三维创作与实例.doc

AutoCAD 三维创作与实例董祥国 编著AutoCAD三维建模命令很多，如何正确理解和有效运用这些命令是教与学的根本出发点和最终目标。通过学习，学员们应能具有自由创作造型的能力。AutoCAD提供了良好的建模环境，用它服务于工程需要。然而，就对某一具体模型来说，创建方法有多种，命令使用也多样，如何简明快捷地建模呢？如何恰当地选择命令为建模服务呢？首先得有良好的建模理念，分析模型对象的形体特征、组合方式、工程背景等；其次要有正确的建模思想；再之在对某一命令使用时，要细细体会该命令的功效。对该点需作进一步说明：在操作AutoCAD时要养成认真阅解命令提示区的习惯，这里不仅指明了下一步该如何进行，而且也给出了该命令的相关信息，这样的信息对三维建模显得尤为重要。当操作失败时，更要好好地分析失败信息，找出失败原因，切不可盲目地重复错误。当然也要观察模型显示窗口，这是对命令操作结果的反映。根据多年的教学和培训的经验，学员们往往不注意或很少关心命令提示区，这对了解和掌握命令极为不利。另外也顺便提一下，很多学员在手握鼠标时经常漫不经心地、习惯性地击鼠标，可能是受到玩游戏的影响，诸不知这是给AutoCAD下达了命令，此时你当然不理解或也不知道屏幕的变化。所以，乱击鼠标是操作AutoCAD的大忌，这是一种对绘图很不卫生的做法。教学的基本思路是，在实例教学中融入命令，而不是逐条解释命令；结合不同的创建方法，比较命令，同时对某些难掌握的命令再逐步深入地说明，这样变枯燥为兴趣，激发出你的成就感。紧密结合实例说明建模思想，领略创建技巧。相信大家，通过我们的教学，能从战略的高度上俯握AutoCAD三维建模，真正做到让命令为我所用，成为命令的主人。下面的每个实例中，将给出关键命令点，或建模思想，或模型设计要点，或操作技巧。实例1 铅笔制作结果见图1-1图1-1 铅笔调出三维建模常用工具栏：UCS、曲面、实体、实体编辑、视图、着色为便于点击图标菜单，最好将工具条有条理地摆放在屏幕的左侧，见图1-2。将屏幕的分辨率设高到1024768，这样方能将工具栏完全放入窗口中。图1-2 建模常用工具栏及摆放l 视图工具栏：提供了常用方向来观察模型对象。实际上，二维绘图是在俯视图方向上绘制图形，没有必要从其它方向观察。而三维建模需要从不同方向观察建模结果，甚至要用动态观察器从任意方向上去观察。大家不妨先画一个矩形和圆，体会一下从不同方向观察的情况，尤其是等轴测视图的四个方向：西南、东南、东北、西北。l UCS工具栏：设置各种用户坐标系。三维建模时，坐标系极为重要。可以说驾驭坐标系是三维建模最基本的需要，也是最重要、最关键的起步。l 实体、实体编辑工具栏：创建实体及其对实体编辑，通过实例逐步了解、掌握。l 曲面工具栏：创建曲面模型，同样通过实例逐步了解、掌握。知识点l 拉伸命令EXTRUDE，图标；l Boolean运算的“差集”，图标；l 着色工具栏上的各个命令；l 视图工具栏上的不同观察方向；l 二维线框显示、消隐命令HIDE、显示模式系统变量DISPSILH的“0”、“1”模式；l 坐标系显示控制命令UCSICON。建模理念l 要多开图层，合理命名，并赋以不同颜色。要摒弃不开图层，并随即在“0”层画图的不良习惯。运用图层也是组织工程项目的需要。l 将象征模型位置的点置于世界坐标系的原点，便于观察模型。形体分析：铅笔有外围正六棱柱铅芯圆柱和顶端削成圆锥而成。创建步骤步序分步图示操作与说明1绘两图形1、 三维线框显示模式，西南方向观察；2、 POLYGON和CIRCLE命令在原点绘制对角距离为8的正六边形和CIRCLE半径为1的圆。2拉伸成型1、 执行EXTRUDE命令，拉伸高度为100，得两实体。2、 将铅芯移到另一图层。注：拉伸沿正向进行，与当前坐标系有关。3制成铅笔321 1、 复制铅芯到适当的位置；2、 Boolean运算的差集，先选正六棱柱，用回车（右击）确认，再拾取铅芯圆柱。结果是正六棱柱中心抽空了。显示方式变了：二维线框显示（坐标系的变化）、消隐HIDE、显示模式系统变量DISPSILH设为1。3、 再将复制的铅芯移至六棱柱的中心。着色显示，UCSICON命令，OFF回答，坐标系隐去了。4削铅笔准备3211、 转换新图层，显出坐标系UCSICONON。2、 用BOX、命令在适当位置造一202030高的长方体；3、 用原点坐标系，设置于长方体顶部中央（先用LINE命令在顶部绘一条对角线，移动坐标系时捕捉其中点即可）4、 用CONE，命令造一圆锥体825。5、 差集，用长方体差去圆锥体。5削铅笔321 1、 COPY移动长方体至铅笔底端中央；2、 差集运算；铅笔长方体。3、 移动长方体至铅笔底端中央；4、 差集运算；铅芯长方体。5、 面（或体）着色显示。6、 对锥面进行面着色思考：你能在六棱柱上写文字吗？技巧：l 充分利用“极轴”、“对象捕捉”、“对象追踪”三个绘图辅助功能，将大大地提高绘图效率和精度；l PLINE命令总是在XOY坐标面内绘图，而LINE命令可以在空间绘图。适当地画些辅助线，对目标捕捉很有帮助。实例2 晴雨伞制作结果见图2-1图2-1 晴雨伞知识点l EXTRUDE命令沿路径拉伸，几何要求：路径只能是平面光滑曲线；被拉伸的平面图形需与路径路径垂直。l UCS中绕坐标轴的坐标旋转，；l 实体编辑中的面修改；l 曲面工具栏中的回转曲面命令REVSURF，两个控制曲面线框显示密度的系统变量：SURFTAB1，SURFTAB2。建模理念l 通常图形绘制总是在XOY坐标面内进行。首先应明确要绘制的图形的空间位置，利用UCS系统，设法将坐标面XOY调整至所需空间位置状态，尔后才能绘制图形。l 关闭已建好的图层，可以清晰、便捷的绘图。形体分析：八边的伞面，伞面轮廓可视为圆弧；带弯勾的伞把。建模思路：以圆弧为母线绕伞把轴线回转一周形成伞面，用一圆沿伞把轴线为路径拉伸成伞把。创建步骤步序分步图示操作与说明1轴线和伞面弧线要保证直线与圆弧垂直1、 西南方向观察；2、 UCS绕X轴旋转90，使XOY面竖直，是为了伞垂直撑开；3、 PLINE从原点垂直向上绘一任意长的直线（如200）；4、 ARC绘制圆弧，C方式，以直线的下端点为圆心，上端点为起点，角度为60。2生成伞面1、 设置系统变量SURFTAB1为8；2、 转换图层到伞面；3、 执行REVSURF命令，生成伞面。依次拾取圆弧和直线。可以看出伞骨为8根，伞纬为缺省值6根。注：SURFTAB1控制经线数，SURFTAB2控制纬线数。3完成伞把轴线 1、 关闭伞面所在图层，转换到轴线图层；2、 PLINE先向下绘一小段直线，再向左前方绘制一半圆，保证比例适当；3、 二维线框显示。4伞面断面圆1、 回复上一坐标系或，使XOY水平；2、 CIRCLE绘制一大小恰当的圆。注：确保了圆与轴线垂直。拉伸后，圆已融入了实体之中。5伞把主体1、 转换到伞把图层；2、 执行EXTRUDE命令，拾取小圆后，以“P”（PATH路径）响应。意味着小圆将以路径拉伸，拾取圆弧把手轴线为路径；3、 实体编辑中的面修改，拾取圆弧端面（为方便拾取，将图形显示区窗口放大显示），继续以直线段路径拉伸修改；4、 关闭轴线图层，面着色显示。6伞把锥顶1、 面修改拉伸，高度约为直线段的，在输入角度1.5；2、 打开伞面图层。注：无论是实体成型拉伸还是面修改拉伸，都可以拉成锥度，正角度为收缩，负角度为扩散。收缩时，不应出现负空间，否则会失败。技巧：l ARC采用圆心、端点、角度的方法，保证了伞面饱满地撑开；l 常用面修改方法，编辑已造实体，使得造型快捷。实例3 实体模型为对造型思想有深切的认识，用前所学知识创建图3-1的底板。恐怕你们会认为它很简单：不就是先画好模型的正截面图形，再拉伸成实体吗！下面不妨先按照这种朴素的想法做一下，你会发现一些问题。图3-1 底板创建步骤步序分步图示操作与说明1正截面图形1、 俯视图方向绘制，方法不限；2、 南方向观察；2能拉伸吗？失败信息：Command: _extrudeCurrent wire frame density: ISOLINES=4Select objects: Specify opposite corner: 4 foundSelect objects: Specify height of extrusion or Path: 8Specify angle of taper for extrusion :Unable to extrude 4 selected objects.定义面域提示：Command: _regionSelect objects: Specify opposite corner: 4 foundSelect objects:1 loop extracted.1 Region created.分析：对较复杂的平面图形绘制来说，在绘制时会对图形进行编辑和修改，使得所绘图形为多个对象组合而成的封闭多边形，这样的封闭多边形是不能被拉伸成实体的。解决方法有二：用PEDIT命令将之JION成一个对象成单一对象的封闭多边形，即可拉伸；用REGION，命令先定义成一个面域，然后对此面域进行拉伸。建议用此方法处理。定义面域时可能会失败，此时要分析所绘制的平面图形，要求围成区域的对象必须首尾想接，不能有线条重叠现象。当然要观察命令提示区，看看是否成功创建。3成功拉伸 再次对用EXTRUDE命令说明：1、 能拉伸单一的封闭对象，或被拉伸的对象必须为一个封闭的对象。2、 以同时拉伸多个这样的对象。不妨先画好两个圆，与处理过的图形同时拉伸，可以看到它们都被成功的拉伸了。结论：EXTRUDE可以拉伸多个单一的封闭对象。4差运算1、底板两圆柱；2、体着色。1在底板的基础上，再加一些形体如图3-2，该如何创建呢？ 2 图3-2 加些形体形体1是在底板上面向上拉伸而成，形体2是在底板前面向后生成。先考虑形体1的创建：创建平面是底板上面，根据实例2的建模理念第一点，如何将坐标系平面XOY调整至底板上面呢？用原点坐标系命令，对形体2也同样如此。继续创建如下：5移坐标绘图1、 执行原点UCS，命令，移坐标系至底板上面的后中点；2、 绘制形体1的截面图形；3、 消隐显示。6拉伸移坐标1、 拉伸上步图形；2、 Boolean运算的“并集”，执行UNION，命令，与底板合并；3、 移坐标系至底板上面的前中点；4、 体着色显示。注：可以将不同图层的实体进行合并，合并后的实体在哪一层呢？取决于合并的顺序，先入为主，与当前层没有关系。7完成 1、 执行原点BOX命令，按图示尺寸和坐标系方向输入尺寸。长、宽、高分别与坐标轴X、Y、Z对应，正负也一致；2、 与前形体合并；3、 渲染后的结果，关于渲染以后介绍。从上面的创建实体的过程，尤其是底板的创建，可以看出，三维实体创建要从烦琐的二维平面图形的绘制才能进行，必然很枯燥乏味，这是没有造型思想的结果。实例开始，创建如图3-3的实体模型。图3-3 实体模型知识点l Boolean运算的“并集”，执行UNION，。l UCS中原点坐标系和三点坐标系；l BOX命令长、宽、高与坐标轴的一致性；l FILLET，命令；l 各种基本几何体的生成，以及其生成方向与坐标系的关系；l 三维编辑：三维阵列、三维旋转、三维镜像，从菜单“修改三维操作各种编辑”；l 图形窗口显示的各种控制方法。建模理念l 正确的形体组合分析。l 每步造型，必须得首先考虑并决定坐标系的方位。造型思想l 先叠加，后挖切；l 优先选用基本几何形体；l 如果不能用基本几何形体生成，那么适当将形体分解，使绘制二维图形简单；l 先粗略设计，后精细设计。主要是倒角（圆角，如铸造圆角和面倒角）和打孔。形体分析：实体模型，如机械零件通常有基本形体组合通过叠加和挖切而成，造型时应对形体的组合过程和方式进行分析。本实体模型在前实体形成的基础上，再开两槽而成。对底板来说，先忽略圆角，在分成两个长方体BOX；形体1的截面图形较简单，可用绘制图形再拉伸的方法创建；形体2用长方体BOX创建；锲形体3用WEDGE创建。挖切与形体1相似的形体和一长方体BOX。创建步骤步序分步图示操作与说明1底板后部1、 三维线框显示，西南方向观察；2、 执行BOX命令绘制底板后部；角点坐标（-40,0），“L”响应，长80、宽 25、高 8。2底板前部1、 点坐标系至前中点，为的是方便下步造型；2、 换另一图层；3、 执行BOX命令，在输入高时，拾取图示两点，其距离即为高。目的是保证了形体间的几何关系；4、 合并到前图层。3形体1准备 1、 恢复上一UCS，或世界UCS，因为上一UCS就是世界UCS；2、 用PLINE命令绘制截面图形；3、 用OFFSET命令向内偏置8，并将其直线段编辑到与后外侧面重合，为挖后槽准备。4形体11、 执行EXTRUDE命令，成型形体1；2、 与底板合并；3、 体着色显示。5形体21、 点坐标系至底板前上边中点；2、 执行BOX命令，高度尺寸应确保与半圆头相交，也确保要不超出总宽；3、 与前造型合并。6锲形体3 1. 点UCS，调整坐标系如图示，第一点为原点，第二点为X轴方向，第三点为Y轴方向；2、WEDGE，命令，输入长宽高；3、三维镜像至另一侧。不妨尝试一下用二维镜像的方法，实际上只要将XOY坐标面调整为基面，正如同人照镜子时的地面，而与之垂直的镜子面，就是镜像对称面，与地面的交线如同用二维镜像方法的对称轴。注：WEDGE命令与BOX命令相似，通常也用长宽高来响应，只不过在高度方向上，从长度X轴处以斜面（XOZ）代替而已。6挖后槽1、三维线框显示；2、拉伸第三步的OFFSET图形，高度足够；3、差集减去之；4、 体着色显示。7前槽准备 1、 原点坐标系至前上边中点；2、 执行BOX命令，角点坐标(-7,0,-7)，长14、宽30(超出凹槽即可)、高30。3、 差集减去之。注：至此粗略设计已完成。8倒圆角1、 三维线框显示，适当放大；2、 执行FILLET 命令，设置半径R为8后，逐一拾取要倒圆角的4个边；3、 回复原窗口大小显示，体着色。9打孔完成1、 执行CYLINDER， 命令，定位在前坐方圆角中心，圆柱体的轴线与Z轴一致；2、 复制到右侧，为方便对象捕捉，只将对象捕捉设置成圆心；3、 差集减去之。对坐标系的再认识：坐标系太重要了，每步造型，必先确定坐标系的方位，正如同战场的粮草先行。坐标系是造型的方向，也是造型路上的航标灯，是施工的前沿场所，也是造型顺利进行的重要保证。无论怎么夸奖它，都不过分。因此，必须要能驾驭坐标系。技巧：l 常常用拾取两点的方法，以这两点的距离来响应某一尺寸数值。这样做保证了形体间的尺寸关联，也就保证了其几何关系，尤其适用于自由创作。l 灵活使用图形显示的各种模式、图形窗口显示的各种控制方法，对拾取对象、观察形体很有帮助。实例4 实体模型创建如图4-1的实体模型。图4-1 实体模型知识点l SLICE，命令；l CHAMFER，命令；建模理念l 进一步理解先叠加，后挖切的造型思想。l 每步造型，先考虑坐标系的方位是为了创建的方便，根据分步形体的特点，能不动坐标系不是更好吗！l 拾取已知两点长度的方法，保证了形体间的几何关系，也提高了造型效率。形体分析：中间主体可先分解为两个长方体，再将前长方体倒角，合并而成。然后，加上左右两耳，用绘制平面图形的方法造型，顺便也将小孔圆画上，并同时拉伸后，布尔运算减去之。最后打中间大孔。创建步骤步序分步图示操作与说明1后长方体1、 维线框显示，西南方向观察；2、 行BOX命令，角点坐标（-25,0），“L”响应，长50、宽 10、高 40。2前长方体1、 转换图层，执行BOX命令，拾取上步长方体的前下角点为本长方体的起始角点，拾取上步长方体的长度的两点为本长方体的长。3倒角 1、 行CHAMFER命令，倒上面；2、 执行CHAMFER命令，倒左右两角；3、 合并。注：CHAMFER命令的具体讲解见例后。4两耳 1、 制耳形和孔圆；2、拉伸该两图形；3、差集：耳圆柱；2、 用二维镜像的方法，产生另一耳；5、 合并，体着色显示。5中圆柱 1、 维线框显示；2、 CYLINDER命令，造中圆柱；3、 与前造型合并；4、 西北等轴测视图，体着色显示。多出的圆柱体看下步处理。6切平1、 执行SLICE，命令，将多出的圆柱体切平，图标是把刀，很形象，不妨看成切西瓜，不过确定刀的位置是用一平面来表示，方法较多，与三维镜像一致。命令中还进一步提示是否保留两边。2、 用三维动态观察器，调整图形显示到恰当的视角。7打中孔1、执行CYLINDER命令，造中孔圆柱；2、差集减去之；3、西南等轴测视图，体着色显示。技巧：l 用二维镜像的方法对三维形体进行镜像，使得操作方便。 CHAMFER命令的使用：对下图所示的长方体的边1进行不等距倒角。 (a) 长方体 （b）拾取边1 （c）虚显前面 （d）完成倒角图4-2 不等距倒角Command: _chamfer(TRIM mode) Current chamfer Dist1 = 10.0000, Dist2 = 10.0000Select first line or Polyline/Distance/Angle/Trim/Method:拾取边1，见(b)图Base surface selection.Enter surface selection option Next/OK (current) :与边1相交有两个面，此时将前面虚显，如果输入N，则将顶面虚显。回车响应，认可前面。Specify base surface chamfer distance : 22回车。与边1向下倒角距离为22，以虚显面为依据。Specify other surface chamfer distance : Specify second point: 拾取长方体的宽度两角点，其距离就是另一倒角距离，也可直接输入数值。Select an edge or Loop: Select an edge or Loop: 再拾取边1，回车。练习 创建下列实体模型 练习 1练习 2练习 3练习 4练习 5练习 6实例5 神庙制作结果见图5-1图5-1 神庙知识点l “抽壳”，命令；l TABSURF，命令；l OOPS命令；l 查询命令，如：DIST建模理念l 将不同形体置于不同图层。l 充分利用三维实体的编辑功能。l 实体模型与面模型可以混建。形体分析：神庙模型基本上由各种三维基本实体构成，只有楼梯用规则面生成。神庙主体是由长方体经三维实体的编辑功能的面修改和球体、圆锥体进行合并，然后抽壳而成。四周的门楼都相同，只要造出其一，再阵列四个即可。阶梯用规则面生成，即用阶梯的截面线沿一指定的法线扫略而成。创建步骤步序分步图示操作与说明1主长方体1、执行ZOOM命令，用Center方式选择缩放区域： 设置屏幕窗口中心：Specify center point: 1000,1000,500设置屏幕窗口高度：Enter magnification or height : 30002、三维线框显示，西南方向观察；3、执行BOX命令，接受原点为角点；“L”响应：长2000、宽2000、高1000。注：用了“ZOOM”命令后，将很大的长方体显示在屏幕内了，这一老命令新用法，请体会。2顶面修改1、实体编辑中的面修改：选择顶面；拉伸高度：300；拉伸角度：60。2、继续对顶面进行面修改：拉伸高度：50；拉伸角度：（回车接受0度）。3穹顶与尖顶 1、 执行LINE命令，在顶面绘制一对边中点的辅助直线。该直线的中点就是球和圆锥的中心；2、 执行SPHERE命令，输入半径300；3、 执行CONE命令，输入半径100；高度600。注：LINE命令可以在空间绘图。4合并抽壳1、 合并三个实体；2、 用“抽壳”的方法，使整个对象（除底面外）向内脱出一厚为30的盖型壳体。注：“抽壳”较难理解，其具体讲解见例后。5屋谵1、原点坐标系于上某一角点；2、绘制两角点间的正方形；3、向外OFFSET 该正方形，偏距为50；4、ERASE掉神庙主体；5、将两正方形定义成面域；6、布尔运算：大正方形小正方形得一正方形面环；7、拉伸该面环，高度为90；8、执行OOPS命令，恢复掉神庙主体。注：OOPS命令只能恢复一次最近被檫掉的对象。6护石1、 原点坐标系于某一底边的中点；2、 执行BOX命令：长700、宽100、高200；3、 执行MOVE命令：将护石沿Y轴正向移动450；4、 执行MIRROR命令：镜像另一块护石；7阶梯1、 窗口放大护石，以便绘图造型；2、 点坐标系于护石大面处；3、 PLINE命令绘制阶梯截面线：每阶高25、宽40。由于阶梯较多，可以采用先绘制部分，再COPY的方法，并将它们PEDIT编辑为一个对象；4、 LINE命令绘制两护石角点间的一直线，此线将是阶梯面的法线；5、 执行TABSURF命令：拾取阶梯截面线为路径曲线，拾取直线为方向矢量。8门立柱(1)1、 调整坐标系：原点于护石厚度中点，Z轴向上（先回到世界坐标系，再用原点坐标系）；2、 造一圆柱体：圆心（-90，0，0），半径25，高400；9门立柱(2)1、 阵列：在当前的坐标系下，可以用二维阵列命令对三维对象进行阵列。6行2列；行距200、列距90；2、 执行ERASE命令：檫去后面多余的四个立柱。10门头基座(1)在门立柱上面要放置一块基板：110029060，为确定其角点位置，先画些辅助线，为使辅助线的端点位置准确，可以借助系统提供的查询命令，如用DIST查出前立柱至神庙主体角点的X距离为180。用LINE命令绘辅助线： 前排立柱两边圆心连线； 从连线的中点沿X方向绘180，再沿Y方向绘550，再沿X方向绘290。该端点就是门头基座的一角点。11门头基座(2)用BOX命令创建：角点为上步最后一直线的端点，尺寸：11002906012门头顶1、 调整坐标系，使X向左前方；2、 执行WEDGE命令：以门头基座上角点