画的应用来探讨计算机与学科专业之间紧密的联系和互相促进发展的历史潮流。
关键词：计算机辅助设计（Computer Aided Design)、计算机辅助建筑设计（CAAD）、计算机建筑画、发展历史
作为一个信息时代的大学生，计算机早已深入我学习生活的方方面面。``在我未来的专业选择中，我的第一志愿是建筑学。现如今，学科之间的交叉渗透是一个焕发生机与活力的领域。
计算机与建筑的邂逅又会擦出怎样的绚烂火花呢？
数据结构与算法论文设计美术是每个建筑生都必须学习的科目，手绘建筑画是我们的必习技能。然而近几年，所有的建筑画种受到了前所未有的挑战，那就是计算机建筑画。计算机建筑画是指运用相关图形软件来完成绘制过程中的信息检索、建模、渲染、后期制作、文件编制及信息表达工作。
既然讲到了计算机在建筑制图上应用，必然要讲一讲其发展的历史。毕竟任何东西在现实生产生活中的应用都有一个不断实践探索再成熟的过程。话说，自1963年I.E.Sutherland在其博士论文中首次提出了计算机图形学（Computer Graphics)和计算机辅助设计（Computer Aided Design)的概念后，计算机辅助设计迅速在各行各业发展、深入。建筑设计行业同样进行了一场革命：建筑设计人员离开了传统的图板和制图工具，转向以计算机及其相关技术所形成的设计空间，从繁重的重复手工劳动中解脱出来，把更多的精力用于方案比较和建筑创作。·
在此先讨论计算机辅助设计技术，即CAD技术，这种技术兴起于60年代的工业发达国家。该
技术将人与计算机结合为一个问题求解组，紧密配合，发挥各自所长，从而使工作优于每一方，并为应用多学科方法的综合性协作提供了可能。人们根据系统功能的要求，用有限的特征来描述设计问题，通过形式化用计算机的数据结构来表达特征，并将用数据结构描述的“特征”数据存放在数据库之中。这样，“设计”过程变成了对数据库的处理。这一过程可以看作是建模过程，模型被用来表示实际的或抽象的对象，是对被处理对象进行计算、分析、模拟和研究的基础。因此，模型是实际结构在CAD系统中的具体体现，是计算机“认知”产品的基础。
.在CAD技术基础上，人们发展起来了具有学科特质的其他分支软件。计算机辅助建筑设计（CAAD）软件就是其中之一。CAAD的发展大致经历了三个阶段。1.二维通用绘图软件：该软件并不专门用于建筑设计，只具有通用的图形处理能力，主要是二维图形绘制、标注尺寸和符号，适用于各个能通过图形表达设计意图的行业；2.二维建筑绘图软件：进入20世纪70年代，计算机性能和计算机图形学有了很大发展。建筑设计人员和软件开发人员密切配合，促使专业化的CAAD软件诞生。这一代的CAD系统是一个分离的数据结构与多个数据库的集合，其辅助设计功能基本限于详细设计阶段的绘图、造型和简单的分析工作；3.三维建筑模型软件：该软件的研制思路是让建筑师在计算机上借助于三维模型进行设计构思，把三维的
建筑设计方案与二维成图过程串联起来工作，以三维模型为核心控制全局，充分发挥计算机的特点和优势，进行工程设计。
CAAD技术在20世纪80年代以后，出现了两个重要分支——2D CAAD软件和3D CAAD软件。20世纪80年代中期，以Auto CAD为代表的二维CAD软件在应用之初，发挥了巨大作用，将建筑师从繁杂的手工绘图中解放出来，大大提高了绘图精度和绘图效率。国内大多数设计院和事务所都采用Auto CAD和3dsmax/viz来共同完成建筑设计。但这样的软件本身有诸多不足：2D线条禁锢了空间的想象力和创造力，无法集中精力于设计本身；设计修改非常痛苦；效果图和设计图纸不一致；不能很好地和客户交流等等。而在另一个3D CAAD软件领域，真正地利用了计算机实现了辅助“设计”。这类软件系统使用单一的数据结构和唯一的公用数据库把系统集成起来，采用参数化技术、特征技术等，允许工程师在一个数据结构上动态地与其他部门不同专业的工程师进行数据传输和交换，使真正的计算机辅助“设计”成为可能。
探究了一番计算机辅助设计的发展历程，再来看看具体的计算机建筑画方面的应用吧。计算机建筑画是计算机辅助建筑设计令人欢欣鼓舞的应用之一。因其具有可精细入微，又可潇洒飘逸，且可多次重复、多角度快速生成，实现动态表达以及可控制性好等多方面优点，在建筑工程设计中很大程度上取代了手工绘制建筑画。计算机建筑画的绘制可分为三个步骤：建模、渲染和后期制作。建模软件有Micro station P mod、Auto CAD等；渲染软件有3DMAX、Model view、Render star等，可根据设计需要设定视点、光源、表面质感等参数对三维模型进行渲染，还可以设定行动路线生成动画；后期制作软件有：Animator Pro、Photo Shop、Co-rel Draw、Painter等，用来对渲染生成的效果进行后期加工。
目前绘制计算机建筑画最常用的方法是用Auto CAD建模、3DMAX渲染、Photo Shop后期制作。Auto CAD在矢量图形的绘制、编辑、修正等方面的功能是无可比拟的。3DMAX随时可将建筑设计作品放置于任何能想像得到的境地，并可根据所在地理位置和时间变化而反应出日照和光影的变化，体现建筑师对形体、彩、光线、阴影等方面的构思和追求。Photo Shop将选择工具、绘画和编辑工具、颜校正工具及特殊效果功能结合起来，使用RGB和CMYK在内的各种彩模式对图像进行编辑处理，从而表现意境和情趣。
目前CAAD作为辅助建筑设计的初衷达到了，但人们希望CAAD除了能支持计算机绘图，还能支持建筑师的设计和构思。这就涉及到人工智能的课题了。计算机建筑画除了表达功能外，更重要的就是合乎审美了。这涉及人们的修养、价值取向以及潜意识等范畴，几乎不可能量化，所以难以纳入变量、约束和目标函数描述的轨道，达不到表达优化和表达评价的可计算性。在众多研究中，通过计算机自动生成某些所需的配景并符合预先要求的审美需要，是令人振奋且能立即付诸应用的。比如，用做配景的树都是通过照片扫描而得，一棵树往往多次重复出现，刻板而雷同。那么通过计算机来自动生成满足画面需要的树就能有效地解决这个问题。如何通过计算机自动生成自然景物，也是CG（计算机图形学）中一个令人感兴趣的课题。比如利用树的“自相似性”（即树的结构由主干到主枝，由主枝到细枝，最后由末枝到树叶，在每个层次上都具有“自相似性”）从而通过分形几何有关算法实现。分形具有两大特点：一个是具有自相似性，与测量尺度大小无关；另一个是其维数不一定是整数，可以是分数。迭代函数系统是用数学方法分析分形几何的有效工具，运用随机的IFS便可生成树的图形。
这就是计算机和建筑美丽邂逅的故事。年代尺还在延伸，时代还在向前发展，人类探索科技奥秘的步伐从未停止。我期待在未来遇见更美丽的他们。

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