《三维实体造型》PPT课件

机械CAD基础第十讲三维实体造型,一、图形学原理,1三维实体计算机图形学的许多应用都涉及到三维几何信息在计算机内的表示，这类问题统称为三维几何造型。曲面造型：研究在计算机内如何描述一张曲面。实体造型：研究如何在计算机内定义、表示一个三维物体。Pro-E、UG、SolidWorks软件等。,2三维实体的表示方法,2.1体素构造表示法（CSG树表示法）正则三维物体形体是由封闭表面围成的维数一致的有效空间正则体。存在孤立“悬边”、“悬面”的体是维数不一致的形体非正则体。,正则体具有“悬边”、“悬面”的非正则立体非正则体,2.2物体间的正则运算物体间的并、交、差是实体造型技术中构成物体的最基本的手段之一。图简要的表示了两个三维物体间的并、交、差运算。,物体之间的并、交、差可以用点集的正则集合运算定义：,23物体的CSG树表示,一个复杂的物体可以由一些简单、规则的基本体素经上述逻辑运算而得到。这个复杂的物体可以描述为树结构。这棵树的树叶为基本体素，中间结点为正则逻辑运算。此树被称为CSG树。特点：表示一个复杂物体十分简洁。支持对这个物体的一切性质的计算，如体积、重心计算等，也包括了与别的物体相互关联的性质。,2.4边界表示法,三维物体可以通过描述它的边界来表示，即三维物体的边界表示法。特点是：描述了物体的几何信息和拓扑信息。在边界表示法中可以定义一系列操作来建立三维物体。常用的这类运算有“扫描”运算、欧拉运算、集合运算等。,“扫描”运算可以将一个二维区域转换为三维物体，常用的“扫描”运算有平移式、旋转式和广义式。,平移式“扫描”运算,旋转式“扫描”运算,广义式“扫描”运算,2.5八叉树表示法,将立方体等分为八个小立方体，其边长为原来的一半。若某个小立方体内空间全部被所表示的物体占据，则将此立方体标识为“FULL”；若它与所表示的物体无交，则标识为“EMPTY”，否则将它标识为“PARTIAL”，并继续分割下去。以此方式，物体在计算机内可表示为一棵八叉树。特点：物体之间的集合运算在八叉树表示中具有十分简单的形式。也大大简化了隐藏线和隐藏面的消除。最大缺点是它占用存储很多。,2.65其他表示法,基于参数化的表示方法,基于特征的实体造型表示法,特征造型方法中的特征，是指具有一定工程语义的几何形状。具有设计语义和功能语义的形状称为设计特征。,二、三维几何造型,1造型环境设置,世界坐标系WCS和用户坐标系UCS世界坐标系的原点在左下角，向上为+Y方向，向右为+X方向，坐标系的位置和方向是不变的。用户坐标系原点的位置、坐标轴的方向都可以根据用户的需要进行设定。利用UCS命令进行设定。系统默认用户坐标系与世界坐标系重合，都在左下角。,二、三维几何造型,1造型环境设置,用户坐标系UCS（UserCoordinateSystem）。,11用户坐标系的建立UCS命令建立用户自定义坐标系。命令执行过程：启动UCS命令后，AutoCAD在命令行提示用户：当前UCS名称:当前值输入选项新建(N)/移动(M)/正交(G)/上一个(P)/恢复(R)/保存(S)/删除(D)/应用(A)/?/世界(W):,1）创建新的用户坐标系（N）2）移动用户坐标系（“M”）3）使用AutoCAD预置的UCS（“G”）4）恢复最近使用过的UCS（“P”）5）恢复使用保存过的的UCS（“R”）6）保存UCS（“S”）7）将当前视窗中的UCS用于其它视窗中（“A”）,12用户坐标系的管理UCSMAN命令对用户自己定义的坐标系统进行存储、删除、应用等操作，AutoCAD提供了一个管理工具UCS管理器,1）命名UCS操作2）使用预置的正交UCS3）设置UCS与图标,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。,1.2.1三维几何造型的观察方法,122视点的设置,VPOINT和DDVPOINT命令是实现这一功能的两个不同操作方式。视图三维视图视点,1）用VPOINT命令设置视点指定视点设置观察方向：视图为观察者从空间向原点(0,0,0)方向观察的结果。,使用角度设置观察方向：输入“R”：输入XY平面中与X轴的夹角:输入与XY平面的夹角:,使用坐标球和三轴架设置观察方向：,2）用DDVPOINT命令预置视点,设置观察方向所使用的坐标系设置观察方向与X轴角度设置观察方向与XY平面的角度单击“设为平面视图”按钮观察图形的平面视图，平面视图的查看方向是：与X轴角度为270度，与XY平面夹角为90度。,123平面视图设置,Plan命令视点：0，0，1将当前视口设置为平面视图,124三维模型的多视口观察,视图视口命令：vports,2三维面的创建,菜单栏：绘图曲面21三维面（命令：3DFACE）22直纹曲面（命令：RULESURF）SURFTAB1:曲面的网格密度，值越大，曲面越光滑。23旋转曲面（命令：REVSURF）SURFTAB1：旋转方向SURFTAB2：轴线方向24平移曲面（命令：TABSURF）25三维基本形体表面（绘图表面三维表面）,3三维实体的创建,菜单栏：绘图实体31长方体（命令：BOX）32球体（命令：SPHERE）33圆柱体（命令CYLINDER）Isolines：当前线框密度34圆锥体（命令：CONE）35楔形体（命令：WEDGE）36圆环体（命令：TORUS）,4复杂几何实体的创建,41拉伸成型（命令：EXTRUDE）：用户可以拉伸封闭多段线、多边形、圆、椭圆、封闭样条曲线、圆环和面域，但是不能够拉伸包含在块中的对象，以及具有相交或自相交线段的多段线。倾斜角度：正：从基准对象逐渐变细的拉伸负：从基准对象逐渐变粗的拉伸41旋转成型（命令：REVOLVE）,5几何实体的逻辑运算,51并运算（命令：UNION）：用户可以合并不在同一区域或空间中的面域或实体。可以将相互不相交或接触的面域或实体进行合并。5.2差运算（命令：SUBTRACT）5.3交运算（命令：INTERSECT）,6三维实体的剖切,6.1剖切实体SLICE命令将实体从指定平面处切开，用户可对切开的部分进行有选择的保留。,6.2生成剖面SECTION命令从给出的三维实体上方便地创建该实体任意位置的截面图形。,71三维实体的旋转（命令：ROTATE3D）绕指定两点定义的轴旋转绕指定对象定义的轴旋转：输入“O”绕最近使用过的轴旋转：输入“L”绕当前视口观察方向定义的轴旋转：输入“V”绕与坐标轴平行的轴旋转：输入“X”、“Y”或“Z”,7三维实体的编辑与修改在二维绘图中介绍过的图形编辑命令，大多数对于三维图形也是适用的，且操作步骤基本相同。菜单：修改三维操作实体编辑,72三维实体的阵列（命令：3DARRAY）,l创建矩形阵列：在上面的提示中输入“R”,l创建环形阵列：输入“P”：,73三维实体的镜像（命令：MIRROR3D）,沿指定的镜像平面镜像对象。命令执行过程：选择对象:(选择要进行镜像操作的对象)指定镜像平面的第一个点(三点)或对象(O)/最近的(L)/Z轴(Z)/视图(V)/XY平面(XY)/YZ平面(YZ)/ZX平面(ZX)/三点(3):,74三维实体的对齐（命令：ALlGN）命令执行过程：选择对象:(选择要对齐的对象)指定第一个源点:(指定源实体上的第1点)指定第一个目标点:(指定目标实体上的第1点)指定第二个源点:指定第二个目标点:指定第三个源点或:指定第三个目标点:,75三维实体倒圆角（命令：FILLET）,命令执行过程：选择第一个对象或多段线(P)/半径(R)/修剪(T):(选取实体的边)输入圆角半径:(输入倒圆角的半径)直接选择一条需进行倒角的边，继续提示用户：选择边或链(C)/半径(R):在以上提示下输入“C”在以上提示下输入“R”,76三维实体倒直角（命令：CHAMFER）,命令执行过程：选择第一条直线或多段线(P)/距离(D)/角度(A)/修剪(T)/方法(M):