《制图基本》-第15章AutoCAD三维几何造型基础

15.1三维几何造型的概念及用途

用计算机直接绘制三维图形的技术称为三维几何造型。三维几何造型在机械、建筑、服装、装演、三维动画、广告设计等方面有着广泛的用途。在CAD/CAM中主要有如下用途:(1)直观表达机件的立体形状或直接由三维图形生成投影图(视图、剖视图)或透视图，如零件图或装配图等。

(2)随时显示零件的形状，并能利用剖切来检查机件的壁厚、孔深等。检查装配干涉，对传动机构进行传动模拟，自动计算三维图形所表达物体的体积、面积、重心、惯性矩等。

(3)进行数控自动编程、刀具轨迹仿真、加工工艺设计等。

(4)进行装配规划、机器人视觉识别、机器人运动学及动力学分析等。下一页返回15.1三维几何造型的概念及用途

根据构造方法及其在计算机内的储存形式的不同，三维几何模型分为三种模型:(1)线框模型(WirelrameModel),如图15-1(a)所示。线框模型是三维物体的轮廓描述，它由三维的直线和曲线组成，不含面的信息。

(2)表面模型(SurfaceModel)，如图15-1(b)所示。表面模型，是用物体的表面描述三维物体，表面模型比线框模型进了一步，它不仅包括线的信息，而且包括面的信息，因而可以解决与图形有关的大多数问题，如消隐、着色、计算表面积、求两表面的交线、生成数控刀具的运动轨迹等。表面模型特别适合于构造复杂的曲面立体模型，如模具、汽车、飞机等复杂零件的表面。但由于表面模型中没有体的信息，因而不能作布尔运算(布尔运算为对象间的相加、相减和求交集)。上一页下一页返回15.1三维几何造型的概念及用途(3)实体模型(SolidModel)，如图15-1(c)所示。实体模型是三种模型中最高级的一种，它包括了线、面、体的全部信息，因而，各实体对象间可以进行各种布尔运算，从而创建各种复杂的实体对象。尽管用户可以用AutoCAD创建所有三种类型的模型，但三种模型通常都以线框模型方式显示。上一页返回15.2观察三维体图形

在绘制三维图形的过程中，常需要从不同的方向观察图形。AutoCAD默认的观察方向与Z轴重合，因而用户看不见物体的高度，所见的视图是模型在XY平面内的视图，即AutoCAD的默认视图是XY平面视图(简称平面视图)。用三维立体图表达物体各个方向的立体形状时，绘图者和看图者就需要经常改变图形的观察方向，以便从不同的方向绘制或观察物体。AutoCAD预设置的10个特殊的图形观察方向，如图15-2所示。15.2.1视点(VPOINT)命令在绘制三维图形时，用户首先要了解几个基本概念，它们分别是视点、目标点、视线。

(1)视点:指用户在三维空间中观察三维模型的那个位置，也就是眼睛所在的位置。

(2)目标点:当用户观察三维对象时，眼睛聚焦到一个清晰点上，此点就是目标点。下一页返回15.2观察三维体图形(3)视线:这是一条假想的直线，它将视点与目标点连接起来。利用VPOINT命令，我们能直接输入视点的X,Y,Z坐标或指定视线的角度来确定观看的方向，如图15-3所示。另外，还能采用罗盘方式定义视点，如图15-4所示。

Command:VPOINTSpecifyaviewpointor[Rotate]<displaycompassandtripod>:

各选项使用说明如下:(1)Specifyaviewpoint:直接输入视点的X、Y、Z坐标值，视点与目标,点的连线就是视线，如图15-3所示。

(2)Rotate:选择R选项后提示如下:EnterangleinXYplanefromXaxis<270>:(输入视线在XY平面内的投影与X轴的夹角)上一页下一页返回15.2观察三维体图形EnterangleIromXYplan<90>;(输入视线与XY平面的夹角)(3)Displaycompassandtripod:直接回车后，显示如图15-4所示的罗盘及三维坐标架。用户在罗盘内移动十字光标，则三维坐标轴将转动，这表示我们正沿着不同的视线方向进行观察，光标处于罗盘的不同位置，相应视点的方位也就不同。1.快速选择特殊视点(1)下拉菜单View3DViewpoint中的各选项可快速选择特殊视点，这些选项所对应的特殊视点如表15-1所示。

(2)Command:VPOINTSpecifyaviewpointor[Rotate]<displaycompassandtripod>:输入表15-1中的视点值

(3)Command:单击View(视图)工具栏图标上一页下一页返回15.2观察三维体图形2.视点选择对话框(DDVPO工NT)命令

Standard工具条的“NamedViews'，提供的10种标准视点仅与WCS坐标系有关，而不适用于UCS坐标系。利用DDVPO工NT命令使用户可以相对于WCS坐标系和UCS坐标系设置所需的视点，如图15-3所示。A点代表视点，A'表示视点在XY平面上的投影，O点表示被观察的目标点，AO直线表示观察方向(视线)。显然，确定视点A需要两个角度:一个是A点在XY平面上的投影与x轴的夹角∠A'OX;另一个是视线AO与平面XY的夹角∠AOA'，这两个角度的组合就决定了观察者相对于目标点的位置。

Command:DDVPOINT(或别名vp)

输入DDVPOINT命令后，系统将弹出如图15-5所示的ViewpointPresets(视点预置)对话框。以下我们说明如何通过这个对话框设定图15-3中的∠A'OX和∠AOA'。上一页下一页返回15.2观察三维体图形(1)设置艺A'OX在图15-5视点设置对话框中，左边的正方形图像表示了视点在XY平面的投影与X轴正方的夹角，圆心代表目标点。用户可以在"FromXAxis"编辑框中输入角度值设定∠A'OX。当用户在圆内单击一点时，则∠A'OX由此点在圆内的位置决定，若在圆外单击一点，则艺A'OX在圆外区域中指定的角度值决定。

(2)设置∠AOA'图15-5视点预置对话框中，右边的半圆图像表示了视线与XY平面的夹角，调整方法与上述过程类似，这里不再重复。在默认情况下，"absolutetoWCS”选项是选中的，这表明设定的∠A'OX和∠AOA'是相对于WCS坐标系，要想相对于UCS坐标系设定角度，就必须单击“RelativetoUCS'按钮。

(3)如果用户想生成平面视图，单击该对话框中的按钮，就获得了XY平面内的平面视图，即视线方向垂直与XY平面(∠A'OX和∠AOA，重新分别设为270°,90°)。上一页下一页返回15.2观察三维体图形15.2.2多视窗设置视窗是AutoCAD在屏幕上用于显示图形的一个区域，默认状态下把这个绘图区域作为一个视窗，用户可通过视窗观察和绘制图形。用户也可根据需要把一个绘图区域分成几个视窗，在各个视窗中设置不同的视点，从而可以更加全面地观察物体。如图15-6所示的屏幕就被分割成为3个视窗。1.模型空间和图纸空间

(1)模型空间。AutoCAD有两个绘图空间。它们是模型空间(Model)和图纸空间(Paperspace)。用户的大多数绘图和设计都是在模型空间进行的。模型空间可以让一个空间物体从不同的角度去观察和构造，且观察是全方位的。这种全方位的观察可能是操作者围绕着物体转(设置不同的观察点)，也可能是物体在操作者的眼前转动(设置UCSplan观察平面)。上一页下一页返回15.2观察三维体图形(2)图纸空间。如果将在模型空间中从不同方向观察到的物体视图，放置在同一个平面上，如同一张工程图样那样划分为主视图、俯视图和左视图等，这个平面就是图纸空间。模型空间和图纸空间可以互相切换。切换时只需单击状态栏上的MODEL或PAPER切换按钮即可。2.在模型空间设置多视窗在模型空间设置多视窗，其根本目的是为了用户在三维图形的绘制中全面地观察物体，而无须反复更改视点的位置(图15-6)。在模型空间中，任何一个视窗都是不能被移动动和复制的，这是它与图样空间多视窗的根本区别之处。模型空间中设置多视窗的方法:一种是对话框方式，一种是命令行方式。下面分别介绍。上一页下一页返回15.2观察三维体图形1)对话框方式

(1)View菜单Viewports(视口)"NewViewports“用户在对话框中进行了多视窗设置选择。

(2)Command:Vports(在命令行输入Vports多视窗命令)打开Viewports对话框，如图15-7所示。在该对话框中用户进行多视窗就显得极为方便。(3)单击DisplayViewportsDialog(视口工具栏)上的图标2)命令行方式使用命令行方式进行多视窗设置虽然直观、简便。但不能对所设定的视窗配置进行存储(Save)、调用(Restore)和删除(Del)等操作。如果用户想对已配置好的多视窗进行以上操作，就需要使用命令行方式。具体操作为

Command:-Vports上一页下一页返回15.2观察三维体图形Enteranpotion[Save/Restore/Delete/Join/Single/?/2/3/4]<3>:上式括号中选项说明如下:(1)Save:将当前视窗的配置用指定的名字保存。选择该选项后提示如下:Enternamefornewviewportconfigurationor[?]:

用户既可以确定名字将当前视窗保存，也可以输入?显示已保存的视窗。

(2)Restore:将已存储的多视窗恢复为当前视窗。选择该选项后提示如下:Enternameofviewportconfigurationtorestoreor[?]:

用户既可以输入要恢复的多视窗名，也可以输入?显示已保存的视窗。

(3)Delete:删除多视窗。选择该选项后提示如下:

上一页下一页返回15.2观察三维体图形Entername(s)ofviewportconfigurationstodelete<none>:

用户在该提示下，直接输入视窗名，则AutoCAD会自动删除该视窗。同时AutoCAD给出如下信息用户在该提示下，直接输入视窗名，则AutoCAD会自动删除该视窗。同时AutoCAD给出如下信息:Deleteoneviewportconfigurations.(4)Join:把两个邻近的视窗合并。

(5)Single:将整个图形转换为单一的视窗中的视图。

(6)?:查询视窗配置的属性。AutoCAD将列出当前设置下所有视窗的属性，包括每个视窗的大小、位置等，当前视窗最先列出。

(7)2/3/4:这3个选项分别把当前视窗分割成2,3,4个视区。图15-8为用Vports设置的3个视窗。上一页下一页返回15.2观察三维体图形

注意:将绘图区域设置为多视窗后，在不同的视窗中可以设置不同的视点，但不能自动生成不同的剖视图，如图15-6所示。3.在图纸空间设置多视窗用户可以通过如下两种方法在图样空间设置多视窗。

1)View菜单Viewports(视口)进行多视窗设置选择。

2)键盘输入Mview

用上述两种方法中任一种输入命令后，将得到如下提示:Specifycomerofviewportor[ON/OFF/Fit/Shadeplot/Lock/Object/Polygonal/Restore/2/3/4]<Fit>:

上式括号中选项说明:(1)ON/OFF:打开或关闭视窗。关闭的视窗，虽不参加重新生成视图的Regen命令，可以提高绘图速度。在一个关闭的视窗中，用户不能直接回到模型空间。只有利用ON打开关闭的视窗，用户才能返回到模型空间。上一页下一页返回15.2观察三维体图形(2)Fit:建立一个布满屏幕的视窗。

(3)Shadeplot:着色打印。

(4)Lock:锁定选取的视窗。

(5)Object:选取一个封闭多义线、矩形、椭圆、圆等封闭的而且至少有三个顶点的实体去构成视窗。

(6)Polygonal:指定多个点来创建一个不规则的多边彤。选择该选项后提示如下:Specifystartpoint;(指定一点)Specifynextpointor[Arc/Close/Length/Undo]:

下面介绍提示行中各选项的含义:①Arc:在多边形中加人一段弧，具体操作与画弧(Arc)一样。②Close:至少输入3点之后直接按Enter键，即执行Close命令，AutoCAD会自动生成封闭的多边形。上一页下一页返回15.2观察三维体图形③Length:指定长度绘制直线。绘制的角度与先前的一段相同。④Undo:取消上一次操作。该选项可以重复使用。

(7)Restore:在图样空间把由Vport命令创建并存储的视窗配置转化成一个视窗对象。选择该选项后提示如下:Enterviewportconfigurationnameor[?]<*Active>

此时用户可输入视窗配置名，也可输入?显示所保存的视窗配置。用户直接按Enter键后，AutoCAD将会有如下提示:Specifyfirstcomeror[Fit]<Fit>:

在该提示下，用户可以通过选择Fit选项把存储的视窗按比例填满整个区域，也可以直接输入一点。如果直接输入一点，AutoCAD将会继续提示:Specifyoppositecomer;(指定另一个角点，即用确定两点的方法在图纸空间内确定视窗)上一页下一页返回15.2观察三维体图形(8)2/3/4:这3个选项分别把当前视窗分割成2,3,4个视区。图15-9为将当前视窗分成4等份。上一页返回15.3坐标系AutoCAD的坐标系分为世界坐标系和用户坐标系两种。绘制三维图形主要用世界坐标系，绘制三维图形主要用户坐标系。15.3.1世界坐标系AutoCAD自动设置的坐标系是世界坐标系，其图标如图15-10(a)所示。

WorldCoordinateSystem(世界坐标系)，又叫通用坐标系。在该坐标系中，横向为X轴，纵向为Y轴，Z轴的方向由屏幕指向操作者，坐标原点在屏幕左下角，这些都是固定不变的，因而又叫绝对坐标系。下一页返回15.3坐标系15.3.2建立用户坐标系由于世界坐标系是唯一的、固定不变的，在绘制三维图形时非常不便。例如，要在图15-11所示的ABCD平面内画一圆，如果在世界坐标系内操作是非常繁琐的，因为该圆在世界坐标系中的形状是一个椭圆。但AutoCAD允许用户建立自己的坐标系—用户坐标系(UCS)，用户可将UCS的坐标原点放在任何位置，坐标轴可以倾斜任意角度。例如，要在图15-11所示的ABCD，平面内画一个圆，只要建立图15-11所示的用户坐标系，就可以直接调用画圆命令，画出该圆。建立用户坐标系的方法非常简单，具体操作如下:

单击UCS工具栏上的图标。AutoCAD会有如下提示:Currentucsname;*WORLD(当前坐标系是世界坐标系)Enteranpoint[New/Move/ortho(iraphic/Prey/Restore/Save/Del/Apply/?/World]<World>:上一页下一页返回15.3坐标系

上式括号中各选项说明如下:(1)New:建立新的用户坐标系。选择该选项后提示如下:SpecifyoriginofnewUCSor[Zaxis/3point/Object/FaceNiew/X/Y/Z]<0,0>:

上式各选项说明如下:①SpecifyoriginofnewUCS.默认选项，将坐标原点移到用户指定的点上，坐标轴的方向保持不变。也可单击UCS工具栏的图标。②Zaxis:通过指定坐标原点和Z轴正半轴上的一点，建立新的Z轴方向。也可单击UCS工具栏的图标。选择该选项后提示如下:Specifyneworiginpoint<0,0,0>;(输入新UCS的原点位置)。SpecifypointonpositiveportionofZ-axis<0.0000，0.0000，1.0000>:(输入新UCS的Z轴正方向的一点。上一页下一页返回15.3坐标系③3point,三点建立新的用户坐标系。这三点分别是坐标原点、X轴正半轴上的一点、XY平面内Y轴正半轴上的任意点。也可单击UCS工具栏的图标。④Face:使新建用户坐标系的XY面平行于选择的平面。也可单击UCS工具栏的图标。⑤View:使新建用户坐标系的XY面垂直于图形观察方向。⑥X/Y/G:这3个选项的功能是将当前用户坐标系绕X,Y或Z轴旋转一定的角度。也可分别单击UCS工具栏的图标、、。

⑦Object:指定一个实体建立新的用户坐标系。新坐标系的Z轴与所选定实体的Z轴相同，坐标原点与X轴的正向取法见表15-2所示。Y轴方向由右手定则确定。上一页下一页返回15.3坐标系(2)Move:平移用户坐标系。

(3)OrthoGraphic:选择一个投影坐标系为当前坐标系。AutoCAD提供6个可供选择的投影坐标系分别为Front(主视)、Back(后视)、Left(左视)、Right(右视)、Top(俯视)、Bottom(仰视)。

(4)Prev:返回上一用户坐标系。也可单击UCS工具栏的图标。

(5)Restore:调用用户曾存储的用户坐标系，使之成为当前坐标系。

(6)Save:命名、存储当前用户坐标系。

(7)Del:删除已存储的用户坐标系。

(8)Apply:将用户坐标系应用于选择的视口或所有活动视口。也可单击UCS工具栏的图标。

(9)?:显示已经存储的用户坐标系名称。

(10)World:返回世界坐标系。也可单击UCS工具栏的图标。上一页下一页返回15.3坐标系15.3.3坐标系图标显示控制命令:UCSICON1.功能控制坐标系图标的可见性和位置。2.操作格式Command:UCSICONEnteranoption[ON/OFF/All/Noorigin/Origin/Properties]<O