绘制三维表面

绘制三维表面第1页，共25页，2023年，2月20日，星期二AutoCAD应用基础教程三维绘图基础视觉样式三维模型的绘制第2页，共25页，2023年，2月20日，星期二三维绘图基础AutoCAD应用基础教程在AutoCAD中，分别有三维线框模型、三维曲面模型和三维实体模型等3类三维模型。AutoCAD提供了丰富的实体编辑和修改命令，各实体之间可进行多种布尔运算命令，从而创建出复杂形状的三维实体模型。●三维线框模型：由三维直线和曲线命令创建的轮廓模型，没有面和体的特征。●三维曲面模型：由曲面命令创建的没有厚度的表面模型，具有面的特征。●三维实体模型：由实体命令创建的具有线、面、体特征的实体模型。在AutoCAD2007中，提供了有利于创建三维对象的工作空间，配合动态输入，可以让简单三维模型更接近参数化，并增加了动态UCS等工具，使得AutoCAD三维建模更加简单容易。第3页，共25页，2023年，2月20日，星期二三维绘图基础设置三维绘图环境三维绘图术语基础坐标系控制创建用户坐标系AutoCAD应用基础教程第4页，共25页，2023年，2月20日，星期二三维绘图基础AutoCAD应用基础教程AutoCAD2007专门为三维建模设置了三维的工作空间，只需从工作空间的下拉列表中选择“三维建模”，即可在需要使用时切换到三维工作空间窗口界面，如图10-1所示。设置三维绘图环境图10-1三维建模工作空间【提示】在刚打开AutoCAD2007时，系统也会提示用户是进入三维建模空间，还是进入AutoCAD经典空间。在选择了“三维建模”工作空间后，整个工作界面成为专门为三维建模设置的环境，绘图区域成为一个三维的视图，右侧是三维建模常用的一些面板，由于工具选项板暂时不需用到，可先将其关闭。右侧面板由上到下分别是：三维操作控制台、三维导航控制台、视觉样式控制台、光源控制台、材质控制台、渲染控制台等。第5页，共25页，2023年，2月20日，星期二三维绘图基础设置三维绘图环境AutoCAD应用基础教程AutoCAD2007还把二维图形设计中引入的基于夹点的直观编辑功能，例如动态输入、正交和对象追踪集成到实体和曲面建模中。因此，用户在AutoCAD2007中，几乎不再需要任何额外的学习，便可以快速创建和编辑实体和曲面模型，从而提高绘图速度并大大减少了达到娴熟操作所需的训练时间。在AutoCAD2007中，可通过新的实体和曲面工具，方便地创建实体和曲面模型，并由更加复杂的曲面来定义表面实体对象。而且为增强可用性，重新设计过的用户界面可使用单一环境来创建实体和曲面。尽管AutoCAD2007在三维建模方面功能增强了许多，但在绘制三维模型时仍然需要原来的二维基础知识为根基，新增功能只是在某些方面得到进行了一些改进而已（如，在三维模型中标注尺寸，就需要在标注尺寸的表面新建坐标系，从而在此表面上标注尺寸）。AutoCAD2007中绘制3D图形的方式有如下三种：●线架构：输入3D坐标点并以连结线段的方式构成3D图形，画出的图形只由点、线、曲线所构成，不含有面的特性，因此无法实现隐藏（Hide）、描影（Shade）、彩现（Render）等效果，且绘制3D图形的过程要输入许多3D坐标，繁琐费时，较不实用。●曲

面：利用AutoCAD提供各种网面建立命令，可轻易通过网格构成的3D曲面绘制出立体图形，且可以实现对图形的隐藏（Hide）、描影（Shade）及彩现（Render）等效果，但由于3D曲面是由网格所构成，因此得到的物体表面只是近似曲面，网格愈密，愈接近真实表面。●实

体：利用AutoCAD提供的各种建立实体命令直接画出立体图形，所建立的图形代表一个物体的整个体积，并含有体积、质量等性质，而且提供隐藏（Hide）、描影（Shade）及彩现（Render）的功能。第6页，共25页，2023年，2月20日，星期二三维绘图基础三维绘图术语基础AutoCAD应用基础教程在创建三维对象之前，需要先来讲述一下三维建模方面的一些基本术语，如用户坐标系统（UCS，UserCoordinateSystem），它可以在绘制图形时，切换坐标系统到自己定义的UCS中，对于较复杂的图形，可将3D简化成2D的方式绘制；用于3D图形的尺寸标注也很方便。每一个UCS都可有不同的原点，且可以将UCS定义到任意位置。正常情况下，坐标系统原点在绝对坐标（0,0,0）处，如图10-2所示，用户则可利用UCS，将原点定义到立体图形的其它位置，以简化绘图工作，如图10-3所示。图10-2三维绘图术语图10-3改变视点前后的效果第7页，共25页，2023年，2月20日，星期二三维绘图基础坐标系控制AutoCAD应用基础教程在AutoCAD的三维坐标系中，分为X、Y、Z轴，它们的相互位置遵循右手定则。相对于二维系统坐标而言，在三维坐标系统中同样也有世界坐标系、用户坐标系等，并且同样存在相对坐标和绝对坐标之分。相对于极坐标系在三维空间中有两种扩展，一种是增加了Z轴的柱坐标系，一种是增加了与XY平面所成角度的球坐标系。柱坐标表示为（X<[与X轴所成的角度]，Z），而球坐标将表示为（X<[与X轴所成的角度]<[与XY平面所成的角度]）。下面主要讲述一下三维坐标的三种形式：1．三维笛卡尔坐标三维笛卡尔坐标也叫三维直角坐标，只是相对于二维直角坐标（X,Y）增加了一个Z方向的坐标，将空间中的点用三维坐标值（X,Y,Z）方式来表示。如坐标（120,200,150）则表示该点与坐标原点在X轴方向上的距离为120，在Y轴方向上的距离为200，在Z轴方向上的距离为150。相比于二维直角坐标，三维笛卡尔坐标除可使用基于当前坐标系原点的绝对坐标值之外，还可使用基于上一个输入点的相对坐标值（即在坐标值前面加一个@符号）。第8页，共25页，2023年，2月20日，星期二三维绘图基础坐标系控制AutoCAD应用基础教程2．柱坐标与球坐标柱坐标与二维坐标中的极坐标相似，但增加了从所要确定的点到XY平面的高度值，即指定坐标到XY平面的Z轴距离。如三维坐标（A<B,C）表示点在XY平面内的投影与X轴夹角为B度，投影到原点的距离为A个单位，沿Z轴距离为C个单位。与三维笛卡尔坐标相似，柱坐标也可以使用相对坐标的形式（即在坐标值前面加一个@符号），来表示某点相对于上一个输入点的相对坐标值。使用球坐标表示三维空间中的点时，空间中点的三维坐标值用d<a<b的方式来进行表示，需要指定三个参数：点到原点的距离、点在XY平面上的投影与X轴的夹角、点与XY平面的夹角。如坐标（A<B<C）表示坐标原点的距离为A，投影与X轴的夹角为B度，点与XY平面的夹角为C度。与三维笛卡尔坐标相似，球坐标也可以使用相对坐标的形式（即在坐标值前面加一个@符号），来表示某点相对于上一个输入点的相对坐标值。3．世界坐标系与用户坐标系除上述的坐标分类之外，还有一种坐标分类：一个是被称为世界坐标系（WCS）的固定坐标系；一个是用户根据绘图需要自己建立的可移动坐标系，也叫用户坐标系（UCS）。在系统初始设置中，这两个坐标系在新图形中是重合的，系统一般只显示用户坐标系。在AutoCAD三维建模中几乎完全使用了用户坐标系，如图10-5所示。若默认坐标系在图形中下的位置，则AutoCAD通常是在基于当前坐标系的XOY平面上进行绘图，此时如果在立方体的两个侧面绘制圆形，则需要将当前的用户坐标系变换到绘制圆形的平面上，变换到UCS1之后可在左侧立面绘制圆形，变换到UCS2后可在右侧立面绘制圆形。坐标轴在三维建模环境中默认显示于绘图区域的右下角（如图10-6所示），根据选择的视觉样式的不同而有所区别，视觉样式是在“视觉样式控制台”中实现切换的。第9页，共25页，2023年，2月20日，星期二AutoCAD应用基础教程图10-5用户坐标系图10-6不同视觉样式的坐标显示第10页，共25页，2023年，2月20日，星期二三维绘图基础创建用户坐标系AutoCAD应用基础教程AutoCAD通常是在基于当前坐标系的XOY平面（即构造平面）上进行绘图的，在三维环境下绘图，需要在三维模型不同的平面上绘图。因此，要把当前坐标系的XOY平面变换到需要绘图的平面上，即需要创建新的用户坐标系，以便清楚、方便地创建三维模型。用户可根据自己的实际需要定义、保存和恢复任意多个用户坐标系，创建（或变换）用户坐标系的实质就是重新确定坐标系新的原点和新的X轴、Y轴、Z轴方向。AutoCAD提供了多种方式来创建用户坐标系，下面介绍3种用来创建用户坐标系的方式。●在命令行中直接输入“UCS”命令（大小写均可）并按“空格”键或Enter键之后，在命令的选项中进行相应选择来创建用户坐标系。●通过选择【工具（T）】→【新建UCS（W）】菜单项中的命令选项来创建用户坐标系，如图10-7所示。●通过如图10-8所示的【UCS】工具栏来创建用户坐标系，这种方式比较方便快捷。第11页，共25页，2023年，2月20日，星期二AutoCAD应用基础教程图10-7【新建UCS（W）】菜单项图10-8【UCS】工具栏第12页，共25页，2023年，2月20日，星期二视觉样式默认的视觉样式视觉样式管理器AutoCAD应用基础教程在AutoCAD2007中，视觉样式是用来控制视口中边和着色显示的一组设置，用户可通过更改视觉样式的特性，控制视口中的显示，而不是使用命令或设置系统变量。用户可以在AutoCAD2007的视觉样式管理器（位于右侧面板的【视觉样式】控制面板中，如图10-11所示）中创建和更改视觉样式的设置。一旦应用了视觉样式或更改了其设置，即可在视口中查看效果。图10-11【视觉样式】控制面板第13页，共25页，2023年，2月20日，星期二视觉样式默认的视觉样式AutoCAD应用基础教程在AutoCAD2007中提供了五种默认的视觉样式，在【视觉样式】操作面板中单击【三维隐藏】右边的下拉三角按钮，即可从弹出的视觉样式面板中进行不同视觉样式的切换，如图10-12所示。二维线框概念三维隐藏三维线框图10-12默认视觉样式控制面板第14页，共25页，2023年，2月20日，星期二视觉样式视觉样式管理器AutoCAD应用基础教程在【视觉样式】操作面板中单击

按钮，即可打开【视觉样式管理器】面板，重新设置视觉样式及自定义视觉样式，如图10-18所示。另外，在此窗口中单击

按钮，即可打开【创建新的视觉样式】对话框为新视觉样式命名，创建出新的视觉样式，如图10-19所示。单击

按钮，系统将会把选中的视觉样式应用于当前视口中；单击

按钮，系统会将选中的视觉样式输出到工具选项面板中。图10-18视觉样式管理器图10-19新建的视觉样式第15页，共25页，2023年，2月20日，星期二三维模型的绘制三维制作控制台最基本的8种三维形体由平面图生成三维实体布尔运算求集编辑三维实体的面、边、体三维位置操作三维螺旋线的绘制AutoCAD应用基础教程第16页，共25页，2023年，2月20日，星期二三维模型的绘制三维制作控制台AutoCAD应用基础教程在AutoCAD2007的三维建模环境中，主要靠屏幕右侧的“三维制作控制台”来变换三维模型的观察方位，如图10-32所示。1．特殊视图观察三维模型三维制作控制台的“视图”下拉列表中列举了六个标准视图方向（如“俯视”、“主视”等），还有四个轴测图方向（如“西南等轴测”、“东南等轴测”等）。在变换六个标准视图方向时，当前的UCS将同时进行相应的更换，也即当前的视图平面与UCS的XOY平面平行；而变换四个轴测图视图时，UCS却不发生变化。图10-32三维制作控制台第17页，共25页，2023年，2月20日，星期二三维模型的绘制三维制作控制台AutoCAD应用基础教程2．使用动态观察查看三维模型在AutoCAD的动态观察中，用户可以动态、交互、直观地观察显示的三维模型，从而使创建三维模型更为方便。在AutoCAD默认的三维建模环境中，单击三维制作控制台上的【受约束的动态观察】按钮，将会弹出三个按钮，分别是【受约束的动态观察】按钮、【自由动态观察】按钮和【连续动态观察】按钮，如图10-35所示。图10-35动态观察按钮第18页，共25页，2023年，2月20日，星期二三维模型的绘制最基本的8种三维形体AutoCAD应用基础教程在AutoCAD2007的三维建模环境中，可以编辑三维实体模型的指定面，编辑三维实体模型的指定边，还可以编辑三维实体模型中的形体。使用对基本实体的布尔运算，可以创建出复杂的三维实体模型。在AutoCAD2007中可直接创建出多段体、长方体、楔体、圆锥体、球体、圆柱体、棱锥面、圆环体等8种基本形体，如图10-42所示。图10-428种基本形体第19页，共25页，2023年，2月20日，星期二三维模型的绘制由平面图生成三维实体AutoCAD应用基础教程在AutoCAD2007中，可采用两种由平面封闭多段线（或面域）图形作为截面，通过拉伸或旋转创建三维实体的方法。1．拉伸（EXTRUDE）该命令主要用于由二维平面创建三维实体，指定高度时尖括号内的值是上次创建拉伸模型时输入的高度，如图10-43所示。2．旋转（REVOLVE）该命令的主要用于由二维平面绕空间轴旋转来创建三维实体。执行旋转命令时，旋转截面不能横跨旋转轴两侧，如图10-44所示。图10-43直线路径拉伸的图例图10-44曲线路径拉伸的图例第20页，共25页，2023年，2月20日，星期二三维模型的绘制布尔运算求集AutoCAD应用基础教程利用AutoCAD2007中的实体编辑布尔操作命令，可以实现实体间的并集、交集和差集运算。1．并集该运算的作用是能把实体组合起来，创建新的实体。操作时只要将要合并的实体对象一一选择上就可以了。2．差集该运算的作用是从实体中减去另外的实体，从而创建新的实体。第一次提示选择的对象一般就是那个比较大的对象，选完后按回车键从中删除实体或面域；第二次选择的对象是那个比较小的对象（但也可能会出现需要删除的实体或面域，会比要从中删除的实体或面域大的情况），选择后按回车键，即可要删除实体或面域。3．交集该运算的作用是将实体的公共相交部分创建为新的实体，操作时只需将要求交集的实体对象一一选择上即可。如，对两个长方体分别尝试进行并集、差集与交集运算之后，采用“概念”视觉样式来观察，即可得到如图10-45所示的结果。图10-45布尔运算求集图例第21页，共25页，2023年，2月20日，星期二三维模型的绘制编辑三维实体的面、边、体AutoCAD应用基础教程利用AutoCAD2007主窗口中【修改（M）】→【实体编辑（N）】菜单项下的【拉伸面（E）】、【移动面（M）】、【偏移面（O）】、【删除面（D）】、【抽壳（H）】等命令项，可实现对实体的面、边、体进行编辑操作，如图10-46所示。1．拉伸面主要用于按指定距离或路径拉伸实体的指定面，还可以指定拉伸的倾斜高度，正角度将往里倾斜选定的面，负角度将往外倾斜选定的面。2．移动面主要用于将指定的面延指定的高度或距离移动，可以像移动二维对象一样移动实体上的面，实体会随之变化。3．偏移面主要用于按指定的距离或通过的点，将选定的面均匀地实现偏移。可以像偏移二维对象一样偏移实体上的面，实体会随之变化。4．抽壳一个三维实体只能有一个壳，AutoCAD2007可通过将现有的面偏移出其原来的位置来创建新面。如果偏移距离为正值，则从圆周外开始抽壳，负值则从