CAD软件如何诞生的？

在第二次世界大战之后的数十年中，各种制图设备创新和引入大大提高了制图的效率，但除了工程制图本身的困难外，当时设计过程本身也很复杂。由于缺少计算机，计算只能通过计算尺、机电计算器以及数学表格和工程数据手册来进行，这一过程充满了各种出错的可能性。所以每次计算和工程图都要检查多次，尤其是当错误的后果可能是灾难性时。

到了1960年左右，在计算机应用于工程设计方面已经有了不小的学术突破，但是这些工作很少涉及交互式图形领域，而且当时正在进行的研究工作并不是为了商业生产而设计的系统。

CAD技术的起源可以追溯到20世纪50年代美国空军的SAGE系统(Semiautomatic Ground Environment，半自动地面环境防空系统）。这个由 麻省理工学院林肯实验室设计的SAGE系统催生了许多重要技术，其中就包括高性能计算机、大型磁芯存储器和 交互式的电脑绘图。SAGE不仅形成了一套有效的防御体系，而且催生了新一代的科技型企业。

Itek Corporation就属于这一代科技企业中的一员，它由Jack Gilmore与Charles Adam共同创办，并聘请了Norm Taylor担任高级管理职务。这家公司起初是专门为马萨诸塞州的国防机构生产高质量光学设备（如卫星等）。

Itek公司

把碎片拼凑在一起

1959 年底，Gilmore 向 Taylor 提出了使用计算机图形系统进行工程设计的概念。Taylor随后在 1960 年 8 月说服了 Itek 的管理层资助开发一个互动式图形系统，希望该系统可用于协助该公司的工程师设计光学系统，并最终生产出一种商业产品，出售给其他公司进行工程设计和制图。该项目后来被命名为 电子绘图机(Electronic Drafting Machine，EDM)。

20 世纪 60 年代早期的CRT显示器（学名为“阴极射线显像管”，是一种使用阴极射线管的显示器，即那些已经被当做古董的大屁股显示器。）几乎都是刷新式的。图像以一系列线段和控制代码的形式存储在内存中。它的绘制方式很像用钢笔绘图仪绘制增量线段图。当阴极射线管光束打开后，一条线从一个坐标位置画到另一个，然后再画到另一个。要开始一条新的线路，光束被关闭，移动到一个新的坐标位置，然后再打开。圆形、弧形和字母数字字符显示为一系列小线段。为了创建一个无闪烁的图像，这个过程必须每秒重复 30 次或更多次。

Itek 建立了一个自定义的图形处理器，可用于在 25 英寸的 CRT 上生成图像，如下图所示。大部分硬件设计工作由Adams和 Taylor 完成。该图像储存在一个大型磁盘存储单元的圆盘轨道上。

从左到右:背景风扇保温，泰克示波器，数字 PDP-1 电脑，Itek 内置显示逻辑和电传磁盘驱动器。在前台-纸带阅读器/穿孔机，计算机控制台，控制台打字机，按钮，CRT 显示器，光笔和 CalComp 绘图仪。

编写 EDM 程序

在 1960 年中期至 1961 年 6 月期间，基本硬件组装完成。Gilmore, Adams 和 Taylor已经完成了软件的总体结构，但还没有开始编写代码，只是测试了一些硬件。当时硬件仍在不断检查中，需要 EDM 软件来确认硬件，特别是定制的显示处理器是否正常工作。

当时的计算机没有附带操作系统。基本上，他们创建了一个特定的应用程序来执行常规动作，包括处理中断管理在内的系统功能。他们还必须编程许多基本的图形例程，包括剪辑图像，以适应显示区域和显示基本的几何实体。事实上，他们甚至不得不编写定制的三角函数程序，以及调试程序所需的许多工具。在Gilmore的指导下，大家采用了非常系统的方法对EDM进行编程。这是在“结构化编程”这个词流行之前的很多年了。

完善用户界面

在没有CAD系统之前，人们普遍使用通用绘图机

Gilmore 的另一位同事Weisberg负责执行的程序之一是确定什么时候光笔识别现有物品的显示所引起的光线。通过将感光时间与上述大型磁盘驱动器显示轨道上的数据进行比较，可以确定操作员指向的具体项目。这个过程必须非常迅速地完成。

使用 EDM 绘图

接下来就是使用按钮和指示灯组合来完成命令输入。后者需要在阴极射线管的下半部分显示一些点的图案。在屏幕的这一部分放置一个模板，模板上有与显示的点对应的孔，通过用光笔选择其中一个点来启动功能。下图是早期版本的叠加层。操作员可以使用这个模板来选择特定的操作，输入诸如坐标值之类的数据，选择要创建的元素类型，输入行的长度，或者旋转选定的对象。基本上，它是一个固定的菜单项目清单，尽管Gilmore和Taylor曾建议生产版的 EDM 可以有多个边缘照明的面板，使每个面板具有不同的功能。

EDM 灯光按钮菜单

光笔软件有时会以意想不到的方式运作。在为 Itek 的几位高级管理人员进行第一次大型演示之前，Gilmore和Weisberg通宵工作，修正最后一分钟的软件错误。Gilmore负责讲解，Weisberg负责操作。可能是由于紧张或睡眠不足，当Weisberg开始敲击键盘上的光笔。很快，该系统无法执行所有类型的未请求操作。这使得他们感到困惑，因为在演示之前，系统一直运行得很好。

后来发现，每次Weisberg敲打光笔，它都会向计算机发送一个中断，而计算机则试图将这个中断解释为一个操作请求，使得软件变得完全混乱。他们必须重新载入系统才能让它正常工作。

改善后的EDM系统能够绘制可以限制为水平或垂直的直线，或者可以在任意角度插入直线。角度可以用数字定义，或者用户可以在显示器上选择两个点来定义角度。可以通过输入坐标值，用光笔在屏幕上指定位置或选择现有线的末端来建立点。它还是最早通过使用实体表来实现处理圆、弧、多边形、自由形式的行和文本的系统之一。

推广EDM

早期EDM绘图

1962 年初，Itek开始积极推销 EDM。回顾过去，Itek对系统的能力过于乐观。然而，有当时的一份 告通过了解他们的产品并预测了这项技术的发展方向。

“ 通过通信 络，能够在几个小时而不是几天或几周内解决关键的设计问题，通过这种 络，可以在相隔很远的地点举行设计会议，并在会议结束时向所有地点即时提供体现商定变化的相同图纸图。”

不得不说，这听起来很像 30 多年后终于出现的协同设计工具。Itek 当时对 EDM 的市场定位是，通过它打破用户和计算机之间的语言障碍。即通过一个程序员来把工程问题简化到计算机可以解决的程度。现在用户可以通过图形界面与计算机交流，而不需要精通编程。

《时代》杂志引用了空军剑桥研究实验室(AFCRL)科学家Charlton Walker的话：“计算机不喜欢和人打交道……它们只是不懂我们的语言。”文章接着写道：“借助光电笔，EDM的操作员可以在控制台上以图形化的方式（而不是将其简化为方程式）以图形的形式来表述工程问题，就像平整，不闪烁的电视屏幕一样”。时代周刊的文章展示了一张 Gilmore 操作EDM 的照片。

Gilmore正在使用光笔

很明显，Itek对这种技术的能力有很好的把握。一个明显的证据是，这套系统的价格标签接近 50 万美元。在 1962 年那可是一大笔钱。

出售 EDM 技术

1962 年底，Itek 清楚地意识到，作为一家国防承包商，要将 EDM 商业化将会很困难。他们与 美国控制数据公司(Control Data Corporation，CDC)达成协议，从 Itek 获得 EDM 技术和相关专利。

CDC从Itek手中收购了EDM技术之后，建立了一个新的业务实体，称为CDC Digigraphics Division。CDC努力使这项技术在商业上可行，但它的功能比大多数真实世界的设计和绘图任务所需要的功能要少，并且使用笔画刷新图形导致系统过于昂贵。

没过几年，CDC 得出结论，这项业务是无利可图的， 并关闭了数字图形业务。对于这样的结局，多年之后的Gilmore说到：“……我想说的是，我们不得不等待将近 15 年的时间，等待硬件赶上我们，这样我们才有了一个合理的工作站，可以放入一些这样的热门图形。”

CDC关闭其数字图形业务虽然让人感到遗憾，但CAD的发展却没有因此停滞。进入20世纪70年代，CAD产业几乎从零增长到十亿美元的硬件和软件业务。1969年Applicon公司和Computervision公司的成立。几年后，Auto-trol Technology，Calma和M＆S Computing（Intergraph）也加入了他们的行列。

Computervison公司早期的交互终端产品

现在随着计算机技术的不断发展和更复杂的工业设计需求，CAD产业内的公司一直都面临着巨大的竞争压力和洗牌的可能性，新的颠覆性企业也层出不穷，正是这些公司的不断创新与努力才让我们想法能够如此简便的跃于纸上。