第7章創(chuàng)建三維模型

1、1第第7章章 創(chuàng)建三維模型創(chuàng)建三維模型 一般情況下，繪制的二維圖形難以全面表現(xiàn)出設(shè)計(jì)者理念中零部件的材料、形狀和尺寸，不能完全表達(dá)設(shè)計(jì)意圖。即使通過創(chuàng)建若干個(gè)二維零件圖來描述一個(gè)零件的三維構(gòu)造，對(duì)于一些空間想象力不夠強(qiáng)的人，并不能憑借幾個(gè)零件圖想象出零件的三維結(jié)構(gòu)。此時(shí)便需要在AutoCAD中直接創(chuàng)建出零件的三維曲面或模型，以三維方式來形象逼真地表達(dá)零件的結(jié)構(gòu)造型。2本章學(xué)習(xí)要點(diǎn)本章學(xué)習(xí)要點(diǎn): 了解三維繪圖的基礎(chǔ)知識(shí) 掌握UCS坐標(biāo)系的創(chuàng)建方法 掌握繪制各種三維線段的方法 掌握創(chuàng)建網(wǎng)格曲面的方法 掌握創(chuàng)建各種基本實(shí)體的方法 掌握由二維圖形創(chuàng)建實(shí)體的方法37.1 三維繪圖基礎(chǔ)三維繪圖基礎(chǔ) 傳統(tǒng)的

2、二維繪圖設(shè)計(jì)需要通過投影圖來想象其立體形狀，這樣給實(shí)際的交流和生產(chǎn)帶來了極大的不便。從平面到三維造型技術(shù)，是一個(gè)質(zhì)的飛躍，可以使用戶在模擬的三維空間隨心所欲地直接創(chuàng)建立體模型，更加形象逼真地傳達(dá)用戶的設(shè)計(jì)意圖。7.1.1 三維模型的分類三維模型的分類 三維模型是二維投影圖立體形狀的間接表達(dá)。利用計(jì)算機(jī)繪制的三維圖形稱為三維幾何模型，它比二維模型更加接近真實(shí)的對(duì)象。1線框模型線框模型2曲面模型曲面模型3實(shí)體模型實(shí)體模型47.1.2 三維建模的專業(yè)術(shù)語(yǔ)三維建模的專業(yè)術(shù)語(yǔ) 在三維操作環(huán)境中創(chuàng)建的實(shí)體模型往往是在平面上進(jìn)行的，所不同的是可以在任意方向和位置對(duì)應(yīng)的平面創(chuàng)建三維對(duì)象，因此必須在平面的基礎(chǔ)上

3、深刻了解并認(rèn)識(shí)立體對(duì)象。在繪制三維圖形時(shí)，首先需要了解幾個(gè)非常重要的基本概念，如視點(diǎn)、高度、厚度和Z軸等。57.2 三維視圖三維視圖 創(chuàng)建三維模型時(shí)，常常需要從不同的方向觀察模型。當(dāng)用戶設(shè)定某個(gè)查看方向后，AutoCAD將顯示出對(duì)應(yīng)的3D視圖，具有立體感的3D視圖將有助于正確理解模型的空間結(jié)構(gòu)。67.2.1 設(shè)置正交和等軸測(cè)視圖設(shè)置正交和等軸測(cè)視圖 在三維操作環(huán)境中，可以通過指定正交和軸測(cè)視點(diǎn)觀測(cè)當(dāng)前模型。其中正交視圖是從坐標(biāo)系統(tǒng)的正交方向觀測(cè)所得到的視圖；而軸測(cè)視圖是從坐標(biāo)系統(tǒng)的軸測(cè)方向觀測(cè)所獲得的視圖。指定這兩類視圖的方法主要有以下兩種。1利用選項(xiàng)板工具設(shè)置視圖利用選項(xiàng)板工具設(shè)置視圖2利用

4、三維導(dǎo)航器設(shè)置視圖利用三維導(dǎo)航器設(shè)置視圖77.2.2 平面視圖平面視圖 利用PLAN命令可以創(chuàng)建坐標(biāo)系的XY平面視圖，即視點(diǎn)位于坐標(biāo)系的Z軸上。該命令在三維建模過程中非常有用。當(dāng)用戶需要在三維空間中的某個(gè)面上繪圖時(shí)，可以先以該平面為XY坐標(biāo)面創(chuàng)建坐標(biāo)系，然后利用該命令使坐標(biāo)系的XY平面顯示在屏幕上，即可在三維空間的該面上繪圖。87.3 三維坐標(biāo)系三維坐標(biāo)系 在構(gòu)造三維模型時(shí)，經(jīng)常需要使用指定的坐標(biāo)系作為參照，以便精確地繪制或定位某個(gè)對(duì)象，或者通過調(diào)整坐標(biāo)系到不同的方位來完成特定的任務(wù)。此外在AutoCAD中，大多數(shù)的三維編輯命令都依賴于坐標(biāo)系的位置和方向進(jìn)行操作，因此可以說三維建模離不開三維坐

5、標(biāo)系。97.3.1 三維坐標(biāo)系基礎(chǔ)知識(shí)三維坐標(biāo)系基礎(chǔ)知識(shí) 三維空間內(nèi)的所有幾何物體，無論其形狀多么復(fù)雜，歸根到底，都是許多空間點(diǎn)的集合。有了三維空間的坐標(biāo)系統(tǒng)，三維造型就成為可能。因此三維坐標(biāo)系統(tǒng)是確定三維對(duì)象位置的基本手段，是研究三維空間的基礎(chǔ)。1三維坐標(biāo)系類型三維坐標(biāo)系類型2三維坐標(biāo)系形式三維坐標(biāo)系形式107.3.2 定制定制UCS AutoCAD的大多數(shù)2D命令只能在當(dāng)前坐標(biāo)系的XY平面或與XY平面平行的平面中執(zhí)行，因此如果用戶要在空間的某一平面內(nèi)使用2D命令，則應(yīng)沿該平面位置創(chuàng)建新的UCS。在三維建模過程中需要不斷地調(diào)整當(dāng)前坐標(biāo)系。117.3.3 控制控制UCS 在創(chuàng)建三維模型時(shí)，當(dāng)前

6、坐標(biāo)系圖標(biāo)的可見性是可以進(jìn)行設(shè)置的，用戶可以任意地顯示或隱藏坐標(biāo)系。此外，坐標(biāo)系圖標(biāo)的大小也可以隨意進(jìn)行設(shè)置。1顯示或隱藏顯示或隱藏UCS2修改修改UCS圖標(biāo)大小圖標(biāo)大小127.4 繪制三維曲線繪制三維曲線 在三維空間中，線是構(gòu)成模型的基本元素，它同二維對(duì)象的直線類似，主要用來輔助創(chuàng)建三維模型。在AutoCAD中，三維線段主要包括直線、射線、構(gòu)造線、多段線、螺旋線和樣條曲線等類型。13147.4.1 繪制空間基本直線繪制空間基本直線 在AutoCAD中繪制線框模型或部分實(shí)體模型時(shí)，往往需要用到空間直線。該類直線是點(diǎn)沿一個(gè)或兩個(gè)方向無限延伸的結(jié)果，類似于繪制二維對(duì)象時(shí)用到的直線，起到輔助的作用。

7、157.4.2 繪制三維多段線繪制三維多段線 三維多段線是多條不共面的線段和線段間的組合輪廓線，且所繪輪廓可以是封閉的或非封閉的直線段。而如果欲繪制帶寬度和厚度的多段線，其多段線段必須共面，否則系統(tǒng)不予支持。7.4.3 繪制樣條曲線繪制樣條曲線 樣條曲線就是通過一系列給定控制點(diǎn)的一條光滑曲線，它在控制處的形狀取決于曲線在控制點(diǎn)處的矢量方向和曲率半徑。對(duì)于空間中的樣條曲線，應(yīng)用比較廣泛，它不僅能夠自由描述曲線和曲面，而且還能夠精確地表達(dá)圓錐曲線曲面在內(nèi)的各種幾何體。16177.4.4 繪制三維螺旋線繪制三維螺旋線 螺旋線是指一個(gè)固定點(diǎn)向外，以底面所在平面的法線為方向，并以指定的半徑、高度或圈數(shù)旋

8、繞而形成的規(guī)律曲線。在繪制彈簧或內(nèi)外螺紋時(shí)，必須使用三維螺旋線作為軌跡線。187.5 創(chuàng)建網(wǎng)格曲面創(chuàng)建網(wǎng)格曲面 三維曲面都是由多邊形網(wǎng)格構(gòu)成的小平面來近似表示的曲面，其主要由基本三維曲面和特殊三維曲面組成。其中，特殊三維曲面都是通過定義網(wǎng)格的邊界來創(chuàng)建平直的或彎曲的網(wǎng)格，它的尺寸和形狀由定義它的邊界及確定邊界點(diǎn)所采用的公式?jīng)Q定。7.5.1 創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)網(wǎng)格創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)網(wǎng)格 旋轉(zhuǎn)曲面是指將旋轉(zhuǎn)對(duì)象繞指定的軸旋轉(zhuǎn)所創(chuàng)建的曲面。其中，旋轉(zhuǎn)的對(duì)象叫做路徑曲線，它可以是直線、圓弧、圓、二維多段線或三維多段線等曲線類型，也可以由直線、圓弧或二維多段線組成的多個(gè)對(duì)象；生成旋轉(zhuǎn)曲面的旋轉(zhuǎn)軸可以是直線或二維多段線，且可

9、以是任意長(zhǎng)度和沿任意方向。197.5.2 創(chuàng)建平移網(wǎng)格創(chuàng)建平移網(wǎng)格 平移曲面是通過沿指定的方向矢量拉伸路徑曲線而創(chuàng)建的曲面網(wǎng)格。其中，構(gòu)成路徑曲線的對(duì)象可以是直線、圓弧、圓和橢圓等單個(gè)對(duì)象，而方向矢量確定拉伸方向及距離，它可以是直線或開放的二維或三維多段線。207.5.3 創(chuàng)建直紋網(wǎng)格創(chuàng)建直紋網(wǎng)格 直紋曲面是在兩個(gè)對(duì)象之間創(chuàng)建的曲面網(wǎng)格。這兩個(gè)對(duì)象可以是直線、點(diǎn)、圓弧、圓、多段線或樣條曲線。如果一個(gè)對(duì)象是開放或閉合的，則另一個(gè)對(duì)象也必須是開放或閉合的；如果一個(gè)點(diǎn)作為一個(gè)對(duì)象，而另一個(gè)對(duì)象則不必考慮是開放或閉合的，但兩個(gè)對(duì)象中只能有一個(gè)是點(diǎn)對(duì)象。217.5.4 創(chuàng)建邊界網(wǎng)格創(chuàng)建邊界網(wǎng)格 邊界曲面

10、是一個(gè)三維多邊形網(wǎng)格，該曲面網(wǎng)格由4條鄰邊作為邊界，且邊界曲線首尾相連。其中，邊界線可以是圓弧、直線、多段線、樣條曲線和橢圓弧等曲線類型。每條邊分別為單個(gè)對(duì)象，而且要首尾相連形成封閉的環(huán)，但不要求一定共面。227.5.5 創(chuàng)建三維網(wǎng)格創(chuàng)建三維網(wǎng)格 三維面是一種用于消隱和著色的實(shí)心填充面，它沒有厚度和質(zhì)量屬性，且創(chuàng)建的每個(gè)面的各頂點(diǎn)可以有不同的Z坐標(biāo)。在三維空間中的任意位置可以創(chuàng)建三側(cè)面或四側(cè)面，且構(gòu)成各個(gè)面的頂點(diǎn)最多不能超過4個(gè)。237.6 創(chuàng)建基本實(shí)體創(chuàng)建基本實(shí)體 基本實(shí)體是指具有實(shí)心的對(duì)象（如長(zhǎng)方體、圓柱體和球體等），其主要的幾何特征表現(xiàn)為體。由于實(shí)體能夠更完整準(zhǔn)確地表達(dá)模型的機(jī)構(gòu)特征，所

11、包含的模型信息也更多，所以實(shí)體模型是當(dāng)前三維造型領(lǐng)域最為先進(jìn)的造型方式。247.6.1 長(zhǎng)方體長(zhǎng)方體 相對(duì)于面構(gòu)造體而言，實(shí)心長(zhǎng)方體的創(chuàng)建方法既簡(jiǎn)單又快捷，只需指定長(zhǎng)方體的兩個(gè)對(duì)角點(diǎn)和高度值即可。要注意的是長(zhǎng)方體的底面始終與當(dāng)前坐標(biāo)系的XY平面平行。1指定角點(diǎn)創(chuàng)建長(zhǎng)方體指定角點(diǎn)創(chuàng)建長(zhǎng)方體2指定中心創(chuàng)建長(zhǎng)方體指定中心創(chuàng)建長(zhǎng)方體257.6.2 球體球體 球體是三維空間中到一個(gè)點(diǎn)的距離完全相同的點(diǎn)集合形成的實(shí)體特征。在AutoCAD中，球體的顯示方法與球面有所不同，能夠很方便地查看究竟是球面還是球體。267.6.3 圓柱體圓柱體 在AutoCAD中，圓柱體是以圓或橢圓為截面形狀，沿該截面法線方向拉伸

12、所形成的實(shí)體。圓柱體在制圖時(shí)較為常用，例如各種軸類零件，建筑圖形中的各類立柱等。1創(chuàng)建普通圓柱體創(chuàng)建普通圓柱體2創(chuàng)建橢圓圓柱體創(chuàng)建橢圓圓柱體277.6.4 圓錐體圓錐體 圓錐體是以圓或橢圓為底面形狀，沿其法線方向并按照一定錐度向上或向下拉伸創(chuàng)建的實(shí)體模型。利用【圓錐體】工具可以創(chuàng)建圓錐和平截面圓錐體兩種類型的實(shí)體特征，現(xiàn)分別介紹如下。1創(chuàng)建圓錐體創(chuàng)建圓錐體2創(chuàng)建圓錐臺(tái)創(chuàng)建圓錐臺(tái)287.6.5 楔體楔體 楔體是長(zhǎng)方體沿對(duì)角線切成兩半后所創(chuàng)建的實(shí)體，且其底面總是與當(dāng)前坐標(biāo)系的工作平面平行。該類實(shí)體通常用于填充物體的間隙，例如安裝設(shè)備時(shí)常用的楔鐵和楔木。297.6.6 棱錐體棱錐體 棱錐體是以多邊形

13、為底面形狀，沿其法線方向按照一定錐度向上或向下拉伸創(chuàng)建的實(shí)體模型。利用【棱錐體】工具可以創(chuàng)建棱錐和棱臺(tái)兩種類型的實(shí)體特征，現(xiàn)分別介紹如下。1創(chuàng)建棱錐體創(chuàng)建棱錐體2創(chuàng)建平截面棱錐體創(chuàng)建平截面棱錐體307.6.7 圓環(huán)體圓環(huán)體 圓環(huán)體可以看作是在三維空間內(nèi)，圓輪廓線繞與其共面的直線旋轉(zhuǎn)所形成的實(shí)體特征。該直線即是圓環(huán)的垂直中心線，而直線和圓心的距離是圓環(huán)的半徑，并且圓輪廓線的直徑即是圓管的直徑。圓環(huán)體在工程繪圖時(shí)使用同樣廣泛，例如轎車模型中的輪胎和方向盤等。317.7 二維圖形生成實(shí)體二維圖形生成實(shí)體 在AutoCAD中，不僅可以利用上面介紹的各類基本實(shí)體工具進(jìn)行簡(jiǎn)單實(shí)體模型的創(chuàng)建，還可以利用二維

14、圖形生成三維實(shí)體，即利用本節(jié)所介紹的掃描特征工具進(jìn)行更為復(fù)雜的實(shí)體模型以及曲面的創(chuàng)建。此類工具可以將二維輪廓線沿指定的引導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)掃描創(chuàng)建出相應(yīng)的三維實(shí)體。327.7.1 拉伸實(shí)體拉伸實(shí)體 利用該工具可以將二維圖形沿其所在平面的法線方向進(jìn)行掃描，從而創(chuàng)建出三維實(shí)體。其中，該二維圖形可以是多段線、多邊形、矩形、圓或橢圓等。能夠被拉伸的二維圖形必須是封閉的，且圖形對(duì)象連接成一個(gè)圖形框，而拉伸路徑可以是封閉或不封閉的。創(chuàng)建拉伸實(shí)體的方法主要有以下3種。1指定高度拉伸指定高度拉伸2指定路徑拉伸指定路徑拉伸3指定傾斜角拉伸指定傾斜角拉伸337.7.2 旋轉(zhuǎn)實(shí)體旋轉(zhuǎn)實(shí)體 旋轉(zhuǎn)實(shí)體是將二維對(duì)象繞所指定的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)一定的角度而創(chuàng)建的實(shí)體模型，例如帶輪、法蘭盤和軸類等具有回旋特征的零件。其中，該二維對(duì)象不能是包含在塊中的對(duì)象、有交叉或橫斷部分的多段線，以及非閉