第10章三維模型

本章介紹：本章主要介紹三維模型的基礎(chǔ)知識(shí)和簡(jiǎn)單操作，如三維圖形的觀察、三維視圖的操作、繪制三維實(shí)體模型和三維曲面，以及如何對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行布爾運(yùn)算等知識(shí)，可幫助用戶(hù)初步認(rèn)識(shí)和了解AutoCAD的三維建模功能。學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握直角坐標(biāo)、圓柱坐標(biāo)和球坐標(biāo)掌握用戶(hù)坐標(biāo)系和新建用戶(hù)坐標(biāo)系掌握使用視點(diǎn)預(yù)置命令和視點(diǎn)命令設(shè)置視點(diǎn)的應(yīng)用掌握三維動(dòng)態(tài)觀察器和多視口觀察的方法掌握繪制三維實(shí)體模型的方法掌握利用布爾運(yùn)算繪制組合體的方法掌握三維實(shí)體的陣列、鏡像、旋轉(zhuǎn)和對(duì)齊等操作掌握倒棱角、倒圓角、壓印、抽殼和清除與分割等操作方法技能目標(biāo)掌握“花瓶實(shí)體模型”的繪制方法掌握“螺母”的繪制方法10.1三維坐標(biāo)系世界坐標(biāo)系用戶(hù)坐標(biāo)系新建用戶(hù)坐標(biāo)系10.1.1世界坐標(biāo)系在三維世界坐標(biāo)系中，根據(jù)其表示方法可分為直角坐標(biāo)、圓柱坐標(biāo)和球坐標(biāo)3種形式。下面分別對(duì)這3種坐標(biāo)形式的定義及坐標(biāo)值輸入方式進(jìn)行介紹。1．直角坐標(biāo)：直角坐標(biāo)又稱(chēng)笛卡爾坐標(biāo)，它是通過(guò)右手定則來(lái)確定坐標(biāo)系各方向的。2．圓柱坐標(biāo)：采用圓柱坐標(biāo)確定空間的一點(diǎn)位置時(shí)，需要用戶(hù)指定該點(diǎn)在XY平面內(nèi)的投影點(diǎn)與坐標(biāo)系原點(diǎn)的距離、投影點(diǎn)與X軸的夾角以及該點(diǎn)的Z坐標(biāo)值。3．球坐標(biāo)：采用球坐標(biāo)確定空間的一點(diǎn)位置時(shí)，需要用戶(hù)指定該點(diǎn)與坐標(biāo)系原點(diǎn)的距離、該點(diǎn)和坐標(biāo)系原點(diǎn)的連線在XY平面上的投影與X軸的夾角，該點(diǎn)和坐標(biāo)系原點(diǎn)的連線與XY平面形成的夾角。10.1.2用戶(hù)坐標(biāo)系建立用戶(hù)坐標(biāo)系，主要有兩種用途：一種是可以靈活定位XY面，以便用二維繪圖命令繪制立體截面；另一種是便于將模型尺寸轉(zhuǎn)化為坐標(biāo)值。啟用命令方法如下。工具欄：“UCS”工具欄中的“UCS”按鈕，如圖9-4所示。菜單命令：“工具”菜單中有關(guān)用戶(hù)坐標(biāo)系的菜單命令。命令行：UCS。10.1.3新建用戶(hù)坐標(biāo)系通過(guò)指定新坐標(biāo)系的原點(diǎn)可以創(chuàng)建一個(gè)新的用戶(hù)坐標(biāo)系。用戶(hù)輸入新坐標(biāo)系原點(diǎn)的坐標(biāo)值后，系統(tǒng)會(huì)將當(dāng)前坐標(biāo)系的原點(diǎn)變?yōu)樾伦鴺?biāo)值所確定的點(diǎn)，但X軸、Y軸和Z軸的方向不變。啟用命令方法如下。工具欄：“UCS”工具欄中的“原點(diǎn)”按鈕。菜單命令：“工具>新建UCS>原點(diǎn)”。10.2三維視圖操作視圖觀察設(shè)置視點(diǎn)動(dòng)態(tài)觀察器多視口觀察10.2.1視圖觀察AutoCAD提供了10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)視點(diǎn)，供用戶(hù)選擇來(lái)觀察模型，其中包括6個(gè)正交投影視圖和4個(gè)等軸測(cè)視圖，它們分別為主視圖、后視圖、俯視圖、仰視圖、左視圖、右視圖以及西南等軸測(cè)視圖、東南等軸測(cè)視圖、東北等軸測(cè)視圖和西北等軸測(cè)視圖。啟用命令方法如下。工具欄：“視圖”工具欄上的命令按鈕。菜單命令：“視圖>三維視圖”子菜單下提供的菜單命令。10.2.2設(shè)置視點(diǎn)用戶(hù)也可以自定義視點(diǎn)，從任意位置查看模型。在模型空間中，可以通過(guò)啟用“視點(diǎn)預(yù)置”或“視點(diǎn)”命令來(lái)設(shè)置視點(diǎn)。啟用命令方法如下。菜單命令：“視圖>三維視圖>視點(diǎn)預(yù)設(shè)”或“視點(diǎn)”。10.2.3動(dòng)態(tài)觀察器利用動(dòng)態(tài)觀察器可以通過(guò)簡(jiǎn)單的鼠標(biāo)操作對(duì)三維模型進(jìn)行多角度觀察，從而使操作更加靈活，觀察角度更加全面。動(dòng)態(tài)觀察又分為受約束的動(dòng)態(tài)觀察、自由動(dòng)態(tài)觀察和連續(xù)動(dòng)態(tài)觀察3種。（1）受約束的動(dòng)態(tài)觀察：沿XY平面或Z軸約束三維動(dòng)態(tài)觀察。啟用命令方法如下。工具欄：“動(dòng)態(tài)觀察”工具欄中的“受約束的動(dòng)態(tài)觀察”按鈕。菜單命令：“視圖>動(dòng)態(tài)觀察>受約束的動(dòng)態(tài)觀察”。命令行：3DORBIT。10.2.3動(dòng)態(tài)觀察器（2）自由動(dòng)態(tài)觀察：不參照平面，在任意方向上進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀察。沿XY平面和Z軸進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀察時(shí)，視點(diǎn)不受約束。啟用命令方法如下。工具欄：“動(dòng)態(tài)觀察”工具欄中的“自由動(dòng)態(tài)觀察”按鈕。菜單命令：“視圖>動(dòng)態(tài)觀察>自由動(dòng)態(tài)觀察”。命令行：3DFORBIT。（3）連續(xù)動(dòng)態(tài)觀察：連續(xù)地進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀察。在要使連續(xù)動(dòng)態(tài)觀察移動(dòng)的方向上單擊并拖動(dòng)，然后釋放鼠標(biāo)按鈕，軌道沿該方向繼續(xù)移動(dòng)。啟用命令方法如下。工具欄：“動(dòng)態(tài)觀察”工具欄中的“連續(xù)動(dòng)態(tài)觀察”按鈕。菜單命令：“視圖>動(dòng)態(tài)觀察>連續(xù)動(dòng)態(tài)觀察”。命令行：3DCORBIT。10.2.4多視口觀察在模型空間內(nèi)，用戶(hù)可以將繪圖窗口拆分成多個(gè)視口，這樣在創(chuàng)建復(fù)雜的圖形時(shí)，可以在不同的視口從多個(gè)方向觀察模型。啟用命令方法如下。菜單命令：“視圖>視口”。命令行：vports。10.3繪制三維實(shí)體模型課堂案例——繪制花瓶實(shí)體模型拉伸實(shí)體旋轉(zhuǎn)實(shí)體長(zhǎng)方體球體圓柱體圓錐體楔體圓環(huán)體利用剖切法繪制組合體課堂案例——繪制鉛筆圖形利用布爾運(yùn)算繪制組合體10.3.1課堂案例——繪制花瓶實(shí)體模型

使用“旋轉(zhuǎn)”菜單命令繪制花瓶實(shí)體模型。效果圖10.3.2拉伸實(shí)體通過(guò)拉伸將二維圖形繪制成三維實(shí)體時(shí)，該二維圖形必須是一個(gè)封閉的二維對(duì)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。可作為拉伸對(duì)象的二維圖形有：圓、橢圓、用正多邊形命令繪制的正多邊形、用矩形命令繪制的矩形、封閉的樣條曲線和封閉的多段線等。而利用直線、圓弧等命令繪制的一般閉合圖形則不能直接進(jìn)行拉伸，此時(shí)用戶(hù)需要將其定義為面域。啟用命令方法如下。工具欄：“建?！惫ぞ邫谥械摹袄臁卑粹o。菜單命令：“繪圖>建模>拉伸”。命令行：extrude。10.3.3旋轉(zhuǎn)實(shí)體通過(guò)旋轉(zhuǎn)將二維圖形繪制成三維實(shí)體時(shí)，該二維圖形也必須是一個(gè)封閉的二維對(duì)象或由封閉曲線構(gòu)成的面域。此外，用戶(hù)可以通過(guò)定義兩點(diǎn)來(lái)創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)軸，也可以選擇已有的對(duì)象或坐標(biāo)系的X軸、Y軸作為旋轉(zhuǎn)軸。啟用命令方法如下。工具欄：“實(shí)體”工具欄中的“旋轉(zhuǎn)”按鈕。菜單命令：“繪圖>建模>旋轉(zhuǎn)”。命令行：revolve。10.3.4長(zhǎng)方體啟用命令方法如下。工具欄：“建?！惫ぞ邫谥械摹伴L(zhǎng)方體”按鈕。菜單命令：“繪圖>建模>長(zhǎng)方體”。命令行：box。10.3.5球體啟用命令方法如下。工具欄：“建?！惫ぞ邫谥械摹扒蝮w”按鈕。菜單命令：“繪圖>建模>球體”。命令行：sphere。10.3.6圓柱體啟用命令方法如下。工具欄：“建模”工具欄中的“圓柱體”按鈕。菜單命令：“繪圖>建模>圓柱體”。命令行：cylinder。10.3.7圓錐體啟用命令方法如下。工具欄：“建?！惫ぞ邫谥械摹皥A錐體”按鈕。菜單命令：“繪圖>建模>圓錐體”。命令行：cone。10.3.8楔體啟用命令方法如下。工具欄：“建?！惫ぞ邫谥械摹靶w”按鈕。菜單命令：“繪圖>建模>楔體”。命令行：wedge。10.3.9圓環(huán)體啟用命令方法如下。工具欄：“建模”工具欄中的“圓環(huán)”按鈕。菜單命令：“繪圖>建模>圓環(huán)體”。命令行：tourus。10.3.10利用剖切法繪制組合體剖切實(shí)體是通過(guò)定義一個(gè)剖切平面將已有三維實(shí)體剖切為兩個(gè)部分。在剖切過(guò)程中，用戶(hù)可以選擇剖切后保留的實(shí)體部分或全部保留。啟用命令方法如下。菜單命令：“修改>三維操作>剖切”。命令行：slice。10.3.11課堂案例——繪制螺母使用“圓”工具、“面域”按鈕、“差集”按鈕、“拉伸”按鈕、“圓角”按鈕、“倒角”按鈕、“多邊形”按鈕和“交集”工具來(lái)繪制螺母。效果圖10.3.12利用布爾運(yùn)算繪制組合體AutoCAD可以對(duì)三維實(shí)體進(jìn)行布爾運(yùn)算，使其產(chǎn)生各種形狀的組合體。布爾運(yùn)算分為并、差、交3種方式。1．并運(yùn)算：可以合并兩個(gè)或多個(gè)實(shí)體（或面域），構(gòu)成一個(gè)組合對(duì)象。2．差運(yùn)算：可以刪除兩個(gè)實(shí)體間的公共部分。3．交運(yùn)算：可以用兩個(gè)或多個(gè)重疊實(shí)體的公共部分創(chuàng)建組合實(shí)體。10.4編輯三維實(shí)體三維實(shí)體陣列三維實(shí)體鏡像三維實(shí)體旋轉(zhuǎn)三維實(shí)體對(duì)齊10.4.1三維實(shí)體陣列利用“三維陣列”命令可陣列三維實(shí)體。在操作過(guò)程中，用戶(hù)需要輸入陣列的列數(shù)、行數(shù)和層數(shù)。其中，列數(shù)、行數(shù)、層數(shù)分別是指實(shí)體在X、Y、Z方向的數(shù)目。此外，根據(jù)實(shí)體的陣列特點(diǎn)，可分為矩形陣列與環(huán)形陣列。啟用命令方法如下。菜單命令：“修改>三維操作>三維陣列”。命令行：3darray。10.4.2三維實(shí)體鏡像“三維鏡像”命令通常用于繪制具有對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的三維實(shí)體。啟用命令方法如下。菜單命令：“修改>三維操作>三維鏡像”。命令行：mirror3d。10.4.3三維實(shí)體旋轉(zhuǎn)通過(guò)“三維旋轉(zhuǎn)”命令可以靈活定義旋轉(zhuǎn)軸，并對(duì)三維實(shí)體進(jìn)行任意旋轉(zhuǎn)。啟用命令方法如下。菜單命令：“修改>三維操作>三維旋轉(zhuǎn)”。命令行：rotate3d。10.4.4三維實(shí)體對(duì)齊三維對(duì)齊是指通過(guò)移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)一個(gè)實(shí)體使其與另一個(gè)實(shí)體對(duì)齊。在三維對(duì)齊的操作過(guò)程中，最關(guān)鍵的是選擇合適的源點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)。其中，源點(diǎn)是在被移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)的對(duì)象上選擇；目標(biāo)點(diǎn)是在相對(duì)不動(dòng)、作為放置參照的對(duì)象上選擇。啟用命令方法如下。菜單命令：“修改>三維操作>對(duì)齊”。命令行：align。10.5壓印與抽殼壓印抽殼10.5.1壓印利用“壓印”命令可以將所選的圖形對(duì)象壓印到另一個(gè)實(shí)體模型上。啟用命令方法如下。工具欄：“實(shí)體編輯”工具欄中的“壓印”按鈕。菜單命令：“修改>實(shí)體編輯>壓印”。命令行：solidedit。10.5.2抽殼利用“抽殼”命令可以繪制壁厚相等的殼體。啟用命令方法如下。工具欄：“實(shí)體編輯”工具欄中的“抽殼”按鈕。菜單命令：“修改>實(shí)體編輯>抽殼”。命令行：solidedit。10.6清除與分割“清除”命令用于刪除所有重合的邊、頂點(diǎn)以及壓印形成的圖形等?！胺指睢泵钣糜趯Ⅲw積不連續(xù)的實(shí)體模型分割為幾個(gè)獨(dú)立的三維實(shí)體。通常，在進(jìn)行布爾運(yùn)算中的差運(yùn)算后會(huì)產(chǎn)生一個(gè)體積不相連的三維實(shí)體，此時(shí)利用“分割”命令可將其分割為幾個(gè)獨(dú)立的三維實(shí)