CAD教程第十一章

主要内容, 创建表面模型, 创建线框模型, 创建实体模型, 三维图形输出, 查阅三维视图及三维绘图辅助,第十一章 三维图形, 编辑三维图形,由于二维图形不能让用户观察到产品的实际设计效果，使得设计不够直观。因此，AutoCAD 提供了三维图形功能。而其三维模型有以下几种形式：线框模型、表面模型和实体模型。利用它们我们就可以创建出多种多样的三维对象。复杂的 AutoCAD 的三维对象也就是由其中的一种或几种组合而成的。,11.1 基本概念,11.1.1 线框模型 线框模型描述的是三维对象的框架。它仅由描述对象边的点、直线和曲线构成，而不含描述表面的信息。我们可以将二维图形放置在三维空间的任意位置来生成线框模型，也可以使用AutoCAD提供的三维线框工具（如3D多段线和样条曲线）来创建。,AutoCAD 的三维模型存在以下几种形式：线框模型、表面模型和实体模型。,11.1.2 表面模型 表面模型比线框模型复杂得多，它不仅定义了三维对象的边，而且定义了三维对象的表面。AutoCAD 的表面模型使用多边形网格定义对象的棱面模型。但由于单个网格表面是平面的，因此使用多边形只能近似地模拟曲面。不过我们可以通过设置系统变量 SURFTAB1与 SURFTAB2 来控制网格多边形密度以调节曲面近似程度。 缺省情况，系统以线框形式显示表面模型，但用户可以对其进行消隐、着色或渲染处理，从而使对象具有真实效果。 表面模型只是无厚度的一层空壳，它不具有 SOLID 实体特性，虽然可以执行着色和渲染操作，但不能进行SECTION 剖面和 SLICE 剖切操作。,11.1.3 实体模型 实体模型描述了对象的整个体积，是信息最完整且二义性最小的一种三维模型。复杂的实体模型在构造和编辑上较线框模型和表面模型容易。用户可以分析实体的质量、体积、重心等物理特性，可以为一些应用分析，如数控加工、有限元分析等提供数据。 缺省情况，系统以线框形式显示实体模型，其密度由系统变量 ISOLINES控制，但用户可以对其进行消隐、着色或渲染处理，从而使对象具有真实效果。并且可以进行SECTION 剖面和 SLICE 剖切操作。,11.2 创建线框模型,我们可以将二维图形放置在三维空间的任意位置来生成线框模型，也可以使用AutoCAD提供的三维线框工具（如3D多段线和样条曲线）来创建。方法归纳如下：,11.2.1 用二维对象创建线框模型 输入三维点的坐标值来创建对象，即给出X、Y、Z坐标值； 定义一个不同于 WCS 的 UCS 来设置默认的构造平面，然后在其上绘制图形； 在二维空间创建对象后，将其移动到三维空间中的合适位置。,11.2.2 利用直线与样条曲线创建线框模型 使用LINE 和 SPLINE 等命令创建三维线框模型，创建时在指定点的坐标时输入三维点即可。,11.2.3 利用三维多段线创建线框模型 AutoCAD 提供了3DPOLY 命令用于创建 3D 多段线的线框模型。 调用：菜单DRAW/ 3DPOLY命令行3DPOLY,11.3 创建表面模型,在 AutoCAD 中提供了以下创建三维表面模型的方法：,11.3.1 直接使用系统预定义的三维表面网格 为简化用户操作，系统提供了多种常用的规则曲面供高速创建。其中包括：长方体、圆锥、圆盘、圆顶、网格、方锥体、圆球、圆环和楔体。 调用方式 菜单：DRAW / SURFACES / 3D SURFACES 工具栏：SURFACES 命令行：3D 命令选项： Command: 3D Initializing. 3D Objects loaded. Enter an option Box/Cone/DIsh/DOme/Mesh/Pyramid/Sphere/Torus/Wedge: *Cancel*,11.3.2 创建定规曲面网格RULESURF（又称直纹曲面） 直纹曲面是由两条指定直线或曲线为相对的两边而生成的一个用三维网格表示的曲面，该曲面在两相对直线或曲线之间的网格是直线的。 调用方式 菜单：DRAW / SURFACES / RULED SURFACE 工具栏：SURFACES 命令行：RULESURF 用户定义直纹曲面的边界可以是：直线、点、圆（弧）、椭圆（弧）、2D多段线、3D多段线或样条曲线。 为了生成直纹曲面而选取的两个边界对象必须是同时闭合的或同时打开的。,11.3.3 创建平移曲面网格 TABSURF（又称拉伸曲面） 平移曲面是指由一条初始轨迹线沿指定的矢量方向平移而成的曲面。其特点是：在曲面的任一位置，平行于初始轨迹线所在平面的截面都是与原轨迹线相同的曲线或直线。 调用方式 菜单：DRAW / SURFACES / TABULATED SURFACE 工具栏：SURFACES 命令行：TABSURF 平移曲面的网格密度仅由系统变量SURFTAB1控制。 初始轨迹线可以是：线、弧、圆、多段线、样条线、三维多段线。每次执行命令只能选择一个实体作为平移轨迹线。 方向矢量的位置和长度由用户确定，（矢量长度即平移曲面长度）且必须为直线而不能为曲线。选择方向矢量时，点选的位置将决定拉伸方向。 平移后，曲面和原轨迹线作为两个对象分别存在。,11.3.4 创建回转曲面网格 REVSURF 回转曲面是指利用一条初始轨迹线围绕某一根轴旋转一定角度而产生的光滑旋转曲面。若旋转一周，则形成一个封闭的回转面。 调用方式 菜单：DRAW / SURFACES / REVOLVED SURFACE 工具栏：SURFACES 命令行：REVSURF 旋转曲面也是由三维多边形网格来表示的，网格密度在旋转方向和轴线方向分别由两个系统变量进行控制：旋转方向称为M向，由SURFTAB1控制；轴线方向称为N向，由SURFTAB2控制。 用户选取旋转轴时，在轴上拾取点的位置会影响曲线的旋转方向，旋转方向可由右手定则来判断。 初始轨迹线可以是：线、弧、圆、多段线、样条线、三维多段线。每次执行命令只能选择一个实体作为回转轨迹线。 旋转轴必须是直线、二维多段线或三维多段线之一。当选择多段线时，实际上是以多段线的首尾点连线作为旋转轴。,11.3.5 创建边界曲面网格 EDGESURF 边界曲面是一种功能更强、操作更加灵活方便的创建曲面的方法。利用它可以绘制许多难以完成的特殊曲面。该方法先确定曲面的四条边，然后再通过四条边插值运算获得平滑曲面。 调用方式 菜单：DRAW / SURFACES / EDGE SURFACE 工具栏：SURFACES 命令行： EDGESURF 边界曲面也是由三维多边形网格来表示的，用户选择的第一条边确定网格M向密度，由SURFTAB1控制；第二条边确定网格N向密度，由SURFTAB2控制。 用来生成边界曲面的四条边必须是首尾相连的封闭图形。作为边的曲线可以是直线、弧、多段线等。且四条边既可以是二维曲线，也可以是三维曲线。,11.3.6 创建和编辑三维网格 命令为3D Mesh，由于实用性不强，略。,11.3.7 创建多义面网格和三维面 命令为 PFACE & 3DFACE，由于实用性不强，略。,11.4 创建实体模型,实体模型是真正意义上的 3D 物体图形，缺省情况其表面也由网格表示，网格密度由系统变量 ISOLINES 控制。在 AutoCAD 中提供了以下创建和编辑三维实体的方法：,11.4.1 直接使用系统预定义的三维实体 为简化用户操作，系统提供了多种常用的规则曲面供高速创建。其中包括：长方体、球体、圆柱体、圆锥体、楔体和圆环体。 调用方式 菜单：DRAW / SOLIDS 工具栏：SOLIDS 命令行： 其命令依此为BOX、SPHERE、CYLINDER、CONE、TORUS,11.4.2 创建拉伸实体 拉伸实体是指：封闭的二维图形对象沿某一指定路径进行拉伸后建立的实体。拉伸时还可以指定坡度。 调用方式 菜单：DRAW / SOLIDS / EXTRUDE 工具栏：SOLIDS 命令行：EXTRUDE （EXT） 可以拉伸成为三维实体的二维图形包括：闭合多段线、多边形、3D多段线、圆和椭圆。 拉伸路径可以是： 直线、2D多段线或3D多段线，但每次执行命令时只能选择一个对象作为路径。 注意：图块中的二维图形不能进行拉伸。 当拉伸多段线时，多段线包含的顶点数不能少于3个，且不能多于500个。同时不能自交叉或重叠。 技巧：用户可以在二维图形中用REGION 命令将封闭的图形建立成为区域图形，然后用EXTRUDE 命令对区域进行拉伸，并且区域还可以进行BOOLEAN运算以得到更复杂的二维图形，最终生成复杂的三维图形。,11.4.3 创建旋转实体 旋转实体是指：封闭的二维图形对象绕某一指定旋转轴旋转形成的实体。 调用方式 菜单：DRAW / SOLIDS / REVOLVE 工具栏：SOLIDS 命令行：REVOLVE （REV） 旋转的对象必须是封闭的，包括2D多段线、多边形、矩形、面域、圆和椭圆。 拉伸路径可以是： 直线、2D多段线或3D多段线，但每次执行命令时只能选择一个对象作为路径。 注意：图块中的二维图形不能进行旋转。 每执行一次 Revolve 命令，只能旋转一个二维图形。 技巧：用 LINE 命令绘制的直线不能直接作为旋转对象，必须先使用多段线编辑命令（PEDIT）将其转化为完整的封闭多段线，然后才能进行旋转生成三维图形。,11.4.5 三维实体的布尔运算（即创建组合实体） 在三维制图中，几乎所有的复杂实体都是由相对简单的实体通过布尔运算生成的，要想直接绘制出复杂图形是相当困难的。布尔运算就是对各个三维实体进行求并（UNION）、求差（SUBSTRACT）和求交（INTERSECTION）的运算，使它们相互组合，最终形成自己所需形状的实体。 调用方式 菜单：MODIFY / SOLIDS EDITING / 工具栏：SOLIDS EDITING 命令行： 1.求并运算（UNION）：将两个或两个以上的实体进行合并。 2.求差运算（SUBSTRACT）：从一个实体中减去另一个实体。 3.求交运算（INTERSECTION）：对两个或两个以上的实体进行求交运算，将得到这些的公共部分，而非公共部分将被删除。 注意：布尔运算对三维实体和二维面域均适用，在此着重介绍三维实体。 求并运算可以不接触或不重叠。 求差运算和求交运算中选取的实体必须有重叠部分。,11.5 查阅三维图形及三维绘图辅助,在模型空间中，用户可以从不同位置观察图形，这些位置称为视点。在一个选定视点上，用户能添加新对象、编辑已有对象或消隐等。用户还可以定义一个平行投影或透视视图。 如果当前工作在图纸空间，则不能使用 VPOINT、DVIEW 或 PLAN 等命令来定义图纸空间的视图。图纸空间的视图总是为平面视图。 控制三维显示的命令位于“视图”下拉菜单中，其中包括“三维视图（3D VIEWS）”子菜单、动态观察（3D Orbit）、消隐（HIDE）命令。 其中“三维视图”子菜单又包含如下选项：,11.5.1 设置预置视点 当用户开始加工一个模型或希望从一个特定的视点检查模型的完整性时，需要设置观察方向。DDVPOINT 命令用于设置三维空间的观察方向。 调用方式 菜单：视图 / 三维视图 / 视点预置（VIEWPOINT PRESETS） 工具栏： 命令行：DDVPOINT（UP） 执行命令后将弹出“视点预置”对话框。 设置内容为： 与 X 轴的角度；与 XY 平面的角度； 观察角度设置参数相对于的坐标系，包括WCS和UCS，其中WCS是固定不变的。而UCS则是用户根据需要建立的不同于WCS的坐标系； 设为平面视图将视点设为平面视图。平面视图的查看方向是：与X 轴的角度为270，与 XY 平面的角度为90 ，即与Z 轴正方向相同的视点方向。,11.5.2 设置视点 VPOINT 命令可以让用户通过指定鼠标在罗盘上的位置动态设置视点。 调用方式 菜单：视图 / 三维视图 / 视点（VPOINT） 工具栏： 命令行：VPOINT 命令选项：旋转指定XY平面角度 视点通过指定鼠标在罗盘上的位置动态设置视点 执行命令后视图上将出现下图所示的罗盘和三角架。当用户相对于罗盘移动十字线时，三角架自动进行调整以显示X、Y、Z轴的对应方向。,11.5.3 使用标准视图 AutoCAD 还定义了一些标准视图供用户使用，如主视图、俯视图等。 调用方式 菜单：视图 / 三维视图 工具栏： 以下是所有标准视图及其相应的参数设置：,注意：标准视图都是与WCS相对的，而 WCS 是固定不变的。,11.5.4 观察平面视图 PLAN 命令用于将当前屏幕（也即当前视点）设置为垂直于所选坐标系 XY 平面的平面视图。所选坐标系可以是UCS 或 WCS。此命令使用非常频繁，也非常实用。 调用方式 菜单：视图 /三维视图 / 平面视图（PLAN VIEW）/ 工具栏： 命令行：PLAN 命令选项：Command: plan Enter an option Current ucs/Ucs/World : Regenerating model. 用户可以根据需要选择当前 UCS、已定义的 UCS 或 WCS 的平面视图进行观察。,11.5.5 三维动态观察 DVIEW 命令提供了多种方法用于改变当前视图的视点。 调用方式：命令行 DVIEW 命令选项： Command: DVIEW Select objects or : 1 found Select objects or : * Switching to the WCS * Enter option CAmera/TArget/Distance/POints/PAn/Zoom/TWist/CLip/Hide/Off/Undo: * Returning to the UCS * Regenerating model.,11.5.6 其它重要三维观察手段 二维时使用的缩放工具仍然用途巨大； 3D ORBIT 命令：实时旋转实体，并且可以在渲染状态下使用，从而使用户能更好地观察实体。 调用方式：菜单 VIEW3D ORBIT 工具栏 3D ORBIT / STANDARD 命令行 3D ORBIT 3D ORBIT 工具栏：提供了多种 3D 观察方法，如动态旋转、持续旋转、3D 平移缩放、镜头旋转、镜头焦距和切面观察等。 多视口操作；,11.5.7 三维实体的消隐（HIDE）、着色（SHADE）及渲染（RENDER） 消隐和着色是AutoCAD 中形象地显示三维实体的重要手段，用户绘出的三维实体经过消隐和着色之后，将变得更加逼真清晰，观察起来也更加方便。 渲染是指从实体模型生成一幅具有真实感的图片，让用户能预览设计的结果，并且在进行渲染时，可以对实体的表面纹理、场景、光线和明暗进行处理，使得生成的渲染图片更加真实。,1. 消隐即隐藏屏幕上存在而实际上应被遮挡住的轮廓线或其它线条。 调用 菜单：VIEW / HIDE 工具栏：SHADE 命令行：HIDE （HI）,2. 着色给实体着色，并体现光源的作用效果。 与 RENDER 命令不同的是，SHADE 只有一个光源，该光源位于用户视点的后面。着色的效果取决于实体本身的颜色、显示卡的类型、显示器以及系统变量 SHADEDGE 的当前设置值。 调用 菜单：VIEW / SHADE 工具栏：SHADE 命令行：SHADE （SHA）,3. 渲染以下介绍RENDER中各个参数的设置情况： 光线（LIGHT） 调用方式 菜单：VIEW / RENDER / LIGHT 工具栏：RENDER 命令行：LIGHT,材质（MATERIALS） 调用方式：菜单VIEW-RENDER- MATERIALS 工具栏RENDER 命令行Rmat,场景（SCENE） 调用方式：菜单VIEW-RENDER- SCENE 工具栏RENDER 命令行SCENE,渲染（RENDER） 调用方式：菜单VIEW-RENDER- RENDER 工具栏RENDER 命令行Rpref,11.5.8 三维实体的编辑 本节讲述对三维图形进行编辑修改的主要方法及其与二维图形编辑的异同。编辑方法中主要介绍实体的倒角、圆角、三维旋转、镜像以及阵列等编辑命令。 大部分三维实体的编辑命令与二维图形的编辑命令相同，但在具体执行时稍有差异。其中包括：CHAMFER、FILLET、EXPLODE、MOVE、TOTATE、SCALE、MIRROR、ERASE、DDPROP。而三维实体专用的编辑命令主要有：SLICE（切开实体）、SECTION（生成剖面）。,11.5.9 三维实体造型时用户坐标（UCS）的建立与切换 绘制三维图形要比绘制二维平面图形复杂得多，但是归根结底，三维图形的基础还是二维图形，因此在三维绘图中，二维图形的创建也是至关重要的。在通常情况下，用户的二维图形只能绘制在 UCS 的 XY 平面上，所以，要快速而准确地绘制三维环境中的二维图形，必须根据需要不断创建或切换合适的用户坐标（UCS）。UCS 的创建和切换也可以说是三维绘图的精髓所在。 1. 在 AutoCAD中创建和切换用户坐标（UCS）可以通过以下方式： 菜单TOOLS 工具栏UCS / STANDARD 命令行UCS 命令选项： Command: UCS Current ucs name: *