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乐高cad软件
第二章乐高CAD软件
在制作乐高机器人的过程中，除了ROBOLAB、NQC、VB等编程软件是必须要使用以外，还有一种软件也是经常要使用的，这就是乐高CAD软件。
乐高CAD软件并不是某一个单独软件，它是很多相关软件的统称，本章将对这些软件做一个较为全面的介绍，并对其中比较重要的几种软件进行使用说明。
本章主要内容包括：
乐高CAD软件概述、乐高CAD软件入门、MLCAD软件入门、MLCAD软件应用范例、LPub软件入门及应用范例。
第一节乐高CAD软件概述
一、乐高CAD软件的基本概念
在开始使用乐高CAD软件之前，有必要先澄清乐高CAD软件中的CAD的概念。
CAD是计算机辅助设计（ComputerAidedDesignSystem）的简称，它产生于20世纪80年代，是随着计算机技术在机械工程专业上的应用迅速发展起来的一门学科，是指以计算机为辅助手段来完成整个产品的设计过程。
而我们的乐高CAD软件的概念与上文的CAD是有一定的区别，乐高CAD软件不是以设计为主要目的。
由于乐高教育产品容易安装、拆卸特点（在前面的章节中，我们已经介绍了），乐高机器人的设计过程往往是直接建立实物制作的基础上的（最多就是画几张草图），所有的设计都是通过在制作模型过程中的不断改进来实现的。
乐高CAD软件确切的说是一种仿真搭建软件。
它将各种各样的乐高零件，从积木块到齿轮，从马达到RCX微电脑，都以仿真模块的形式储存在软件的数据库中，然后在计算机屏幕上用这些仿真零件搭建成各种各样的模型。
二、乐高CAD软件的功能
乐高CAD软件不但在概念上传统的CAD不同，就是在功能上与其也有很大的区别。
传统的CAD软件非常强大，可以实现以下功能：
建立几何模型、工程分析、动态模拟、自动绘图。
乐高CAD软件大都比较小，目前只能实现以下两种功能：
1.仿真搭建
这是乐高CAD软件的最基本的功能，强大的仿真功能使用户可以通过便捷鼠标和键盘的操作，在计算机屏幕上在生成各种各样的模型。
从积木之间的上下契合，到齿轮的啮合，以及导线的弯曲、皮带的伸缩，在软件中都能够实现。
所以不但可以搭出块状积木重复堆砌出来的简单模型；也可以搭出带有齿轮传动等机械结构的复杂模型；甚至搭出是带有传感器、控制器的机器人模型。
2.自动绘图
在乐高CAD软件中的搭建出仿真模型后，可以利用软件的自动绘图功能保留模型的各种角度、大小、颜色的图片，还可以自动生成模型的搭建步骤图。
其中自动生成搭建步骤的功能，是使用乐高CAD软件的主要原因，这点在下文的乐高CAD软件的应用方向中会详细说明。
三、乐高CAD的应用方向
由于乐高CAD软件具有的强大而又实用的功能，使它可以应用于很多方面，其中比较重要的是以下4个方向：
1.进行辅助设计
虽然乐高CAD软件并不是传统意义上的CAD系统，但是它仍然有很强大的辅助设计的作用。
使用乐高CAD软件在计算机上搭建模型时，虽然没有了用真的零件搭建时候的真实感与全局感，但是它也有很多的优势。
第一，非常的方便灵活：
你可以不受形状和空间的限制，在模型的任意位置放上你需要的零件，而在真实的模型中，你可能要将模型拆掉一部分才行；第二，不会感到缺乏零件：
软件中有几千种零件（而且可以不断更新），并且零件的数量也没有限制；
2.解决缺少器材的问题
由于器材的限制，往往只有少部分学生有机会去学习使用乐高教育产品。
即使有些学校添置了大型的乐高实验室，可以为很多的学生提供学习的机会，但是学生也只能在实验室开放的时候使用器材，在其它的时间和地点就没有办法了。
而乐高CAD软件就可以解决这一问题，只要将乐高CAD的软件装入计算机就可以让很多的学生学习乐高。
如果学生一旦有了一些想法，也可以随时在其他的计算机上进行搭建（例如家里的），检验这些想法，将创意保留下来。
3.保留有价值的作品
有许多乐高作品（特别是机器人作品）都是机具创意，具有很高的技术含量，很具有保留价值。
但是全部以实物的形式保留则会占用很多的资源，造成很大的浪费，而且还并不能够保留下全部的信息。
乐高CAD软件强大的自动绘图功能可以帮助保留下搭建步骤图，以后如果需要将作品恢复，只要按照搭建图来做，会非常的容易。
而且还可以将这些资料与其他人分享，在互连网上能够找到很多这样的资料。
4.为编写教材提供工具
随着乐高机器人进入学校，开始出现了一些乐高机器人教材，在这些教材中有一个共同的问题：
没有机器人的搭建步骤，即使有也只是用数码相机拍摄的几幅照片，往往不是很清晰，角度也不是很好。
使用乐高CAD软件的自动绘图功能，就可以让编写教材的人很方便的获得各种图片，让书中的内容更加容易让人理解。
第二节乐高CAD软件入门
一、常用的乐高CAD软件
乐高CAD软件种类繁多，通常都是支持Windows操作系统的软件，其中大多数也支持Macintosh和Linux操作系统，并且这些软件全部都是共享软件，在互连网上都可以进行免费的下载。
在这些软件中，比较具有代表性的是MLCad、LeoCAD和BlockCAD，下面就对这3种软件做个简单介绍。
1.MLCad
MLCad软件是目前所有的乐高CAD软件中功能最为强大的一个，图2-1就是MLCad软件的窗口。
在该软件的窗口上有4个视窗，可以生成模型的三视图（前视图、左视图、俯视图）和立体视图，因此在进行仿真搭建的时候，可以很精确的控制每个零件的位置，准确的将零件放到模型的任何位置。
分类清楚的零件库中几乎有着所有的乐高零件，用户可以搭建出各种模型，而且每隔一段时间都可以在互连网上下载免费的零件库补丁文件，将乐高新增的零件加入MLCad的零件库。
MLCad强大的自动绘图功能也是其它的乐高CAD软件无法比拟的，它可以生成模型的任意角度的、任意大小、任意格式的图片，并且还能很容易的生成模型的搭建步骤图。
另外，MLCad有非常多的辅助软件，使其功能得到了进一步的提高。
图2-1MLCad软件的窗口图2-2LeoCAD软件的窗口
2.LeoCAD
这是一款由乐高官方提供的软件。
这款软件在乐高CAD软件中属于诞生的时间比较早的一种，有着很高的知名度，和不错的评价。
LeoCAD有着与MLCAD一样强大的零件库，可以搭建非常复杂的模型。
也具有自动绘图功能，但是只能保存模型的任意角度图片，无法保存模型的搭建步骤图。
而且通过图2-2可以看到这款软件窗口上只有模型的立体视图窗口，因此在搭建的时候不是很方便，零件的定位比较麻烦。
目前使用该软件的用户已经比较少了，多数的用户使用的都是MLCAD。
3.BlockCAD
这是一款比较简单的乐高CAD软件，适合年龄较低的儿童（7-12岁）使用。
这款软件与上述两款软件最显著的区别就是零件库中的零件很少，类型也很单调。
从图2.2.3中可以看到在BlockCAD的零件库中只有块状积木（Brick），用这些零件只能搭建那些单调的、具有花哨外表的模型，却无法搭建出具有机械结构的复杂模型，更不能够搭建出带有电子零件（RCX、传感器）的机器人模型。
而且与LeoCAD相同，BlockCAD的界面上也只能生成一个立体视图，用户在使用该软件时，零件的定位不是很方便。
图2-3BlockCAD软件的界面
二、LDraw系列软件的下载与安装
目前，在所有的乐高CAD软件中拥有最多用户的显然是MLCAD软件，但是用户们往往并不是单独使用MLCAD软件，而是更愿意使用包含了许多专门为MLCAD软件开发的辅助软件的LDraw系列软件。
这些辅助软件主要有以下这些：
POV-Ray3.1g,and、L3P、L3PAO、L3Lab、LDView、LPub、LSynth、MegaPOV、LGEOPOVLibrary、BMP2LDraw、LDAddOn等等。
这些辅助软件的功能，将在本章的第五节专门介绍。
下面，就介绍一下如何下载和安装LDraw系列软件：
1.下载LDraw系列软件
LDraw系列软件中的软件都是一些免费的共享软件，在互连网上都可以很容易的获得这些软件，其中最为简单、可靠的方法就是直接到网站上去下载。
大家可以按照以下的步骤来操作：
1）进入网站的主页面
介绍和提供LDraw系列软件下载的网站非常的多，从LEGO官方网站到一些乐高发烧友的个人网站。
如果在互连网上去搜索的话，至少可以找到几百个同类网站。
但是其中最全面、最可靠的、最好就是这个网站。
键入网站的网址（），进入网站的主页面。
在该页面中找到“GetStarted”选项（图2-4上红色矩形标记的位置），点击进入“GetStarted”（图2-5所示）。
图2-4网站的主页面图2-5“GetStarted”页面
2）在“GetStarted”页面中下载LDraw系列软件
在“GetStarted”页面中提供了支持多种操作系统的LDraw系列软件的安装文件下载，既有支持Windows操作系统的安装文件，也有支持Macintosh和Linux操作系统的安装文件（由于国内大多使用Windows操作系统，所以本书中介绍的所有软件均是在Windows操作系统下运行）。
选择Windows类别下的LDrawToolsInstaller（large）选项（图2-5中红色矩形标记的选项），就可以进入介绍如何安装LDraw系列软件的页面。
2.安装LDraw系列软件
进入Ldraw系列软件安装页面后，你就会看到极为详细的安装说明：
图2-6Ldraw系列软件安装页面
在图2-6中，有3个选项（红色矩形标记的选项）分别告诉你：
什么是Ldraw？
如何安装Ldraw？
当前版本的安装文件中包含什么内容？
看完了什么是Ldraw后（如果没有兴趣可以跳过，基本的内容在本节已经做了介绍），就会看到非常详细的14个步骤教你如何装Ldraw（如图2-7所示）。
前两个步骤是教你下载安装文件，以及下载安装文件的解压缩工具；第3步是告诉你一些在安装时需要注意的地方；后面12个步骤是配有插图的一步步的安装说明。
总之，按照这个说明，大家都能够很轻松的将Ldraw系列软件安装到你的计算机中。
图2-714步的LDraw安装说明
第三节MLCad软件入门
通过在上一节的介绍，我们对乐高CAD软件有了基本的认识，并学会了如何下载、安装Ldraw系列软件。
本节的主要内容是介绍其中最为核心的一个软件——MLCad软件。
包括MLCad的主窗口、菜单和工具的功能、零件库的分类。
一、MLCad的主窗口
MLCad的主窗口是标准的Windows软件窗口，设计得非常合理，非常有人性化，让用户感到非常的亲切。
从图2-8中可以看到，MLCad的主窗口大致分成以下6个区域：
菜单栏、工具栏、零件库、状态栏、操作栏和模型搭建区。
图2-8MLCad主窗口上的各个区域
上述7个区域的基本功能如下：
菜单栏下拉式菜单提供了各种各样的功能；
工具栏10个工具栏，几十种工具，强大的功能，使操作变得极为方便；
零件库分类清楚的零件库中有几千种零件，能够满足搭建各种复杂模型的需要；
状态栏本质上也是一个工具栏，只不过由于它不提供可操作的功能，只是自动显示鼠标的坐标，以及零件库中鼠标所指的零件的编号和名称，所以将它区别于一般的工具栏。
操作栏显示了在模型搭建区中添加每个零件，以及进行所有的操作和命令；
模型搭建区有4个可以调整大小的视窗，可以显示模型的3视图和立体视图，给模型的搭建带来极大的便利。
二、菜单栏和工具栏简介
1.菜单栏
图2-9MLCad的菜单栏
从图2-9中可以看到，MLCad的菜单栏中除了在一般软件中常见的文件菜单、编辑菜单，更多的都是MLCad特有的功能菜单：
File文件菜单，具有打开和保存文件，保存模型的图片，导出文件，打印文件等多种功能；
Edit编辑菜单，提供了多种编辑和修改功能；
Navigate在查看模式下，对模型搭建步骤进行定位，选择需要查看的步骤；
View查看零件的状态，以及工具栏的使用状态；
Multipart对文件中出现的多个模型进行操作，例如新建子模型、导入导出模型、删除模型、等等；
Extras提供各种附加功能，例如报告功能、生成功能、文件缓冲功能、微小零件合成功能、等等；
Settings用来对MLCad的模式、视图等进行设置；
Help打开帮助对话框，帮助解决用户解决各种问题；
由于上述这些菜单中的各种功能选项都在工具栏中以工具的形式出现了，在此就不专门介绍菜单栏中各个菜单的功能。
大家可以结合下文的工具栏介绍来学习。
2.工具栏
MLCad软件共有10个工具栏，提供了几十种工具，菜单栏中的所有菜单功能都能够通过这些工具实现，并且比操作繁琐的下拉菜单方便的多。
这些工具栏可以根据需要打开或者关闭。
按照图2-10所示，选择菜单栏上的View菜单中的Toolbars选项，就会出现图2-10中的下拉菜单。
在需要的工具栏选项前面打勾就可以打开该工具栏，取消某个工具栏选项前面的钩就会关闭该工具栏。
图2-10工具栏菜单
下面将分别介绍这10个工具栏中工具的功能：
1）主工具栏
图2-11主工具栏
主工具栏中的一些常用工具，例如：
新建文件、保存文件、复制、剪切、粘贴等等，在此就不多做介绍了。
主要介绍下面两个工具：
SaveImage（s）...打开一个保存图像对话框，通过一些简单设置可，以保存模型当前的图像或者搭建模型的步骤图；
SavePartsList...打开一个对话框，保存搭建模型所使用的所有零件的列表，包含零件的编号、名称、颜色和数量等信息。
2）模式工具栏
模式工具栏是对MLCad做基本设置的工具栏，提供了多种模式设置工具，熟练的掌握各种模式之间的切换和设置，是搭建MLCad模型的基础。
图2-12模式工具栏
ViewMode选择查看模式模型搭建区内的模型自动变成适合视窗的大小，但是这时无法对零件进行操作，只能查看模型的搭建步骤（前提是需要添加步骤）；
EditMode选择编辑模式，可以向模型搭建区中添加零件，或者对模型上的零件进行操作；
PanMode选择拖动模式，可以通过鼠标拖动模型在视窗中的位置，使模型处于便于编辑的位置；
ZoomMode选择缩放模式，可以通过鼠标的上下拖动改变任意一个视窗中模型的大小而不影响其它视窗中的模型大小；
GridCoarse选择粗网格，在模型搭建区中隐藏着不可见的网格，网格可以帮助零件定位，网格的基本单位为乐高基本单位的1/20，粗网格在X-Y-Z（零件的长、高、宽三个方向）三个方向上的尺寸分别是10-8-10；
GridMedium选择中中网格，网格的尺寸为5-4-5；
GridFine选择细网格，网格的尺寸为1-1-1；
DrawToSelectionOnly选择这个工具，视窗中只会显示被选中零件以及它之前添加到模型上的零件，而将其后加入的零件隐藏。
3）缩放工具栏
缩放工具栏的功能非常简单，仅仅是用来改变模型在视窗中的大小，前9种工具（从6%到300%）是按照比例来缩放模型，并且4个视窗中的模型比例相同；最后一种工具是自动将模型缩放到全部可以容纳进视窗的大小，4个视窗中模型的比例可以不同。
图2-13缩放工具栏图2-14对象工具栏
4）对象工具栏
该工具栏中工具的作用都是往操作栏中添加对象，这些对象包括零件、命令、步骤、背景等等。
这些对象加入后会自动在操作栏中添加一个操作，这个操作的添加位置是你选中的操作后面。
AddPart...选择该工具可以打开一个添加零件对话框，通过在按照零件编号顺序排列的零件列表中选择需要的零件添加到模型中；
AddComment...打开添加命令对话框，输入所需要的命令，添加在操作栏中被选中的对象后面；
AddStep在被选中的对象后面添加一个步骤；
AddRotationStep...打开添加旋转步骤对话框，在选中的对象后面添加的一个旋转步骤，该步骤可以显示模型任意的角度；
AddRotationEndStep在选中的对象后面添加一个做末端旋转的步骤；
AddStepBackground...打开添加步骤背景对话框，为模型的步骤图添加背景；
AddClearStatement在选中的对象后面添加一个清除控制，当查看到该控制之后的步骤时，该控制之前的零件会被全部清除（只是不显示出来，并非被删除）；
AddBufferExchange...在选中的对象后面添加一个缓冲器；
5）控制工具栏
控制工具栏中前6个工具其实就是菜单栏中Navigate/菜单（见图2-16）中的选项，这些工具在查看模式下，对模型搭建步骤进行定位，确定需要查看的步骤。
后面三种工具是在搭建模型时，对所使用的零件进行选择时候使用的。
图2-15控制工具栏图2-16Navigate菜单中的选项
SelectAll使用该工具可以选择模型中所有的零件；
SelectSameType使用该工具可以选择所有与当前零件相同的零件（忽略颜色的差异）；
SelectSameColor使用该工具可以选择所有与当前零件具有相同颜色的零件。
6）改变工具栏
图2-17改变工具栏
改变工具栏中的工具的作用用来改变零件（或者模型）的位置和角度。
前6个工具的作用是让零件沿X、Y、Z轴的正负方向移动，每次操作改变的位移与当前网格的大小有关，每次改变1个网格的位移。
后6个工具的作用是让零件分别绕X、Y、Z轴按照顺时针和逆时针方向转动，转动的角度同样和网格的大小有关。
对应于粗、中、细网格，每次操作分别使零件转动90度、45度、30度。
如果这12个工具仍然不能够使零件位于需要的位置，那么可以使用最后一个工具：
EnterPositionRotation...打开一个对话框，通过输入坐标和旋转对零件的位置和角度进行更加精细的定位。
7）可见性工具栏
图2-18可见性工具栏
Ghost将选中的零件虚象化；
Unghost取消选中零件的虚象效果
Group...将若干选中的零件变成一个组，成为一个新的“零件”；
Ungroup将选中的组取消，使组中的零件重新变成单独的零件；
Hide将选中的零件隐藏；
Unhide取消选中零件的隐藏效果；
UnhideAll取消对所有零件的隐藏效果；
SnapToGrid将选中的零件自动对齐至最近的网格；
RotationPoint...打开一个对话框，设定零件/模型的旋转中心，可以是零件的面中心、体中心、视窗中心、或者是任意一个点；
8）颜色工具栏
图2-19颜色工具栏
该工具栏中的工具的功能是用来改变零件或者模型的颜色，通常建议将零件设置成相应的颜色，这样模型看起来会更加清晰、更加美观。
9）高级工具栏
图2-20高级工具栏
AddLine...在对话框中输入两个点的坐标，在这两个点之间建立一条直线；
AddTriangle...在对话框中输入三个点的坐标，建立一个三角形；
AddQuadrilateral...在对话框中输入4个点的坐标，建立一个四边形；
AddConditionalLine...在对话框中输入4个点的坐标，按照顺序连成一条折线；
AddBFCStatement...给当前文件添加一个基本文件通道；
AddLSynthCommand...在操作栏中添加各种合成命令，可以合成导线、气管、链条、履带等形状不固定的零件；
RunLSynth运行合成命令，将设置好的合成元素按照命令进行合成；
UnhideallLSynthelements将所有隐藏起来的与合成有关的元素显示出来；
HideLSynthdefinition将合成所需的定义元素隐藏起来；
HideLSynthSynthesized将合成效果进行隐藏，例如链条、电缆、气管，等等；
LSynthHideAll将所有与合成有关的元素全部隐藏起来；
10）零件生成工具栏
图2-21零件生成工具栏
Dimensions...打开一个对话框，以乐高单位、米制单位、英制单位显示零件或者模型长、宽、高尺寸；
FractorGenrator...打开生成地形模型对话框，生成一个用乐高小颗粒堆砌出来的地形模型；
RotationModel...打开生成旋转模型对话框，生成一个任意剖面的旋转体模型；
MosaicGenerator...打开一个生成马赛克对话框，通过设置，可以用1X1的块拼出任意GIF格式图像的马赛克图像；
MinifigGenerator...通过对话框的设置，生成乐高迷你小人；
SpringGenerator...可以生成不同大小的，可以拉伸和压缩的弹簧；
RubberBeltGenerator...生成滑轮传动所需的皮带，但是只能生成两个滑轮传动所需的皮带，如果是多个滑轮，就必须使用合成工具；
FlexiblehoseGenerator...可以生成任意长度、形状、粗细的软官；
ArrowGenerator...可以生成直线形和圆环形两种箭头；
PlatesGenerator...可以生成任意大小、厚度的矩形平板；
三、MLCad的零件库
MLCad的零件库由零件列表窗口和零件预览窗口组成，在零件列表窗口中（见图2-22），所有的零件根据名称和属性分成了6类：
Brick、Baseplate、Electric、Technic、Train、Plate，其它不能够并入这6大类的零件全部汇总入OtherParts。
打开某一类别的目录（见图2-23），就可以看到很多的同类零件按照名称整齐的排列着。
零件预览窗口可以显示零件的形状，让人有一种直观的认识。
通常我们在寻找零件的时候，都是先在零件列表窗口中确定零件的大致位置，然后在零件预览窗口中选择需要的零件。
图2-22零件库列表窗口1图2-23零件库列表窗口2图2-24零件预览窗口
另外，也通过通过零件预览窗口中的类别下拉菜单选择零件类别，如图2-25所示。
零件预览窗口有两种模式：
一种显示的零件尺寸较小、精度较低，但是可以同时显示很多的零件（见图2-26）；另一种显示的零件尺寸较大、精度较高，但是同时显示的零件数量也变少很多（见图2-27）。
两种模式可以通过在窗口中点击鼠标右键来互相切换。
并且当你将鼠标指在某个零件上，状态栏中就会显示零件的编号和名称。
图2-25零件类别下拉菜单图2-26小尺寸模式图2-27大尺寸模式
如果在搭建模型的过程中，找不到所需的零件，那么可以采用搜索的方法。
在零件列表窗口中点击鼠标右键，弹出一个菜单，选择最上面的Find选项（见图2-28），在弹出图2-29所示的对话框中输入零件的名称或者编号进行搜索。
通常搜索零件采用的都是搜索编号的方法。
因为一般情况下使用MLCad都是为了保存已经存在的模型，而在每个真实的乐高零件上面都有零件编号，所以输入零件的编号，就可以很快的找到需要的零件。
图2-28选择搜索零件选项图2-29搜索零件对话框
接下来，就分别介绍零件库中各个类别的零件，以便大家在将来的使用的时候可以很快的找到自己所需要的零件。
1.Brick/块类零件
这类零件是乐高积木中最简单、最古老的种类，在20
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