第12章-三維繪圖

第12章三維實體建模12.1三維坐標(biāo)系12.2三維圖形的類型12.3三維觀察12.4創(chuàng)建基本三維實體模型12.5二維圖形轉(zhuǎn)換成三維立體模型12.6三維實體的編輯12.7三維模型的后期處理內(nèi)容提要雖然在實際工程中大多數(shù)設(shè)計是通過二維投影圖來表達(dá)設(shè)計思想并組織施工或加工的,但有很多場合,需要建立三維模型來直觀表達(dá)設(shè)計效果,進(jìn)行干涉檢查或構(gòu)造動畫模型等。AutoCAD2008提供了強(qiáng)大的三維建模工具以及相關(guān)的編輯工具。本章將圍繞基礎(chǔ)的三維繪制命令展開講解,重點介紹三維坐標(biāo)的變換、三維模型的建模方法以及三維模型的觀察、三維實體的渲染等內(nèi)容。通過本章學(xué)習(xí)，應(yīng)達(dá)到如下基本要求。①熟練掌握三維坐標(biāo)的變換過程，并能運(yùn)用到實體模型的創(chuàng)建過程中。②掌握實體模型的各種觀察方法，做到能隨時在立體和平面圖形之間進(jìn)行切換。③熟練運(yùn)用三維圖形的消隱和渲染功能，創(chuàng)建更加逼真的實體效果。下一頁返回12.1三維坐標(biāo)系在三維空間中，圖形對象上每一點的位置均是用三維坐標(biāo)表示的。所謂三維坐標(biāo)就是平時所說的XYZ空間。在AutoCAD中，三維坐標(biāo)系分為世界坐標(biāo)系和用戶坐標(biāo)系。返回上一頁12.1.1世界坐標(biāo)系

世界坐標(biāo)系的平面圖標(biāo)如圖12-1所示，其X軸正向向右，Y軸正向向上，Z軸正向由屏幕指向操作者，坐標(biāo)原點位于屏幕左下角。當(dāng)用戶從三維空間觀察世界坐標(biāo)系時，其圖標(biāo)如圖12-2所示。下一頁返回

用戶坐標(biāo)系

在AutoCAD中繪制二維圖形時，絕大多數(shù)命令僅在XY平面內(nèi)或在與XY面平行的平面內(nèi)有效。另外在三維模型中，其截面的繪制也是采用二維繪圖命令，這樣當(dāng)用戶需要在某斜面上進(jìn)行繪圖時，該操作就不能直接進(jìn)行。由于世界坐標(biāo)系的XY平面與模型斜面存在一定夾角，因此不能直接進(jìn)行繪制。此時用戶必須先將模型的斜面定義為坐標(biāo)系的XY平面，通過用戶定義的坐標(biāo)系就稱為用戶坐標(biāo)系。下一頁返回上一頁12.2三維圖形的類型

12.2.1線框模型線框模型是用線條來表示三維圖形,如圖12-7所示,用9條線段來表示一個楔形體,用一個圓和兩條線表示圓錐體,用兩個圓和兩條線段來表示一個圓柱體。線框模型結(jié)構(gòu)簡單，易于繪制。但同時也存在一些不足，因為線框模型沒有面和體的信息,所以線框模型不能著色和渲染。下一頁返回上一頁表面模型

表面模型是用物體的表面表示三維物體。表面模型包含了線、面的信息，因而可以解決與圖形有關(guān)的大多數(shù)問題。表面模型適合于表示由復(fù)雜曲面構(gòu)成的三維模型,如圖12-8所示的曲面花飾和圓環(huán)體就是二個表面模型。但是表面模型沒有包含體的信息，因此表面模型不能進(jìn)行布爾運(yùn)算以及計算模型的體積、質(zhì)量等。通常，表面模型用于近似表示薄殼狀三維模型。下一頁返回上一頁12.2.3實體模型

實體模型是三維模型中最高級的1種，包含了線、面、體的全部信息。利用實體模型可以計算實體模型的體積、質(zhì)量、重心、慣性矩等，在AutoCAD2008中可以對實體模型設(shè)置顏色、材質(zhì)并進(jìn)行渲染，從而創(chuàng)建出一幅逼真的效果圖。下一頁返回上一頁12.3三維觀察

通常三維模型建立完成后，用戶希望從多個角度對其進(jìn)行觀察，此時就需要用戶對模型的觀察方向進(jìn)行定義。在AutoCAD2008中用戶可以采用系統(tǒng)提供的觀察方向?qū)δＰ瓦M(jìn)行觀察，也可以自定義觀察方向。另外，在AutoCAD2008中用戶還可以進(jìn)行多視口觀察。下一頁返回上一頁12.3.1標(biāo)準(zhǔn)視點觀察

AutoCAD2008提供了10個標(biāo)準(zhǔn)視點，可供用戶選擇來觀察模型，其中包括6個正交投影視圖、4個等軸測視圖，分別為主視圖、后視圖、俯視圖、仰視圖、左視圖、右視圖以及西南等軸測視圖、東南等軸測視圖、東北等軸測視圖、西北等軸測視圖。選擇標(biāo)準(zhǔn)視點對模型進(jìn)行觀察，有兩種方法。★選擇→【視圖】→【三維視圖】子菜單下提供的選項，如圖12-10所示★在已打開的工具欄上右擊，單擊選擇“視圖”選項,系統(tǒng)彈出【視圖】工具欄，如圖12-11所示。下一頁返回上一頁動態(tài)觀察器

利用“動態(tài)觀察器”對三維模型進(jìn)行觀察，有三種方法?！镞x擇→【視圖】→【動態(tài)觀察器】菜單命令★在已打開的工具欄上右擊，單擊選擇“動態(tài)觀察器”選項,系統(tǒng)彈出“動態(tài)觀察器”工具欄，單擊“動態(tài)觀察”

按鈕中的“自由動態(tài)觀察”按鈕

啟用“動態(tài)觀察器”命令后，系統(tǒng)將顯示一個轉(zhuǎn)盤，如圖12-12所示。按住鼠標(biāo)左鍵不放并拖動鼠標(biāo)，三維模型將隨之旋轉(zhuǎn)，當(dāng)?shù)竭_(dá)所需視角后，按【Enter】鍵或是【ESC】結(jié)束命令，也可以單擊鼠標(biāo)右鍵，從彈出的光標(biāo)菜單中選擇【退出】選項即可。下一頁返回上一頁12.4創(chuàng)建基本三維實體模型

AutoCAD中提供了一些繪制常用的簡單三維實體的命令，由這些簡單三維實體可以編輯成各種實體模型。三維實體具有質(zhì)量特性，形體內(nèi)部是實心的，可以通過布爾運(yùn)算進(jìn)行打孔、挖槽和合并等操作來創(chuàng)建復(fù)雜的三維模型，而表面模型無法進(jìn)行這些操作。多段體、長方體、楔形體、圓錐體、球體、圓柱體、圓環(huán)體、棱錐體、螺旋以及平面曲面，是最基本的三維模型，這些基本的三維模型通常是創(chuàng)建復(fù)雜三維模型的基礎(chǔ)，一般在實體繪制實體過程中，為了提高效率，首先在已經(jīng)打開的工具欄上鼠標(biāo)右擊，選擇“建模”選項，調(diào)出繪制“建模”的工具欄，如圖12-13所示，繪圖時建議用戶使用“建?！惫ぞ邫?。下一頁返回上一頁繪制多段體

多段體可以看作是帶矩形輪廓的多段線，只不過直接繪制出來就是實體，在建筑立體圖中用多段體來創(chuàng)建墻體非常方便。啟動“繪制多段體”的命令有如下三種方法?！镞x擇→【繪圖】→【建?！俊径喽误w】命令?！飭螕簟敖！惫ぞ邫诨颉叭S制作”面板中的

按鈕?！镌诿钚兄袌?zhí)行POLYSOLID命令?！纠坷L制如圖12-14所示多段體圖形下一頁返回上一頁繪制長方體

長方體是最基本的實體模型之一，作為最基本的三維模型，其應(yīng)用非常廣泛。繪制長方體的命令有如下三種方法?！镞x擇→【繪圖】→【建?！俊鹃L方體】菜單命令★單擊【建模】工具欄中的“長方體”按鈕

★輸人命令：BOX下一頁返回上一頁繪制楔形體

啟用“楔形體”命令有三種方法?！镞x擇→【繪圖】→【建?！俊拘ㄐ误w】菜單命令★單擊【建?！抗ぞ邫谥械摹靶ㄐ误w”按鈕

★輸入命令：WEDGE下一頁返回上一頁12.4.4繪制圓錐體

啟用“圓錐體”命令有三種方法?！镞x擇→【繪圖】→【建模】→【圓錐體】菜單命令★單擊【建?！抗ぞ邫诨颉叭S制作”面板中的“圓錐體”按鈕

★輸入命令：CONE下一頁返回上一頁繪制球體

啟用“球體”命令有三種方法?！镞x擇→【繪圖】→【建模】→【球體】菜單命令★單擊【建?！抗ぞ邫诨颉叭S制作”面板中的“球體”按鈕

★輸入命令：SPHERE下一頁返回上一頁12.4.6圓柱體

啟用“圓柱體”命令有三種方法?！镞x擇→【繪圖】→【建?！俊緢A柱體】菜單命令★單擊【建模】工具欄或“三維制作”面板中的“圓柱體”按鈕

★輸入命令：CYLINDER下一頁返回上一頁圓環(huán)體

啟用“圓環(huán)體”命令有三種方法。★選擇→【繪圖】→【建?！俊緢A環(huán)體】菜單命令★單擊【建?！抗ぞ邫诨颉叭S制作”面板中的“圓環(huán)體”按鈕

★輸入命令：TORUS下一頁返回上一頁繪制棱錐體

棱錐體與圓錐體不同之處在于圓錐體是回轉(zhuǎn)面，而棱錐體除底面外，其他部分由平面組成。棱錐體命令可以創(chuàng)建3～32個側(cè)面的棱錐體。啟用“棱錐體”命令有三種方法?！镞x擇→【繪圖】→【建模】→【棱錐面】命令。★單擊【建?！抗ぞ邫诨颉叭S制作”面板中的“棱錐面”按鈕

★在命令行中執(zhí)行PYRAMID(PYR)命令。下一頁返回上一頁繪制螺旋

啟用“螺旋”命令有三種方法?！镞x擇→【繪圖】→【螺旋】菜單命令?！飭螕簟敖！惫ぞ邫诨颉叭S制作”面板中的

按鈕?！镌诿钚兄袌?zhí)行HELIX命令。下一頁返回上一頁12.5二維圖形轉(zhuǎn)換成三維立體模型

三維建模不僅可以通過圖素建立，也可以通過對二維圖形的拉伸或旋轉(zhuǎn)來產(chǎn)生。尤其在已有二維平面圖形、已知曲面立體輪廓線的情況下，或立體包含圓角以及用其他普通剖面很難制作的細(xì)部圖形時，通過拉伸和旋轉(zhuǎn)操作產(chǎn)生三維建模非常方便。下一頁返回上一頁12.5.1創(chuàng)建面域

面域是用閉合的形狀創(chuàng)建的二維區(qū)域，該閉合的形狀可以由多段線、直線、圓弧、圓、橢圓弧、橢圓或樣條曲線等對象構(gòu)成。面域的外觀與平面圖形外觀相同，但面域是一個單獨(dú)對象，具有面積、周長、形心等幾何特征。面域之間可以進(jìn)行并、差、交等布爾運(yùn)算，因此常常采用面域來創(chuàng)建邊界較為復(fù)雜的圖形。利用面域的拉伸或旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)平面到三維立體模型的轉(zhuǎn)換。下一頁返回上一頁啟用“面域”命令有三種方法?！镞x擇→【繪圖】→【面域】菜單命令★單擊【繪圖】工具欄中的“面域”按鈕

★輸入命令：REG(REGION)下一頁返回上一頁通過拉伸二維圖形繪制三維實體

通過拉伸將二維圖形繪制成三維實體時，該二維圖形必須是一個封閉的二維對象或由封閉曲線構(gòu)成的面域，并且拉伸的路徑必須是一條多段線。若拉伸的路徑是由多條曲線連接而成的曲線時，則必須選擇“編輯多段線”工具

將其轉(zhuǎn)化為一條多段線，該工具按鈕位于“修改Ⅱ”工具欄中。下一頁返回上一頁啟用“拉伸”命令來創(chuàng)建三維實體有三種方法?！镞x擇→【繪圖】→【建?！俊纠臁坎藛蚊睢飭螕簟敖！惫ぞ邫诨颉叭S制作”面板中的“拉伸”按鈕

★輸入命令：EXTRUDE下一頁返回上一頁通過按住并拖動創(chuàng)建實體

啟用“按住并拖動”命令來創(chuàng)建三維實體有二種方法?！飭螕簟敖！惫ぞ邫诨颉叭S制作”面板中的“按住并拖動”按鈕

★輸入命令：PRESSPULL下一頁返回上一頁通過旋轉(zhuǎn)二維圖形繪制三維實體

可以旋轉(zhuǎn)閉合多段線、多邊形、圓、橢圓、閉合樣條曲線、圓環(huán)和面域成為三維立體模型?？梢詫⒁粋€閉合對象繞當(dāng)前UCSX軸或Y軸旋轉(zhuǎn)一定的角度生成實體。也可以繞直線、多段線或兩個指定的點旋轉(zhuǎn)對象。啟用“旋轉(zhuǎn)”命令來創(chuàng)建三維實體有三種方法?！镞x擇→【繪圖】→【建模】→【旋轉(zhuǎn)】菜單命令★單擊實體工具欄或“三維制作”面板中的“旋轉(zhuǎn)”按鈕

★輸入命令：REVOLVE下一頁返回上一頁通過掃掠創(chuàng)建實體

通過掃掠的方法可以將閉合的二維對象沿指定的路徑創(chuàng)建出三維實體，用這種方法創(chuàng)建彈簧等需要同時在不同平面間轉(zhuǎn)換的實體非常方便。啟用“掃掠”命令來創(chuàng)建三維實體有三種方法?！镞x擇→【繪圖】→【建?！俊緬呗印坎藛蚊睢飭螕魧嶓w工具欄或“三維制作”面板中的“掃掠”按鈕

★輸入命令：SWEEP下一頁返回上一頁通過放樣創(chuàng)建實體

通過放樣的方法可以將一系列閉合的橫截面用來創(chuàng)建出新的實體，用這種方法創(chuàng)建極不規(guī)則的形體時比較方便，如山體等。啟用“放樣”命令來創(chuàng)建三維實體有三種方法。★選擇→【繪圖】→【建?！俊痉艠印坎藛蚊睢飭螕魧嶓w工具欄或“三維制作”面板中的“放樣”按鈕

★輸入命令：LOFT下一頁返回上一頁12.6三維實體的編輯

對三維實體可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、鏡像、陣列、倒角、對齊、倒圓角、并、差、交、剖切、干涉、壓印、分割、抽殼、清除等編輯操作，同時可以對實體的邊和面進(jìn)行編輯。在已打開的工具上鼠標(biāo)右擊,在彈出的光標(biāo)菜單中選取“實體編輯”選項,彈出如圖12-30所示的工具欄,在進(jìn)行實體編輯時使用此工具欄非常方便下一頁返回上一頁圖12-30“實體編輯”工具欄用布爾運(yùn)算創(chuàng)建復(fù)雜實體模型

通過布爾運(yùn)算可以進(jìn)行多個簡單三維實體求并、求差及求交等操作，從而創(chuàng)建出形狀復(fù)雜的三維實體，許多挖孔、開槽都是通過布爾運(yùn)算來完成的，這是創(chuàng)建三維實體使用頻率非常高的一種手段。（1）并集

通過并集繪制組合體，首先需要創(chuàng)建基本實體，然后再通過基本實體的并集產(chǎn)生新的組合體。啟用“并集”命令有三種方法。★選擇→【修改】→【實體編輯】→【并集】菜單命令★單擊【實體編輯】工具欄中的并集按鈕

★輸入命令：UNION下一頁返回上一頁(2)差集

和并集相類似，也可以通過差集創(chuàng)建組合面域或?qū)嶓w。通常用來繪制帶有槽、孔等結(jié)構(gòu)的組合體。啟用“差集”命令有三種方法。★選擇→【修改】→【實體編輯】→【差集】菜單命令★單擊實體編輯工具欄中的“差集”按鈕

★輸入命令：SUBTRACT下一頁返回上一頁(3)交集

和并集和交集一樣，可以通過交集來產(chǎn)生多個面域或?qū)嶓w相交的部分。啟用“交集”命令有三種方法?！镞x擇→【修改】→【實體編輯】→【交集】菜單命令★單擊實體編輯工具欄中的“交集”按鈕

★輸入命令：INTERSECT下一頁返回上一頁12.6.2剖切實體

剖切實體是可以用平面剖切一組實體，從而將該組實體分成兩部分或去掉其中的一部分。啟用“剖切”命令有三種方法。★選擇→【修改】→【三維操作】→【剖切】菜單命令★單擊“三維制作”面板上“剖切”按鈕

★輸入命令：SLICE下一頁返回上一頁12.6.3干涉檢查

干涉檢查是用來檢查二個或者多個三維實體的公共部分的復(fù)合實體。啟用“干涉檢查”命令有三種方法。★選擇→【修改】→【三維操作】→【干涉檢查】菜單命令★單擊“三維制作”面板上“干涉”按鈕

★輸入命令：INTERFERE下一頁返回上一頁12.6.4三維陣列

利用“三維陣列”命令可陣列三維實體。在操作過程中，用戶需要輸入陣列的列數(shù)、行數(shù)以及層數(shù)。其中，列數(shù)、行數(shù)、層數(shù)分別是指實體在X、Y、Z方向的數(shù)目。別外，根據(jù)實體的陣列特點，可分為矩形陣列與環(huán)形陣列。啟用“三維陣列”命令有二種方法?！镞x擇→【修改】→【三維操作】→【三維陣列】菜單命令★輸入命令：3DARRAY下一頁返回上一頁12.6.5三維鏡像

三維鏡像命令通常用于繪制具有對稱結(jié)構(gòu)的三維實體。啟用三維鏡像命令有二種方法?！镞x擇→【修改】→【三維操作】→【三維鏡像】菜單命令★輸入命令：MIRROR3D下一頁返回上一頁三維旋轉(zhuǎn)

通過“三維旋轉(zhuǎn)”命令可以靈活定義旋轉(zhuǎn)軸，并對三維實體進(jìn)行任意旋轉(zhuǎn)。啟用“三維旋轉(zhuǎn)”命令有二種方法?！镞x擇→【修改】→【三維操作】→【三維旋轉(zhuǎn)】菜單菜命令★單擊“實體編輯”工具欄或“三維制作”面板中的

按鈕★輸人命令：ROTATE3D下一頁返回上一頁三維平移

三維移動可以在三維空間中將對象沿指定方向移動指定的距離，與二維移動的方法相似，不同的只是移動時可以在三維空間中任意移動。啟用“三維移動”命令有二種方法?！镞x擇→【修改】→【三維操作】→【三維移動】菜單菜命令★單擊“實體編輯”工具欄或“三維制作”面板中的

按鈕★輸人命令：3DMOVE下一頁返回上一頁12.6.8對齊

對齊是指通過移動、旋轉(zhuǎn)一個實體使其與另一個實體對齊。在對齊的操作過程中，關(guān)鍵的是選擇合適的源點與目標(biāo)點。其中，源點是在被移動、旋轉(zhuǎn)的對象上選擇；目標(biāo)點是在相對不動、作為放置參照的對象上選擇。啟用“對齊”命令，有二種方法。★選擇→【修改】→【三