基于AutoCAD 三维房产数据模型构建

1、资源环境学院 2014 届本科毕业论文2014届届 分 类 号 ： 单位代码 ：10452 毕业论文基于基于 AutoCADAutoCAD 三维房产数据模型的构建三维房产数据模型的构建 姓 名 学 号 201007170120 年 级 2010 专 业 测绘工程 系（院） 资源环境学院 指导教师 2014 年 5 月资源环境学院 2014 届本科毕业论文资源环境学院 2014 届本科毕业论文1基于 AutoCAD 三维房产数据模型的构建摘 要CAD 三维房产建模技术对表达城市三维空间形态的复杂性和建筑物的空间分析具有重要的研究意义，在城市信息化建设过程中，建筑物是最重要的部分，由于其复杂的结构

2、，使得建筑物的三维重建, 变得比较困难。利用 CAD 技术进行三维建模,能简化三维可视化模型的构建过程。本文主要讲述了 CAD 三维建模的发展历程和常用的三维建模技巧，包括制定用户坐标系、实体的拉伸以及进行三维实体编辑等来实现建筑物的构建工作。关键词：三维建模；拉伸；UCS；布尔运算资源环境学院 2014 届本科毕业论文2ABSTRAT Three-dimensional CAD modeling technology for real estate three-dimensional morphology of urban space to express the complexity of

3、 the analysis and the building has an important significance in the city informatization construction, the building is the most important part, because of its complex structure, making three-dimensional reconstruction of the building, has become more difficult. The use of CAD technology for three-di

4、mensional modeling, to simplify the process of building a three-dimensional visualization of the model. This paper describes the development process of three-dimensional CAD modeling and three-dimensional modeling techniques used, including custom user coordinate system, as well as drawing entities

5、to achieve three-dimensional solid editing work to build buildings.Key words：Three-dimensional modeling; stretch; UCS; Boolean; right-hand rule资源环境学院 2014 届本科毕业论文3目 录1 引言 .42 CAD 三维房产数据建模技术的发展历程及简述 .43 建模功能及技巧 .53.1 建模技巧 1拉伸.53.2 建模技巧 2旋转.63.3 建模技巧 3扫掠.73.4 建模技巧 4布尔运算.84 三维房产建模方法及其步骤.84.1 图层建立 .84.2

6、 建立和管理用户坐标系 .94.3 平面底图处理 .94.4 将二维图形运用拉伸命令生成三维实体 .104.5 应用多视口建模 .114.6 运用实体的面、边、体编辑命令 .124.6.1 实体的面编辑.124.6.2 实体的体编辑.135 结语 .15资源环境学院 2014 届本科毕业论文41 引言现代信息技术的进步和 CAD 应用的发展，使得 CAD 应用程序的研发方向应该以快速提高设计的质量和效率，减少设计的成本，充分缩短产品设计时间和生产周期，积累和提高优秀的设计经验，提高整个设计技术的水平为目的。随着 CAD 技术的不断成熟，目前已经广泛应用在企业中,并已成为企业提高生产力重要技术手

7、段 1。随着城市化进程的进一步加快，二维平面绘图技术很难表达城市三维空间形态的复杂性和进行空间分析，CAD 三维建模技术，是对二维建模技术产品的基础上衍生技术建模的需要，是基于一个二维绘图完成的，通过二维建模及技术事先完成楼房的三视图，再利用拉伸指令来形成其三维实体构架，再按一些特殊位置的尺寸要求，通过布尔运算来达到我们想要指定的特殊形状和想要达到的目的。 2仅在三维的 CAD 设计中，可建立原始基础数据进行有限元分析，实现产品的优化设计。在三维建模状态下进行绘图，可避免实体的相互干扰，二维图形设计仅仅达到局部的设计要求，所以真正的开始 CAD 应用程序是采用三维设计，更是设计理念的改变。2

8、CAD 三维房产数据建模技术的发展历程及简述 CAD 三维房产数据建模技术始于上世纪 70 年代，经历了特征建模，参数化技术，行为建模等过程，并逐步走向成熟，CAD 三维建模的优点为标注方便，尺寸精确，便于制图且效率高，建模更为简便；并且兼容性高，CAD 可以和3DMAX 互相转换。三维 CAD 不仅可以准确地显示结构计算的变化量的大小，还能观察到结构的各部分的多维形状及质量，而且也可以计算出结构的重心，几何体积和回转半径，等等，也可以以此为基础进一步进行构造物的应力分析，空间干涉分析等, 2但也存在一些缺点比如说，曲面建模功能不完善，复杂模型不容易建等问题。GIS 自 20 世纪 70 年代

9、以来迅速发展并广泛应用于数字地图领域，并取代了CAD 在该领域的主导地位，空间分析和数据存储与管理的能力明显强于 CAD，这并不意味着 CAD 的消失，相反，CAD 强大的编辑功能与数据建模技术和 GIS 已经有更加密切的联系。 3图形是地理信息系统重要的数据来源，有些含有地理资源环境学院 2014 届本科毕业论文5信息的 CAD 图形，也可以成为地理信息系统数据源， CAD 是一款拥有强大的图形编辑能力和分析能力的应用程序，是我们进行产品设计和分析必不可少的辅助性工具。随着快速增长的产品设计效率，现代 CAD 技术也在沿着信息集成过程集成企业集成的道路发展。4但随着社会的进步，人们逐渐发现，

10、二维的 CAD 系统中，由于无法建立可用于空间立体分析的实体模型，结构强度和热场分布的设计计算，只能靠书本中的计算公式，且计算量和劳动强度均很大，如果设计变更，需要重新进行所有的数据计算，效率低；因此人们尝试是否能建立一种三维的 CAD 工作环境来弥补二维的不足，CAD 三维建模技术由此诞生，并逐渐成熟。三维模型包括线框，表面和实体模型。实体模型包括线、面、体的所有信息。实体模型不仅具有质量、体积等物理特性，而且复杂的模型也可以通过实体的交、差和布尔运算建立，并能进行消隐，着色和渲染。此外，AutoCAD 还可以输出为后续数控加工分析和图形化的实体模型数据。3 建模功能及技巧熟练使用三维建模中

11、的一些技巧能简化我们的建模过程，建筑物几何模型的创建主要是以二维平面图为基础，并在 CAD 建模软件中通过 Extrude（拉伸）、Loft（放样）以及复杂的布尔运算来构建建筑物的三维几何模型。在这里，主要介绍 AutoCAD 中几种常用的三维几何模型建立方法和绘图技巧。53.1 建模技巧 1拉伸在平面上画出实体的平面图，使用平面曲面工具，绘制平面曲面，再经过拉伸，将平面拉伸为三维模型。线只能拉伸成面，面拉伸成体，而我们想要拉伸成实体，就要先创建一个面域，然后再对平面进行拉伸，具体操作步骤如下：首先创建面域；在工具栏中点击绘图-建模-平面曲面，在相应的位置创建面域，再点击拉伸命令，然后选择创建

12、的面域，确定，输入拉伸距离，确定，三维实体创建完成。如图 1 所示：资源环境学院 2014 届本科毕业论文6图 1 垂直拉伸在 CAD 三维建模中，平面曲面不仅可以线性拉伸，还可以通过指定路径拉伸。操作步骤：命令中栏输入 Ext-选择平面-确定-输入 P(即沿路径拉伸）-选择路径线段-确定，如图 2 所示：图 2 指定路径拉伸3.2 建模技巧 2旋转旋转实体是将一些封闭的二维图形绕指定的轴进行旋转而形成三维实体。旋转命令也是建模过程中最常用的功能之一，先画平面的一半，然后通过沿中心线旋转建立模型，可以旋转 0360 度，通过不同的模型的中心轴可以旋转出不同的三维实体模型。我们可以在“绘图实体

13、SolidsRevolve”启动 Revolve ： 旋转之前应绘制图 3 左边的面域。通过旋转而得到右边的实体，资源环境学院 2014 届本科毕业论文7图 3 旋转实体3.3 建模技巧 3扫掠 扫掠，实际上就是把选中的面域按照我们指定的路径来拉伸成实体，实际上，拉伸是它的一种特殊情况，我们可以在扫掠的时候设置成直线，那就变成拉伸了，扫掠主要是用来绘制一些弯曲的实体，以扫掠螺旋线为例，输入命令：EXT-空格-选中圆-空格-输入 P-空格-选择路径，如图 4，图 4 扫掠资源环境学院 2014 届本科毕业论文83.4 建模技巧 4布尔运算布尔运算是对实体进行加减合并的重要编辑功能，布尔运算包含“

14、并、交、差”三种编辑命令，其运算模式如图 5，图 5 布尔运算模式图4 三维房产建模方法及其步骤要创建三维实体模型，首先，该模型的结构是我们分析的起点，无论多么复杂的模型结构，它总是由几个简单的对象组成。因此，要建立复杂模型，我们可以先创建简单实体，再将其组合成复杂的实体。当然，创建复杂的模型可能有几种解决方法，我们应该选择建模更加方便和合理的解决方案。然后用二维图形元素通过简单的拉伸或旋转产生实体。最后运用布尔运算和常用的编辑功能将各实体之间进行简单的组合，便能够获得一个更复杂的实体。我们以二层别墅三维建模制作过程，具体来讲一下 CAD 三维建模技术的应用。4.1 图层建立要想建一个好的三维

15、模型，前期的准备工作是要做好的 ，建立必要的图层是非常重要的，对于复杂的图形来说，图层能使我们的建模思路更清晰，因此我们需要建立墙体、窗台、门窗、家具、文字等图层，并分别设置好其属性，如图 6 所示，资源环境学院 2014 届本科毕业论文9图 6 图层建立4.2 建立和管理用户坐标系在 AutoCAD 应用程序中常用的坐标系有两种，世界坐标系(WCS)和用户坐标系统(ucs)。世界坐标系是不变且唯一的，一般应用在二维制图过程，在二维绘图中，CAD 应用程序默认的坐标系是世界坐标系，但三维绘图则不一样，在三维建模的制图过程中，为了绘图方便，需要不断地改变坐标系统 6,在三维制图中，为了便于制图和

16、分析三维模型，不仅可以使用 WCS 坐标，我们还可以根据自己的需要建立独立的用户坐标系统(ucs)，UCS 的优势为坐标系可以任意移动和旋转原点位置和 X ，Y，Z 轴。所以建立和管理户坐标系统可以简化复杂的三维建模制作过程。在三维建模过程中,我们可以利用右手法则确定 Z 轴的正方向，把右手靠近绘图窗口，大拇指指向 X 轴的正方;向，食指指向 Y 轴的正方;向，Z 轴的正;方向。就是中指所指的方向。74.3 平面底图处理一般情况下三维模型是在二维基础上通过拉伸相应的高度而成的，因此我们在图层建好之后，先在二维环境下利用 CAD 的绘图功能，画出别墅上下两层的平面图，尺寸大小要控制好，墙体一般厚

17、度为 240mm，原始的二维平面图存在一些问题，如连续的线中间有隔断、闭合的区域不闭合等。因此需要对原始资源环境学院 2014 届本科毕业论文10的二维平面图进行相应的优化处理，以方便后期三维模型和场景的创建。平面底图通常是 DWG 或 SHP 格式，如图 7 所示，图 7 楼层平面图4.4 将二维图形运用拉伸命令生成三维实体绘制二维平面图形之后，将平面图形利用拉伸功能将其拉伸成实体框架，按提示命令进行，拉伸成三维实体步骤如下； 命令: Extrude ；当前线框密度: ISOLINES=5 ；选择对象: 找到 487 个 ；选择对象: 指定拉伸高度或 路径(P): 3000 ；指定拉伸的倾斜

18、角度 : 调整视图，如图 8，资源环境学院 2014 届本科毕业论文11图 8 拉伸底图4.5 应用多视口建模绘制复杂的三维图形时，为了方便我观察和绘图，我们可以从多个角度进行同步建模。AutoCAD 中，绘图区可以分为几个不同的视图，每个视图允许用户使用不同的坐标系统。因此，在制图和分析复杂的三维模型时，可将制图区域分为 4 个编辑窗口，每个窗口中可以使用不同的独立坐标系，设置不同的制图角度或选择显示不同的观察窗口等，如图 9 所示，图 9 多视口建模资源环境学院 2014 届本科毕业论文12上图的四个视口中分别显示了三维图形的西南等轴测、东北等轴测、俯视图及东南南等轴测图，这样不论在那个视

19、口中绘图或修改，最终结果在其他视口中也将同时显示，而且可以在不同窗口中制图和分析模型，极大地减少操作命令，可以有效地提高建模效率。4.6 运用实体的面、边、体编辑命令楼房的内部处理，包括门窗的绘制都相当复杂，这句需要对其进行适当的修改处理，通过运用布尔运算合并或相加减实体，就能获得实体的物理信息。二维绘图编辑中的移动、打散、倒角操作命令同样可应用于三维建模中，除此之外三维中还可以编辑实体的面、边、体等，例如可以拉伸、移动、旋转、倾斜实体表面等，我们可以利用这些功能对模型进行处理和修改，以达到我们预期想要设计的目的。灵活运用物理模型的编辑功能，将大大提高效率。进行实体的编辑，首先要熟悉实体编辑命

20、令条各图形符号所代表的功能，如图 10，图 10 实体编辑菜单4.6.1 实体的面编辑CAD 应用程序中拥有功能强大的图形编辑命令，可对空间模型的面和体等进行修改和处理，可以对模型的面进行移动，旋转和倾斜，几个面可以同时移动；面的旋转是绕指定的旋转轴来旋转面或实体的指定部分；按指定角度可以将实体的面进行任意倾斜，基点和下一个点的顺序不同，倾斜角度的方向就会不同，面的编辑模式如图 11 所示，资源环境学院 2014 届本科毕业论文13原图形 移动面 旋转面 倾斜面图 11 实体面的编辑4.6.2 实体的体编辑实体移动编辑：我们将拉伸好的上下两层进行移动，目的是将第二层移动到第一层之上，因为我们是

21、在同一坐标下进行拉伸的，所以在叠加的时候只需选中第二层按 M 键，并在底部选一基点，然后移动到第一层相应位置的顶部，在这里我们为了好处理，先在第二层底部画 100mm 的楼板，过程如图 12 所示，图 12 实体三维移动 叠加完之后，三维二层别墅就成型了，其效果如图 13资源环境学院 2014 届本科毕业论文14图 13 楼层叠加下一步我们就得对细节问题进行具体处理了，比如说屋面的构建，门窗，各种楼梯的制作等，比较复杂的就是旋转楼梯的制作，在这里简单讲述一下，先在平面上画两个同心圆 R400、R1700、再分别将两圆向外、向内偏移 50mm，作为扶手中线，再以同样的圆心，半径分别为 R450（

22、栏杆内扶手的中线） 、R1650（栏杆外扶手中线）作螺旋线，圈数为一圈，高度取 3000，再以直径为80mm 的圆进行扫掠来获得楼梯旋转扶手，过内心作条直线穿过 4 个圆，用这条直线阵列把圆平分为 20 份，取 R450-R1700 这部分做台阶，用拉伸命令把 20份 R450-R1700 沿 z 轴拉伸 150 作为台阶高。接下来把 20 份台阶一个一个对其垂直移动，这样螺旋立体楼梯就创建好了，其效果如图 14 所示，图 14 旋转楼梯资源环境学院 2014 届本科毕业论文15我们将设计好的旋转楼梯，以及屋顶等结构再通过三维移动，放在我们别墅的设计位置，为了美化外观，再将一些墙体交叉处进行合

23、并的布尔运算，也减少我们绘图过程中的数据冗余，这样我们三维的房产数据模型就大功告成，其效果如图 15 所示图 15 三维楼房效果图5 结语随着 CAD 应用程序的不断研发和更新，CAD 的三维建模能力将变得越来越强大。如果我们想使用 AutoCAD 建立三维模型，提高建模效率，除了采用上述种方法和技巧外，还必须对 CAD 进行开发创新，创建出新的三维建模功能。三维空间 CAD 系统是科技创新和产品研发的有效辅助工具，是产品设计的重要手段，这是毋庸置疑的。对于提高各设计部门配合，协调，设计数据的管理和使用，具有较大的现实意义。虽然，三维对象的数据模型和可视化研究才刚刚开始，但随着建模技术越来越成熟，必将会对我们的生产生活带来极大的方便，因此三维建模技术有着更加广阔的发展前景。资源环境学院 2014 届本科毕业论文16谢 辞时光荏苒，岁月如梭，四年本科时光转瞬即逝。还记得我们刚迈入大学校门的时候，周围一个个羞涩的面孔上写满了对未来美好时光的憧憬与向往，谈笑间，四年转眼即逝，也到了我们说再见的时候，回首过往，我们在这里学到了知识，收获了友情，历练了心志；身发受之父母，道德受之母校，学问受之师长；我想借此机会来对我的老师、同学、朋友表达深深谢意。感谢我的老师们，你们的深切教诲，是我这两年获得的最宝贵的知识。更要感谢我的导师史云飞老师，史老师为人谦和与严谨的治