好第11章CAD三维立体造型原理及概述

第11章三维立体造型原理及概述,11.1原理及概述11.2水平厚度(Elev)11.3厚度(Thickness)11.4三维多段(3DPolyline)11.5着色(Shade)11.6渲染(Render)11.7消隐(Hide)11.8坐标系变换(UCS),11.9三维动态观察器(3DOrbit)11.10模型空间(ModelSpace(Tiled)11.11布局(Layout)/图纸空间(PaperSpace)11.12模型兼容空间(ModelSpace(Floating)11.13视图(口)变换(Viewports)11.14三维视图变换(3DViews),11.1原理及概述,在工程图学中常把一般的物体称为组合体。组合体是由一些基本几何体组合而成的。组合就是将基本几何体通过布尔运算求并(叠加)、求差(挖切)、求交而构成的形体。基本几何体是形成各种复杂形体的最基本形体，如立方体、圆柱体、圆锥体、球体和环体等。基本几何体的形成有两种方式：一是先画一个底面特征图，再给一个高度，就形成一个拉伸柱体，例如底面是一个六边形，拉伸一个高度，就是一个六棱柱；二是画一个封闭的断面图形，将其绕一个轴旋转，从而形成一个回转体。,在AutoCAD中，提供了常见的基本几何体，并提供了布尔运算以及形成基本几何体的两种方式：生成拉伸体和回转体。但其绘制基本几何体的高度方向均为Z轴方向，拉伸体的拉伸方向也为平面图形的垂直法线方向。所以，要想制作各个方向的几何形体，就必须进行坐标系变换。AutoCAD提供了方便的用户坐标系。如图11-1所示，要在一个立体中挖去一个垂直的圆柱体很容易，而要挖一正面或侧面的圆柱体，就必须先将坐标系绕X轴或Y轴转90，再画圆柱体，这样才能达到目的。如果要在任意方向挖孔，就必须先建立任意方向的用户坐标系。所以，要学习三维造型，首先要学习AutoCAD中的坐标系变换。,图11-1三维原理,对于一个复杂的立体，从一个方向观看，不可能观察清楚，因此在AutoCAD中提供了三维视点，可方便地从任意方向观察立体。AutoCAD同时提供了多窗口操作，可将视窗任意分割，从而可以同时通过多窗口操作来观察立体的各个方向。AutoCAD还提供了多种效果：消隐、着色和渲染，其中有多种不同的着色效果。本章主要介绍坐标系变换、视窗变换和视点变换，以及各种效果和各种空间。,11.2水平厚度(Elev),在设置水平(即Z方向的起点)及厚度后，用二维绘制命令就可以绘制一些有高度的三维图形(二维半图形)。命令:elev(键入命令)Command:elev指定新的缺省标高:(缺省)Specifynewdefaultelevation:指定新的缺省厚度:5Specifynewdefaultthickness:5,用二维绘图命令可以绘制线、圆、弧、多边形和多段线等，如图11-2所示。注意：此命令对结构线、多义线、椭圆和矩形等不起作用。用户可以通过命令中的选项设置矩形的水平和厚度。如果需要继续绘制平面图形，要将水平和厚度重新设置为0。,图11-2有厚度的图形,11.3厚度(Thickness),在设置厚度后，用二维绘制命令就可以绘制一些有高度的三维图形。与elev命令不同的是，该命令不能指定标高(设置水平)，只能指定厚度。格式厚度(FormatThickness)命令:_thicknessCommand:_thickness输入THICKNESS(厚度的新值):5EnternewvalueforTHICKNESS:5,11.4三维多段(3DPolyline),3D多段线与2D多段线的绘制方法一样，不同的是3D多段线可以给出Z坐标，但是不能绘制弧线。绘制3D多段线时，可选择“绘制”(Draw)菜单中的“三维多段线”(3DPolyline)菜单命令。默认工具条中没有此命令。在东南视点下绘制一条3D多段线，如图11-3所示。,绘图三维多段线(Draw3DPolyline)命令:_3dpolyCommand:_3dpoly指定多段线的起点:0,0,0Specifystartpointofpolyline:0,0,0指定直线的端点或放弃(U):0,0,30SpecifyendpointoflineorUndo:0,0,30指定直线的端点或闭合(C)/放弃(U):40,0,SpecifyendpointoflineorClose/Undo:40,0指定直线的端点或闭合(C)/放弃(U):0,50SpecifyendpointoflineorClose/Undo:0,50指定直线的端点或闭合(C)/放弃(U):0,0,30SpecifyendpointoflineorClose/Undo:0,0,30指定直线的端点或闭合(C)/放弃(U):SpecifyendpointoflineorClose/Undo:,11.5着色(Shade),着色命令在“视图”(View)主菜单项的下拉菜单中，它有下一级菜单及图形工具条，如图11-4所示，其中包括多种着色效果。点击即可在屏幕上呈现着色效果。视图着色平面着色(ViewShadeFlatShade)命令:_shademode当前模式:三维线框输入选项Command:_shademodeCurrentmode:3D二维线框(2D)/三维线框(3D)/消隐(H)wireframeEnteroption2Dwireframe/3Dwireframe,/平面着色(F)/体着色(G)/带边框平面着色(L)/Hidden/Flat/Gouraud/fLat+edges/gOuraud/带边框体着色(O):_f+edges:_f,图11-4着色下拉菜单及图形工具条,图11-5渲染下拉菜单及图形工具条,11.6渲染(Render),渲染命令在“视图”(View)主菜单项的下拉菜单中，它有下一级菜单及图形工具条，如图11-5所示，其中包括多种渲染效果,如图11-6(b)所示。由于渲染涉及到光学、美感、色彩和背景等多方面的知识，而且AutoCAD的渲染效果不如3DSMAX的渲染效果，所以在此不作详细介绍。视图渲染渲染(ViewRenderRender),命令:_renderCommand:_render加载配景对象模式。LoadingLandscapeObjectmodule.正在初始化Render.InitializingRender.初始化系统配置.已完成。Initializingpreferences.done.使用当前视图。Usingcurrentview.已选择缺省场景。Defaultsceneselected.,11.7消隐(Hide),消隐效果就是将被挡住的线自动隐藏起来，使图形看起来简单明了。本书的大部分立体图为消隐效果图，如图11-6(c)所示。消隐命令在“视图”(View)主菜单项的下拉菜单中。视图消隐(ViewHide),命令:_hide正在重生成模型Command:_hideRegeneratingmodel.,(a)(b)(c)图11-6效果图,11.8坐标系变换(UCS),坐标系变换即使用用户坐标系统。坐标系变换命令在“工具”(Tools)主菜单项的下拉菜单中，点击“新建UCS”，即打开其下一级菜单，如图11-7所示。坐标系变换UCS的图形工具条如图11-8所示。点击“命名UCS”选项卡，显示如图11-9所示的对话框，用户可在该对话框中直观地选取已命名的UCS。点击详细信息按钮，显示当前坐标系原点，如图11-10所示。点击如图11-11所示的“正交UCS”选项卡，可以方便地选取常用的六个基本视图的坐标系。用户也可以从下拉菜单中选取坐标系，如图11-12所示。系统默认的坐标系为世界坐标系(World)，用户可方便地将坐标系绕轴旋转来变换坐标系，或任选三点确定任意平面，设置平行于该任意平面的UCS，并可将UCS存储、移动、取出或删除。,图11-7新建UCS下拉菜单,图11-8新建UCS图形工具条,命令:_ucsCommand：_ucs用户通过下面坐标系变换实例，可以容易地学会坐标系变换。,图11-9命名(NamedUCS)对话框,图11-10详细信息对话框,图11-11正交UCS(OrthoUCS)对话框,图11-12正交UCS(OrthoUCS)下拉菜单,13D视点视图三维视图东南等轴测(View3DViewsSEIsometric)设置一个三维视点，才可以观看三维效果。命令:_-viewCommand:_-view输入选项?/正交(O)/删除(D)/恢复(R)/保存(S)Enteranoption?/Orthographic/Delete/Restore/UCS(U)/窗口(W):_seiso/Save/Ucs/Window:_seiso,2缩放视图缩放中心点(ViewZoomCenter)三维作图时，选用中心点缩放，便于确定屏幕的中心。,命令:_zoomCommand:_zoom指定窗口角点，输入比例因子(nX或nXP)，Specifycornerofwindow,enterascalefactor或全部(A)/中心点(C)/动态(D)/范围(E)/(nXornXP),orAll/Center/Dynamic/Extents/上一个(P)/比例(S)/窗口(W):_cPrevious/Scale/Window:_c指定中心点:0,20(屏幕中心点位置)Specifycenterpoint:0,20输入比例或高度:80(高度)Entermagnificationorheight:80,3.着色视图着色体着色(ViewShadeGouraudShade)命令:_shademode当前模式:二维线框Command:_shademodeCurrentmode:输入选项二维线框(2D)/三维线框(3D)Enteroption2Dwireframe/3D/消隐(H)/平面着色(F)/体着色(G)/带边框wireframe/Hidden/Flat/Gouraud/fLat+edges平面着色(L)/带边框体着色(O):_g/gOuraud+edges:_g,4楔形绘图实体楔形(DrawSolidWedge)绘制楔形作为参考体，如图11-13所示。命令:_wedgeCommand:_wedge指定楔体的第一个角点或中心点(CE)SpecifyfirstcornerofwedgeorCEnter:指定角点或立方体(C)/长度(L):30,30,30SpecifycornerorCube/Length:30,30,30,图11-13楔形,图11-14水平圆柱,5设置捕捉工具草图设置对象捕捉(ToolsDraftingSettingsObjectSnap)在捕捉对话框中，勾选端点(Endpoint)，将其余的取消。命令:_dsettingsCommand:_dsettings6圆柱体绘图实体圆柱体(DrawSolidsCylinder)绘制水平圆柱体，如图11-14所示。,命令:_cylinderCommand:_cylinder当前线框密度:ISOLINES=4Currentwireframedensity:ISOLINES=4指定圆柱体底面的中心点或椭圆(E):Specifycenterpointforbaseofcylinderor(捕捉A点)Elliptical:(捕捉A点)指定圆柱体底面的半径或直径(D):Specifyradiusforbaseofcylinderor10(半径)Diameter:10指定圆柱体高度或另一个圆心(C):5(高度)SpecifyheightofcylinderorCenterofotherend:5,7坐标系变换工具新建UCSX(ToolsNewUCSX)或工具正交UCS前视将坐标系绕X轴转90，以便绘制正平圆柱体。命令:_ucsCommand:_ucs当前UCS名称:*世界*Currentucsname:*WORLD*输入选项新建(N)/移动(M)/正交(G)/上一个(P),EnteranoptionNew/Move/orthoGraphic/恢复(R)/保存(S)/删除(D)/应用(A)/?/世界(W)/Prev/Restore/Save/Del/Apply/?/World:_x:_x指定绕X轴的旋转角度:SpecifyrotationangleaboutXaxis:,8圆柱体绘图实体圆柱体(DrawSolidsCylinder)绘制正平圆柱体，如图11-15所示。命令:_cylinderCommand:_cylinder当前线框密度:ISOLINES=4Currentwireframedensity:ISOLINES=4指定圆柱体底面的中心点或椭圆:Specifycenterpointforbaseofcylinderor,Elliptical:(捕捉B点)指定圆柱体底面的半径或直径(D):10SpecifyradiusforbaseofcylinderorDiameter:10指定圆柱体高度或另一个圆心(C):5SpecifyheightofcylinderorCenterofotherend:5,9坐标系变换工具新建UCSY(ToolsNewUCSY)或工具正交UCS右视将坐标系绕Y轴转90，以便绘制侧平圆柱体。命令:_ucsCommand:_ucs当前UCS名称:*没有名称*Currentucsname:*NONAME*输入选项新建(N)/移动(M)/正交(G)/上一个(P)EnteranoptionNew/Move/orthoGraphic/Prev,/恢复(R)/保存(S)/删除(D)/应用(A)/?/世界(W)/Restore/Save/Del/Apply/?/World:_y:_y指定绕Y轴的旋转角度:SpecifyrotationangleaboutYaxis:,10圆柱体绘图实体圆柱体(DrawSolidsCylinder)绘制侧平圆柱体，如图11-16所示。命令:_cylinderCommand:_cylinder当前线框密度:ISOLINES=4Currentwireframedensity:ISOLINES=4指定圆柱体底面的中心点或椭圆(E):Specifycenterpointforbaseofcylinderor(捕捉C点),命令:_cylinderCommand:_cylinder当前线框密度:ISOLINES=4Currentwireframedensity:ISOLINES=4指定圆柱体底面的中心点或椭圆(E):Specifycenterpointforbaseofcylinderor(捕捉C点)Elliptical:(捕捉C点)指定圆柱体底,指定圆柱体底面的半径或直径(D):10(半径)SpecifyradiusforbaseofcylinderorDiameter:10指定圆柱体高度或另一个圆心(C):5(高度)SpecifyheightofcylinderorCenterofotherend:5,图11-15正平圆柱体,图11-16侧平圆柱体,11.坐标系变换工具新建UCS三点(ToolsNewUCS3Point)设置任意三点确定的坐标系。命令:_ucsCommand:_ucs当前UCS名称:*没有名称*Currentucsname:*NONAME*输入选项新建(N)/移动(M)/正交(G)/上一个(P)EnteranoptionNew/Move/orthoGraphic/Prev/恢复(R)/保存(S)/删除(D)/应用(A)/?/世界(W)/Restore/Save/Del/Apply/?/World:_3,:_3指定新原点:(捕捉A点)Specifyneworiginpoint:在正X轴范围上指定点:SpecifypointonpositiveportionofX-axis(捕捉D点):在UCSXY平面的正Y轴范围上指定点Specifypointonpositive-YportionoftheUCS:(捕捉C点)XYplane:,图11-173点法向的圆柱体,12.圆柱体绘图实体圆柱体(DrawSolidsCylinder)绘制平行于任意平面的圆柱体，如图11-17所示。命令:_cylinderCommand:_cylinder当前线框密度:ISOLINES=4Currentwireframedensity:ISOLINES=4指定圆柱体底面的中心点或椭圆(E):Specifycenterpointforbaseofcylinderor(捕捉D点),Elliptical:(捕捉D点)指定圆柱体底面的半径或直径(D):10(半径)SpecifyradiusforbaseofcylinderorDiameter:10指定圆柱体高度或另一个圆心(C):5(高度)SpecifyheightofcylinderorCenterofotherend:5,13.坐标系变换工具新建UCS世界坐标(ToolsNewUCSWorld)回到世界坐标系。命令:_ucsCommand:_ucs当前UCS名称:*世界*Currentucsname:*world*输入选项新建(N)/移动(M)/正交(G)/上一个(P)EnteranoptionNew/Move/orthoGraphic/Prev/恢复(R)/保存(S)/删除(D)/应用(A)/?/世界(W)/Restore/Save/Del/Apply/?/World:_w:_w,14.设置特性修改对象特性(ModifyProperties)重复命令，将四个圆柱及立方体改变成不同的颜色，以便区分不同视点观察的图形。用户也可以在绘制每个圆柱前改变颜色。命令:_propertiesCommand:_properties(选一个圆柱。在对话框中点击颜色按钮，选一种颜色。注意每次按Esc键取消所选物体),15.消隐效果视图消隐(ViewHide)命令:_hideCommand:_hide16.着色效果视图着色面着色(ViewShadeFlatShade)多种着色效果均可尝试。命令:_shademode当前模式:体着色,Command:_shademodeCurrentmode:Gouraud输入选项二维线框(2D)/三维线框(3D)/消隐(H)Enteroption2Dwireframe/3Dwireframe/平面着色(F)/体着色(G)/带边框平面着色(L)/Hidden/Flat/Gouraud/fLat+edges/gOuraud/带边框体着色(O):_f+edges:_f,17.渲染效果视图渲染渲染(ViewRenderRender)命令:_render加载配景对象模式。Command:_renderLoadingLandscapeObjectmodule.正在初始化Render.InitializingRender.初始化系统配置.已完成。Initializingpreferences.done.使用当前视图。Usingcurrentview.已选择缺省场景。Defaultsceneselected.,11.9三维动态观察器(3DOrbit),通过3DORBIT命令可在当前视口中激活三维视图。三维动态观察器的图形工具条如图11-18所示。其中主要有在三维动态观察器中进行平移和缩放、使用投影选项、着色对象、使用形象化辅助工具、调整剪裁平面、打开和关闭剪裁平面等功能按钮。,图11-18三维动态观察器(3DOrbit)工具条,三维动态观察器视图显示一个转盘(弧线球)，被四个小圆划分成四个象限。当运行3DORBIT命令时，查看的起点或目标点被固定，查看的起点或相机位置绕对象移动，弧线球的中心是目标点。当3DORBIT活动时，查看的目标保持不动，而相机的位置(或查看点)围绕目标移动。目标点是转盘的中心，而不是被查看对象的中心。注意3DORBIT命令活动时无法编辑对象。在转盘的不同部分之间移动光标时，光标图标的形状会改变，以表明视图旋转的方向。当该命令活动时，其他3DORBIT选项可从绘图区域的快捷菜单或“三维动态观察器”工具栏中访问。3DORBIT命令在当前视口中激活，一个交互的三维动态观察器。当3DORBIT命令运行时，可使用定点设备操纵模型的视图，既可以查看整个图形，也可以从模型四周的不同点查看模型中的任意对象，并可连续动画观看图形。,视图三维动态观察器(View3DOrbit)命令:_3dorbitCommand:_3dorbit,11.10模型空间(ModelSpace(Tiled),前面绘制的所有图形(二维和三维)都是在模型空间中进行的。模型空间的多视窗不能满足同时在一张纸上出图，只能将激活的一个视窗的图形输出。要多视窗、多视点同时输出图形，必须先到布局(图纸)空间。点击绘图区下的模型(Model)，可回到模型空间。命令:Command:正在重生成模型。Restoringcachedviewpors.,11.11布局(Layout)/图纸空间(PaperSpace),在模型空间建好模型后，点击下拉菜单或点击绘图区下的布局(Layout)，可激活图纸空间，如图11-19所示。在图纸空间可绘图或出图，只有在图纸空间用多窗口绘制的图，才能同时打印在一张图纸上。在布局中，一般默认的是一个视窗，如不需要，可用删除命令删去，然后再设置多视窗。此时多视窗的图形一样，无法调整，所以必须点击状态行中的图纸/模型(Paper/Model)按钮，切换到模型图纸兼容空间进行多视点调整，然后再回到图纸空间，这样才能在一张纸上多视窗多视点同时输出图形。在图纸空间也可以绘制平面图(见15.2节)。,绘图实体设置视图(DrawSolidsSetupView)命令:Command:正在重生成布局。Regeneratinglayout.正在重生成模型。Regeneratingmodel-cachingviewports.,图11-19图纸(Paper)空间,11.12模型兼容空间(ModelSpace(Floating),点击状态行中的图纸/模型(Paper/Model)按钮，切换到模型图纸兼容空间，如图11-20所示。在模型图纸兼容空间，每个视窗相当于一个模型空间，可以进行视点、平移、缩放等调整，并可以产生投影轮廓线及虚线，将立体投影成平面视图，然后回到图纸空间出图。命令:_.MSPACECommand:_.MSPACE命令:_.PSPACECommand:_.PSPACE,图11-20图纸/模型(Paper/Model)空间,11.13视图(口)变换(Viewports),在一般情况下开设的新图均在模型空间，所绘制的图形也在模型空间。视图(口)变换可以在模型空间进行，也可以在布局(图纸)空间进行。视图(口)变换命令在主菜单项“视图(View)”的下拉菜单中，如图11-21所示。点击其下一级菜单中的“命名视口”菜单项，显示如图11-22所示对话框，用户可在图中直观地选取布局格式，并可以多视窗同时显示。下面以九视窗为例进行介绍(接11.8节坐标系变换的例子)。,图11-21视口(Viewports)下拉菜单,图11-22命名视口(Named)对话框,1.视图变换视图视窗变换3个视窗(ViewViewports3Viewports)将视窗垂直分成三个，如图11-23所示。命令:_-vportsCommand:_-vports输入选项保存(S)/恢复(R)/删除(D)/合并(J)EnteranoptionSave/Restore/Delete/Join,/单一(SI)/?/2/3/4:_3/SIngle/?/2/3/4:_3输入配置选项水平(H)/垂直(V)/上(A)/下(B)EnteraconfigurationoptionHorizontal/Vertical/左(L)/右(R):v/Above/Below/Left/Right:v,图11-23垂直三视窗,重复该命令，用鼠标分别击活各视窗，将其水平分成三个视窗，此时屏幕分成九个视窗,如图11-24所示。命令:Command:-VPORTS-VPORTS输入选项保存(S)/恢复(R)/删除(D)/合并(J)EnteranoptionSave/Restore/Delete/Join,/单一(SI)/?/2/3/4:/SIngle/?/2/3/4:输入配置选项水平(H)/垂直(V)/上(A)/下(B)EnteraconfigurationoptionHorizontal/Vertical/左(L)/右(R):h/Above/Below/Left/Right:h,图11-24九视窗,11.14三维视图变换(3DViews),视图变换命令在“视图”(View)主菜单项的下拉菜单中，点击“三维视图”(3DViews)，即可打开下一级菜单，如图11-25所示。三维视图图形工具条如图11-26所示。从AutoCADR14开始，在3D视图菜单中可方便地点击选取常用的前视、俯视、左视等平面视图和西南、东南等角视图。点击菜单中的“视点预置”(Select)菜单项，显示如图11-27所示对话框，可在图中直观地选取视角。点击菜单中“视点”(Vpoint)菜单项，可旋转坐标轴，任意改变视点(特别注意，AutoCAD中坐标系随视图的平面视点自动变换)。,图11-25三维视图下拉菜单,分别击活如图11-24的各个窗口，按基本视图的投影位置，给各个窗口设置不同的视点,如图11-27所示。,图11-26三维视图(Views)图形工具条,图11-27视点预置(ViewpointPresets)对话框,1主视图视窗三维视图主视(View3DViewsFront)将图11-24中第二行第二列的对应窗口中的视图设为前视图。命令:_-view输入选项?/正交(O)/删除(D)Command:_-viewEnteranoption?/Orthographic/恢复(R)/保存(S)/UCS(U)/窗口(W):_front/Delete/Restore/Save/Ucs/Window:_front,2左视图视窗三维视图左视(View3DViewsLeft)将图11-24中第二行第三列所对应窗口中的视图设为左视图。命令:_-view输入选项?/正交(O)/删除(D)Command:_-viewEnteranoption?/Orthographic/恢复(R)/保存(S)/UCS(U)/窗口(W):_left/Delete/Restore/Save/Ucs/Window:_left,3俯视图视窗三维视图俯视(View3DViewsTop)将图11-24中第三行第二列所对应窗口中的视图设为俯视图。命令:_-view输入选项?/正交(O)/删除(D)Command:_-viewEnteranoption?/Orthographic/恢复(R)/保存(S)/UCS(U)/窗口(W):_top/Delete/Restore/Save/Ucs/Window:_top,4.仰视图视窗三维视图仰视(View3DViewsBottom)将图11-24中第一行第二列所对应窗口中的视图设为仰视(底视)图。命令:_-view输入选项?/正交(O)/删除(D)Command:_-viewEnteranoption?/O