CAD第四讲 三维绘图基础知识

第9章三维绘图基础知识第9章三维绘图基础知识9.1三维和二维之间的差异9.2常用的三维术语9.3三维坐标系与用户坐标系9.4设置标高和厚度9.1三维和二维之间的差异对于AutoCAD系统本身来说，三维和二维之间是没有差别的，AutoCAD总是具有完整的三维功能。然而，对于多数用户而言，三维和二维两者之间的操作具有很大的不同。其中根本的差别是，对象除了具有高度和宽度外还可在另外一个方向进行操作，即能够生成具有厚度的对象。这就使得对象具有另一维尺寸，其结果将会使输入方法发生变化。9.1三维和二维之间的差异对象具有另一维尺寸也将影响到观察的方式。对于二维操作，总是对着绘图平面观察。对于三维操作，因为一个对象常在另一个对象之上，因而，总是以一定的角度观察对象。此外，在构造模型时会以不同的方向观察，也许在屏幕上会有几个视口(Viewport)，即同时从不同的视点观察模型。9.2常用的三维术语9.2.1模型9.2.2线框模型9.2.3表面模型9.2.4实体模型9.2.5渲染9.2.1模型与用粘土、石膏或纸板代替某些实物或平面对象时使用的术语相同，在AutoCAD中建立的三维对象一般称为模型（model）。与这些物理模型一样，AutoCAD的模型是真正的三维对象，且容易建立和修改；但又不同于物理模型，不可以直接接触。建立一个模型的过程称为造型（modeling）。虽然术语“模型”和“造型”也可用于AutoCAD的二维对象，但是，它们通常用于三维模型，二维操作中涉及到的称为作图或绘图。9.2.2线框模型线框模型（WireframeModel）仅仅用边来表示一个对象，在各边之间什么东西都没有。因而，位于对象后的线条无法隐去。图中表示了一个简单的线框模型。该模型由15条边构成，用两个圆表示一个圆孔的边界。9.2.3表面模型表面模型（SurfaceModel）在各边之间具有一个由计算机确定的无厚度表面。虽然，表面模型看起来是一个实体，但是实际上是一个空的外壳。9.2.4实体模型实体模型（SolidModel）具有边和面，还有在其表面内由计算机确定的质量。9.2.5渲染使一个表面模型或实体模型具有明暗、真实感的图像称为渲染（Rendering）。AutoCAD系统提供了一组图形渲染的命令，包括设置和控制光源、处理模型表面特征等命令。9.3三维坐标系与用户坐标系9.3.1三维坐标系9.3.2右手定则9.3.3在三维空间确定点9.3.4用户坐标系（UCS）9.3.5调整UCS9.3.6UCS图标的显示控制9.3.7UCS管理器9.3.1三维坐标系通常，点是每个AutoCAD对象的核心。一条直线起于一点终于另一点，一个圆的圆心为一个点。甚至在空间旋绕的复杂曲线也是由基于点的方程定义的。AutoCAD系统用直角坐标系来确定点在空间的位置。在法国数学家笛卡儿（1596-1650）以后，直角坐标系通常称为笛卡儿坐标系。9.3.1三维坐标系在三维坐标系中：有三个标为X、Y和Z的轴，它们互相垂直。三个轴所交的公共点称为原点。每轴有两个端点，从原点起分正负方向。Z轴的正方向由简称为右手定则的方法确定。空间一个点的位置作为三个数值保存，各数值之间用逗号分开：x，y，z。9.3.1三维坐标系9.3.2右手定则要掌握AutoCAD如何使用三维空间，应使用一个称为“右手定则”的技术。举起你的右手，假设用拇指表示X轴，食指表示Y轴，中指表示Z轴，伸直拇指和食指并成90°角，中指垂直于手掌，则此时这三个手指的指向分别为X轴、Y轴和Z轴的正向。9.3.2右手定则9.3.2右手定则此外，还可以使用右手定则判断旋转的正方向。使拇指指向旋转轴的正方向，然后向手掌方向弯曲中指、无名指和小拇指，则手指弯曲的方向即为旋转的正方向。9.3.2右手定则9.3.3在三维空间确定点因为所有的AutoCAD对象（线、文字、圆、样条曲线和表面等）都是利用确定其关键点来作出图形，所以，AutoCAD提供了几种不同的方法来输入点的位置。使用点输入设备输入X、Y和Z坐标使用点过滤输入柱面坐标输入球面坐标（1）使用点输入设备输入点最方便的方法是用鼠标和数字化球指定其位置。然而，点输入设备只能定位在XY平面上的点。通过目标捕捉方式，点输入设备能够拾取XY平面上一个已有对象上的点，如一个实体的端点等。在三维造型中，实际上可用键盘来输入点的位置。（2）输入X、Y和Z坐标当用键盘输入点的位置时，大多数是用X、Y和Z坐标。尽管可以只输入两个坐标值，但是三个坐标值之间必须用逗号分开。当略去点坐标的第三个数值时，AutoCAD假定点在XY平面上并设置Z坐标为0；如果预先设置的标高大于0；AutoCAD就假定点在与XY平面平行的平面上，且所输入点的Z值等于标高值。既可以使用绝对坐标（基于坐标系原点），也可以使用相对坐标（基于最近一次输入的点）。在相对坐标值的前面加一个符号“@”。（3）使用点过滤可以用点的过滤方式分别指定三个坐标中的一个或两个。在任何时候都可使用点过滤方式，AutoCAD要求的点过滤输入方式为在点号后面紧接需要过滤的点坐标。如，输入.x就过滤X坐标。AutoCAD将提示输入一个提供被过滤坐标的点。通常，可用目标捕捉来输入过滤的点。然后，AutoCAD提示输入尚缺的坐标，也可使用坐标过滤获得。除了用.x、.y和.z过滤一个坐标外，还可以用.xy、.xz和.yz同时过滤两个坐标值。（3）使用点过滤（4）输入柱面坐标对于三维对象（如基于螺旋状和螺旋的对象）的点用柱面坐标输入更为容易。柱面坐标并不表示一个不同的坐标系，只是确定三维点的另一种方式。绝对柱面坐标的格式为：D<A,ZD为该点在XY平面上的投影到原点的距离；A为该点在XY平面上与X轴的角度；Z为该点到XY平面的距离。（4）输入柱面坐标无疑地会注意到柱面坐标实际上是二维极坐标再加上另一维Z。绝对柱面坐标为7.3485<27,3的点的位置，如图所示。可以在柱面坐标前带符号“@”指定相对于最近输入点的一个点。（4）输入柱面坐标（5）输入球面坐标球面坐标用一个距离和两个角度来指定点的位置。其格式为：D<HA<VAD为该点到原点的距离;HA为该点在XY平面的投影同坐标系原点连线与X轴正方向的夹角;VA为该点同坐标系原点连线与XY平面的垂直角度。（5）输入球面坐标球面坐标为10.3923<45<35的点如图所示。注意，其距离值按该点到原点的距离来计量，并不是在柱面坐标中该点投影到XY平面上的水平距离。当需要根据与一个已知点的角度和距离来确定点时，球面坐标是很有用的。可以在球面坐标前带符号“@”指定相对于最近输入点的一个点。（5）输入球面坐标9.3.4用户坐标系（UCS）（1）使用坐标系的作用（2）用户坐标系图标（1）使用坐标系的作用虽然，在构造三维模型时必须有一个全局坐标系（在该坐标系中，空间的每个点依赖于一个原点），但是，具有一个依赖空间一个特定对象的局部坐标系常常更为方便。（1）使用坐标系的作用（2）用户坐标系图标AutoCAD提供了一个帮助在三维空间确定方位的图标。该图标常常位于视口的左下角，实际上对于所有AutoCAD操作来说是无形的。它不能被绘图机和打印机输出，也不能包括在实体选择集中。（2）用户坐标系图标在图标中包含了令人惊奇的大量信息X和Y轴的方向用标有X和Y的宽箭头表示。当UCS与WCS完全重合时，在箭头中显示W，并指向Y方向。如果不显示W，则表示UCS已相对于WCS移动或旋转。如果图标位于坐标系原点，在X和Y箭头的交点中心处将显示十字。如果视图方向正对XY平面且Z轴指向你，就在X和Y箭头的交点中心显示一个正方形。没有正方形表示Z轴的指向背离你。9.3.5调整UCS命令行输入：UCS菜单：工具正交UCS（移动或新建UCS）UCS命令的选项（1）新建（N）：创建一个新的UCS。下级选项如下：①Z轴（ZA）。通过输入两个点来确定新的UCS，第一点确定新UCS的原点，第二点确定Z轴正方向。②三点（3）。通过输入三个点来确定新的UCS，第一点确定新原点位置，第二点指定X轴的正方向，第三点用于确定Y轴正方向。UCS命令的选项③对象（OB）。通过指定一个已经存在的对象放置UCS。④面（F）。将UCS定位于三维实体表面（3Dsolid）的平面上。可以通过拾取边上的点或者表面上的点来选择一个面。选中面的边将高亮显示，UCS将定位在该面上。其原点位于面上离所选点最近的角上，X轴位于离所选点最近的边上，当选择Next选项时，UCS将移到下一个合适的表面，选择X轴反向和Y轴反向选项，可以使UCS的平面绕X或Y轴旋转180°。UCS命令的选项⑤视图（V）。UCS的定位为：XY平面垂直于当前视图方向，X轴平行于视口的底部，Y轴为铅垂方向。Z轴指向屏幕外的观察者。UCS的原点不变。⑥X/Y/Z。选择这三个选项的每一个均使UCS沿指定的轴旋转。角度可直接输入或用点选确定，轴的转动方向根据右手定则。UCS命令的选项UCS命令的选项（2）移动（M）该选项用于移动当前的UCS的原点。如果输入一点，UCS的原点就将移到该点。若选Zdepth(Z方向深度)选项则使UCS原点沿Z轴相对于当前XY平面向上或向下移动。选择该选项后，提示输入距离值。正值使原点沿Z轴正方向移动，而负值使原点沿Z轴负方向移动。UCS命令的选项（3）正交（G）该选项用于预定义正交UCS，有6个选项：俯视、仰视、正视、后视、左视、右视。（4）上一个（P）该选项用于恢复上一次设置的UCS状态。（5）恢复（R）该选项用于重载以前存盘的UCS设置。UCS命令的选项（6）保存（S）按指定名称保存当前UCS的配置。（7）删除（D）删除一个保存的UCS。（8）应用（A）将UCS从一个视口复制到另一个视口。被复制的UCS是开始执行UCS命令时当前视口的用户坐标系。如果选择ALL选项，当前视口的UCS将应用于所有视口。UCS命令的选项（9）？用来列出已保存的UCS清单，显示其原点和相对于当前UCS的和各坐标轴方向。（10）世界（W）恢复世界坐标系（WCS）。9.3.6UCS图标的显示控制命令：Ucsicon菜单：视图

显示

UCS图标

功能：控制UCS图标的显示方式。9.3.6UCS图标的显示控制Ucsicon命令的选项开（ON）。显示UCS图标。关（OFF）。不显示UCS图标。全部（A）。使图标修改应用于所有视口。非原点（N）。不管UCS原点的实际位置，强制图标在视口的左下角显示。原点（OR）。无论何时，总使图标位于UCS原点。如果原点不在视口里或者原点太靠边无法放置图标，则图标将在视口的左下角显示。特性（P）。弹出UCS图标窗口，可进行设置。9.3.7UCS管理器命令：Ucsman菜单：工具

命名UCS功能：弹出UCS窗口，可进行设置。第10章表面模型第10章表面模型表面造型除了定义3D对象的边界，还定义这些边界间的曲面。用曲面可以构造一些模型，它能隐藏表面后的对象，且能作逼真渲染的模型。虽然线框是3D造型必不可少的一个组成部分，但由于它的粗略总给人一种未完成似的感觉，而且由于没有逼真的外观，因此很难令人满意。而表面造型对于构造逼真的模型就进了一层。用曲面构造的房子、齿轮等，看上去就跟真的一样了。第10章表面模型10.1表面的特征10.2设置新的标高和厚度10.3创建三维面10.4创建三维多边网格模型10.5创建直纹曲面与平移曲面模型10.6创建旋转曲面与边界曲面模型10.7利用对话框创建基本三维表面模型10.8相关变量的设置10.1表面的特征没有厚度。表面模型仅为一空壳。看上去有点像铁丝网。其实它是一个极薄的面，有顶，有底，还有四周。曲面里是空的。若要在此面上表示一个孔。就得在其顶部、底部各挖一个圆，再用一圆管来表示孔壁才行。用了hide和shademode命令后，曲面模型能隐藏其后的对象及曲面。而在透明的线框模式下，曲面总是可见的。10.1表面的特征渲染后能被着色和赋予材质，能感受光。这些是仿造物理光学定律，着色的材质产生逼真的3D模型图像。AutoCAD曲面总是平的，若是曲面或圆柱面就用小的矩形面元或三角形面元来逼近。10.2设置标高和厚度命令：elev或elevation指定新的标高值。系统将把用户指定的高度值作为缺省的Z坐标值。指定新的厚度值。命令：change可改变对象的颜色、标高、图层、线型、比例、线宽、厚度。10.2设置标高和厚度命令：properties或菜单：修改

特性在对象特性窗口中可修改对象特性，类似于change命令。命令：thickness设置新的厚度值。与elev命令中的设置一样。该设置将影响新的对象的厚度。以上四个命令，一般不常用，特殊情况用，随着CAD版本的提高，可用其他比较方便的命令快速完成10.3创建三维面3DFACE在三维空间中的任意位置创建一个三边或四边曲面。可以为三维面的每一个角点指定不同的Z坐标值。3DFACE与SOLID不同，SOLID创建与当前用户坐标系(UCS)XY平面平行的三边或四边曲面，并且不能对每个角点使用不同的Z坐标值。命令：3dface菜单：绘图

曲面

三维面10.4创建三维多边网格模型命令：3dmeshAutoCAD用矩阵来定义多边形网格，其大小由M和N网格数决定。M×N等于必须指定的顶点数量。在AutoCAD中，网格中每个顶点的位置由m和n（即顶点的行列坐标）定义。定义顶点首先从顶点(0,0)开始。在指定行m+1上的顶点之前，必须先提供行m上的每个顶点的坐标位置。顶点之间可以是任意距离。网格的M和N方向由其顶点位置决定。10.4创建三维多边网格模型10.5创建直纹曲面与平移曲面命令：Rulesurf在两条曲线之间构造一个表示直纹曲面的多边形网格。所选择的对象用于定义直纹曲面的边。该对象可以是点、直线、样条曲线、圆、圆弧或多段线。如果有一个边界是闭合的，那么另一个边界必须也是闭合的。可以将一个点作为开放或闭合曲线的另一个边界，但是只能有一个边界曲线可以是一个点。10.5创建直纹曲面与平移曲面10.5创建直纹曲面与平移曲面命令：Tabsurf构造一个多边形网格，此网格表示一个由轮廓曲线和方向矢量定义的基本平移曲面。轮廓曲线定义多边形网格的曲面。它可以是直线、圆弧、圆、椭圆、二维或三维多段线。AutoCAD®从轮廓曲线上离选定点最近的点开始绘制曲面。AutoCAD对方向矢量只考虑多段线的第一点和最后一点，忽略中间的顶点。方向矢量指出形状的拉伸方向和长度。10.5创建直纹曲面与平移曲面10.6创建旋转曲面与边界曲面命令：Revsurf通