在 ArcGIS Desktop 中连接到 AutoCAD 或 MicroStation CAD 文件时，工程图将动态转换到内存中并以只读要素数据集的方式进行组织。文件中包含的几何和注记连同支持信息（例如属性值和元数据）一起映射到 ArcGIS 中的类似数据结构中并显示为 GIS 简单要素。
以下几部分简要介绍直接读取 CAD（虚拟）数据模型。
CAD 要素数据集
CAD 要素数据集是存储在磁盘上的 CAD 工程图的 GIS 制图表达。CAD 数据以外的必要地理空间信息将通过常用 ArcGIS 工具和辅助文件链接到数据集。
所有 CAD 要素数据集均支持以下组成部分：
- 带有属性表的要素类
- 空间参考（可选）
- 地理配准信息（可选）
- GIS 元数据（可选）
CAD 要素类
CAD 要素类是基于支持的 ArcGIS shape 类型来显示数据的虚拟要素类。
标准要素类
所有 CAD 要素数据集都会显示一个由五个要素类组成的标准集合，每个要素类用于一种所支持的 shape 类型。这些要素类显示源 CAD 工程图中包含的聚合几何集合。其方案采用硬编码，是转换过程的函数。不能移除空要素类。
- 注记
- 多面体
- 点
- 面
- 折线
以 DWG/DXF 格式存储的要素类
基于 AutoCAD 的数据集（版本 2007 或更高版本）包含扩展属性，除了显示标准要素类之外，还显示用户创建的要素类。这些要素类显示标准要素类中包含的数据的子集，功能类似于定义查询。要素类方案可由用户定义。方案可由工程图的作者创建，也可使用“要素转 CAD”工具生成，并按照 Esri CAD 制图规范进行控制。
例如，可以在 AutoCAD 工程图中定义名为 Roads 的折线要素类用以显示特定折线集合，而名称为 Polyline 的标准要素类则用于继续显示数据集中的所有折线。类似地，任何链接到该几何（具有相匹配的方案）的用户创建的 CAD 属性都会作为构成属性进行过滤，并随 property 属性显示在虚拟属性表中。
属性表
每个 CAD 要素类支持一个虚拟属性表。这是 CAD 工程图中包含的属性的只读表视图。此信息包括几何或注记的属性值、图层信息、文档元数据以及链接到 CAD 要素的用户创建属性。此数据可用于驱动符号系统和标注，查询并用作可视化任务的过滤条件，以及作为要素数据进行计算。
空间参考
DGN 和 DWG 格式本身并不支持 ArcGIS 空间参考系统。为了规避此局限性，ArcGIS Desktop 扩展了 CAD 数据集的属性，将空间参考作为辅助信息包括进来。此信息被定义为可识别文本 (WKT) 格式的文本字符串，并存储在辅助投影文件 (.prj) 中或嵌入到 CAD 工程图中。
地理配准
DGN 和 DWG 格式本身并不支持 ArcGIS 地理配准系统。为了规避此局限性，ArcGIS Desktop 扩展了 CAD 数据集的属性，将地理配准控制点作为辅助信息包括进来。此信息定义为起点坐标和终点坐标，并存储在辅助坐标文件 (.wld) 中或保存在地图文档 (.mxd) 中。
元数据
元数据使用标准 ArcGIS Desktop 工具创建，并存储在与工程图文件前缀具有相同名称且保存在同一文件夹内的辅助 (.xml) 文件中。