CAD随机颗粒插件2D 原创

1　插件能做什么

CAD随机颗粒插件2D 是一款运行在 AutoCAD 上的颗粒随机投放工具。你只需告诉它「多大区域、投放哪些粒径、各占多少比例、想要多密」，它就会在图纸上自动画出互不重叠、间距可控、分布随机的颗粒集合，并按级配自动分层管理。

三种颗粒形状

圆形（Circle）、多边形（随机凸多边形）、正多边形（等边规则形状），可任意混合投放。

级配式投放

按「粒径区间 + 占比」逐条配置，程序按目标填充率自动反推每一档应投放的颗数。

间距严格保证

任意两颗粒之间、颗粒与区域边界之间，净距都不小于你设定的最小间距。

内外两层

可生成"颗粒本体 + 向内偏移的界面层"双轮廓，常用于界面过渡区（ITZ）建模。

投放优化

默认按大粒径优先投放，小颗粒自动填充剩余空隙，显著提高可达填充率。

自动分层

每一条级配独占一个 CAD 图层，自动命名与配色，可随时按图层单独显示、统计或删除。

典型用途：混凝土/沥青细观骨料模型、土体与砂石颗粒模型、随机多孔介质、材料代表性体积单元（RVE）几何建模，以及任何需要"在矩形区域内随机摆满一堆互不重叠形状"的绘图场景。

2　运行环境与文件清单

操作系统	Windows 7 / 10 / 11（64 位）
CAD 软件	AutoCAD 2020 及以上版本，运行插件前请先启动 AutoCAD 并打开一张图纸
免安装版	无需额外环境，双击 CAD随机颗粒插件2D.exe 即可（打包版，约 30 MB）

交付文件清单

CAD随机颗粒插件2D.exe	插件主程序，客户直接双击运行
AF_CadParticle2D.afreg	许可证文件，与电脑绑定，必须与主程序放在同一目录
assets/	程序图标与 logo 资源，勿删除
config_example.json	配置示例，可直接「加载配置」试用

注意：许可证文件 AF_CadParticle2D.afreg 与主程序必须位于同一个文件夹内，否则会被判定为未注册（测试模式）。

3　安装与启动

1. 复制文件夹。把插件整个文件夹复制到本机任意位置（建议放在非系统盘，如 D:\CAD插件\；路径请尽量使用英文，避免权限问题）。
2. 放好许可证。确认 AF_CadParticle2D.afreg 与 CAD随机颗粒插件2D.exe 在同一目录。
3. 先启动 AutoCAD。打开 AutoCAD 2020 及以上版本，新建或打开一张图纸（插件会画在当前活动图纸上）。
4. 启动插件。双击 CAD随机颗粒插件2D.exe。
5. 确认标题栏。正常注册时标题为「CAD随机颗粒插件2D V1.0 渊鱼科技」；若出现「（测试模式）」字样，请转到第 4 章完成注册。

为什么要先开 AutoCAD？插件通过接口与 AutoCAD 通信，AutoCAD 必须处于运行状态才能连接。若 AutoCAD 正处于某个对话框（如"选项""打印"窗口）未关闭，连接也会失败，请先关闭这些对话框。

4　注册与激活

插件采用一机一码授权：许可证与电脑硬件绑定，换电脑需要重新购买。

4.1　判断是否已注册

• 已注册：窗口标题为「CAD随机颗粒插件2D V1.0 渊鱼科技」，可自由使用全部参数。
• 未注册（测试模式）：标题带「（测试模式）」，点击运行时会弹出序列号窗口，且只能按内置默认参数试投放一小片区域，界面上的参数不会生效。

4.2　新电脑如何获取许可证

1. 在插件菜单点击 帮助 → 注册。
2. 弹出窗口中显示本机的序列号（形如 @z53...），点击「复制序列号」。
3. 把序列号发送给渊鱼。
4. 收到回传的许可证文件 AF_CadParticle2D.afreg 后，把它放进主程序所在文件夹，重启插件即可。

小提示：插件在启动时和每次点击运行时都会自动复检许可证，放好文件后无需重装程序，重启即生效。

更换电脑后硬件序列号发生变化，需要重新购买获取许可证。

5　界面总览

插件采用单页布局，所有参数在一个窗口内完成设置，无需切换标签页。

1

通用参数：区域尺寸、间距、填充率、投放优化

2

内外两层：双层轮廓开关与层间距

3

粒径比例表：已添加的级配条项列表

4

条项输入区：类型 / 粒径 / 边数 / 比例

5

配置与预估：保存、加载、计算预估

6

运行区：进度条、日志、运行按钮

7

菜单栏：文件（退出）、帮助（注册 / 联系 / 关于）

图 5-1　插件主界面

6　全部参数详解

6.1　通用参数（左栏上方）

区域宽度 X	投放区域的宽度（CAD 图形单位）。区域左下角固定为原点 (0, 0)，因此右上角即（宽度, 高度）
区域高度 Y	投放区域的高度。例如填 500 × 500，则区域为 (0,0)–(500,500) 的矩形
颗粒最小间距	任意两个颗粒（按外层轮廓）之间的最小净距，同时也是颗粒与区域边界的最小净距。填 0 表示允许相切的可能
投放优化（大粒径优先）	默认勾选。勾选后按各条项「最大直径」从大到小投放，大颗粒先占位、小颗粒填缝，填充率更高；取消勾选则严格按粒径表从上到下的顺序投放
目标填充率(%)	所有颗粒（外层）总面积 ÷ 区域面积的目标值。程序据此反推每一档要投放多少颗。
单条最长时间(秒)	每一条级配最多尝试多少秒。达到时限即结束该条、继续下一条，防止目标过高时无限重试。颗粒多、区域大时建议适当调大

6.2　内外两层（左栏下方）

启用内外两层（界面层）	勾选后每个颗粒生成两个同心轮廓：外层用于投放与碰撞检测，内层由外层向内偏移「两层间距」得到，常用于界面过渡区（ITZ）建模
两层间距	内层相对外层的偏移量（图形单位）。必须为正数；若大于颗粒半径，内层会出现绘图错误（建议该参数设置远小于颗粒粒径）

说明：不启用两层时，每个颗粒只画外层一个轮廓，图层也只有 *_OUTER。

6.3　粒径比例表（右栏）

右栏表格的每一行代表一档级配，也是 CAD 中的一个独立图层。列含义如下：

序号	行号，删除行后自动重排
类型	圆形 / 多边形 / 正多边形
最小直径 / 最大直径	该档颗粒的粒径范围，程序在此区间内随机取值。须满足 0 < 最小 ≤ 最大
边数	仅多边形与正多边形需要，范围 3 ~ 1024（边数过多会导致计算速度下降）；选圆形时输入框自动禁用
比例%	该档颗粒在总面积中的占比（不是颗数占比）。各档比例按相对值归一化，不必凑成 100

6.4　三种类型的区别

圆形	标准圆，只需粒径	简化骨料、圆形颗粒	circle
多边形	顶点共外接圆，圆心角带约束随机取样，形状随机、保证凸性，接近真实碎石骨料	混凝土/沥青骨料细观模型	polygon
正多边形	顶点均匀分布、各边等长，仅整体旋转角随机，形状规整	规则晶体、标准化颗粒	regular

7　快速上手：7 步完成第一次投放

下面用一套完整示例带你走一遍：在 200 × 200 的方形区域内，投放两档圆形 + 一档多边形 + 一档正五边形，目标填充率 30%，启用内外两层。

1. 准备图纸。打开 AutoCAD，新建一张空白图纸（插件会画在当前图纸上，建议用空图，避免与已有图元混在一起）。
2. 启动插件：双击 CAD随机颗粒插件2D.exe，确认标题栏没有「（测试模式）」。
3. 填通用参数（左栏）：区域宽度 X = 200，区域高度 Y = 200，颗粒最小间距 = 2，目标填充率 = 30，单条最长时间 = 30（秒），保持「投放优化」勾选。
4. 启用两层（左栏下方）：勾选「启用内外两层（界面层）」，两层间距填 1.5。
5. 添加粒径比例（右栏）：在右上方输入区依次填写并点「<<添加」：
6. ① 类型=圆形，最小 5，最大 10，比例 10
7. ② 类型=圆形，最小 10，最大 18，比例 10
8. ③ 类型=多边形，边数 6，最小 8，最大 15，比例 20
9. ④ 类型=正多边形，边数 5，最小 10，最大 18，比例 20
10. （可选）点「计算预估」，界面会显示「预估合计约 N 颗」。若提示「目标偏高可能超时」，说明填充率设得太高，可适当下调。
11. 点击右下角「运　行」：按钮变为「运行中...」，进度条与日志实时刷新；完成后弹出提示框显示颗数与实际填充率，AutoCAD 自动缩放显示全部颗粒。请在 AutoCAD 中查看结果。

快捷方式：直接点「加载配置」，选择交付包里的 config_example.json，即可一次性载入一套示例参数（区域 500×500、填充率 40%），再按需修改。

图 7-1　AutoCAD中生成的颗粒 样图展示

图 7-2　局部放大：可清楚看到每个颗粒的外层轮廓与向内偏移的内层轮廓（两层间距 1.5），颗粒之间始终保持不小于最小间距的净距

8　结果解读：日志、图层与填充率

8.1　运行日志逐行说明

========================================================
开始投放：区域 200×200（左下角 0,0），投放优化：开（大粒径优先），
          目标填充率 30%，最小间距 2.00
生成完成：312 颗，实际填充率 28.7%（目标 30%）
  条项1（投放次序3）：投放 60/60 颗，耗时 0.8s
  条项2（投放次序1）：投放 45/45 颗，耗时 0.6s
  条项3（投放次序2）：投放 118/118 颗，耗时 3.2s
正在连接 AutoCAD 并绘制...
绘制完成：624 个实体已写入当前文档（另含 0 图层区域外轮廓）

• 条项 N：粒径表中的第 N 行（图层编号按此顺序）；投放次序 M：实际投放的先后（开启优化时二者通常不同）。
• 投放 60/60 颗：目标 60 颗、实际成功 60 颗。若前者大于后者并出现「（超时终止）」，说明该档在设定时间内没能放够——通常是填充率目标过高或粒径太大放不下，可降低目标填充率或增大「单条最长时间」。
• 绘制完成：N 个实体：启用两层时约为颗数的 2 倍（部分颗粒内层退化时略少），另加 1 条 0 图层区域外轮廓。

8.2　图层命名规则

每一档级配在 CAD 中独占一个图层，内外两层再各自分开，命名格式为：

circle_001_OUTER / circle_001_INNER	第 1 档圆形的 外层 / 内层
circle_002_OUTER	第 2 档圆形的外层
polygon_003_OUTER	第 3 档多边形的外层
regular_004_OUTER	第 4 档正多边形的外层
0	区域矩形外轮廓（每次投放都会画一条，便于核对范围）

实用技巧：在 AutoCAD 图层管理器中，可以单独关闭/冻结某一档图层来做统计或分层出图；同一档的内外两层颜色相同，颜色按档位序号循环分配。

8.3　实际填充率为什么低于目标？

随机顺序投放存在天然的堆积极限：二维随机圆形/凸多边形的实际可达填充率通常在 50%~55% 左右。因此：

• 目标 ≤ 45%：一般都能完成，实际值接近目标；
• 目标 45%~55%：部分档位可能超时终止，实际值略低于目标；
• 目标 > 55%：大量重试，耗时长且难以达到，不建议。

最终实际填充率会在日志和完成弹窗中如实显示，请以此为准。

9　配置的保存与加载

• 保存配置：设置好参数后点「保存配置」，存为 .json 文件，下次直接加载即可复现同一套级配。
• 加载配置：点「加载配置」选择 JSON 文件，界面参数与粒径表会一次性回填。
• 配置文件是纯文本，可用记事本编辑（注意保持 JSON 格式与英文标点）。

{
  "region": { "xmin": 0, "ymin": 0, "xmax": 500, "ymax": 500 },
  "min_gap": 2.0,
  "optimize_order": true,
  "target_fill_ratio": 0.40,
  "per_band_time_limit_sec": 30,
  "two_layer": { "enabled": true, "layer_gap": 1.5 },
  "circle_bands": [
    { "dmin": 5,  "dmax": 10, "ratio": 10 },
    { "dmin": 10, "dmax": 18, "ratio": 10 }
  ],
  "polygon_bands": [
    { "sides": 6, "dmin": 8, "dmax": 15, "ratio": 20 }
  ],
  "regular_bands": [
    { "sides": 5, "dmin": 10, "dmax": 18, "ratio": 20 }
  ]
}

字段说明：region 记录左下角与右上角坐标（界面只输入宽高，左下角固定 0,0）；target_fill_ratio 为小数（0.40 即 40%）；三种类型分别放在 circle_bands、polygon_bands、regular_bands。

10　参数经验值与调优技巧

想要更高的填充率	开启「投放优化」；增大小粒径档位的比例（小颗粒更容易填空隙）；把目标控制在 40%~45% 以内
颗粒之间太挤/太松	调整「颗粒最小间距」。经验值：取最小粒径的 10%~20%（如粒径 5~10，间距取 0.5~2）
内层轮廓出现残缺	说明「两层间距」相对颗粒太大导致内层退化。把层间距调小（建议 < 最小粒径的一半）
投放太慢 / 老是超时	降低目标填充率；把「单条最长时间」提高；减少总颗粒数（增大粒径或缩小区域）
想要颗粒更大更稀疏	提高粒径区间、降低目标填充率；或增大区域尺寸保持粒径不变
结果要可复现	保存配置文件即可复现参数；颗粒位置本身是随机的，每次运行结果不同

关于耗时：颗粒是逐个通过 AutoCAD 接口绘制的，数百颗约需数十秒，数千颗可能需要几分钟，属正常现象。绘制期间请不要在 AutoCAD 中执行其他命令，否则可能出现"被呼叫方拒绝接收呼叫"的等待（也可能报错）。

11　常见问题与解决办法

「无法连接 AutoCAD」	① AutoCAD 未启动，请先打开；② 正停留在某个对话框，关闭后重试；③ 版本低于 2020 或非 AutoCAD 平台（如纯 CAD 看图软件）
标题显示「（测试模式）」	未注册：许可证文件缺失或与本机不匹配。确认 AF_CadParticle2D.afreg 与 CAD随机颗粒插件2D.exe 同目录，若仍不行请按第 4 章重新获取
点了运行没反应 / 报参数错误	会弹出提示框说明原因，常见为：未添加任何粒径条项、粒径范围填反、边数不在 3~1024、填充率超过 95%、启用两层但层间距为 0
实际填充率远低于目标、日志出现「超时终止」	目标填充率过高或粒径相对区域过大。降低目标填充率、增大「单条最长时间」，或增加小粒径档位
只投放了很少的颗粒	检查「粒径范围」是否大于区域尺寸；检查「最小间距」是否过大（间距越大越难放下）
部分颗粒没有内层轮廓	正常现象：内层内缩后退化（半径 ≤ 0 或形状异常）会自动跳过，只画外层
同一张图上重复运行后颗粒叠加	程序不会自动清理已有图元。建议每次新建空白图纸再运行；如需清理，可删除对应图层
找不到投放区域边界	区域外轮廓画在 0 图层，请确认 0 图层未被关闭或冻结；完成绘制后程序会自动展示图形区域
杀毒软件报毒 / exe 被隔离	打包程序偶有误报，请将文件夹加入白名单后重试
界面配色与手册截图不同	界面主题会随环境略有差异，不影响功能与参数