第12章 三维绘图课件.ppt
第12章 三维实体建模12.1三维坐标系三维坐标系12.2三维图形的类型三维图形的类型12.3三维观察三维观察12.4创建基本三维实体模型创建基本三维实体模型12.5二维图形转换成三维立体模型二维图形转换成三维立体模型12.6 三维实体的编辑三维实体的编辑12.7三维模型的后期处理三维模型的后期处理内容提要内容提要虽然在实际工程中大多数设计是通过二维投影图来表达设计思想并组织施工或加工的,但有很多场合,需要建立三维模型来直观表达设计效果,进行干涉检查或构造动画模型等。AutoCAD2008提供了强大的三维建模工具以及相关的编辑工具。本章将围绕基础的三维绘制命令展开讲解,重点介绍三维坐标的变换、三维模型的建模方法以及三维模型的观察、三维实体的渲染等内容。通过本章学习，应达到如下基本要求。熟练掌握三维坐标的变换过程，并能运用到实体模型的创建过程中。掌握实体模型的各种观察方法，做到能随时在立体和平面图形之间进行切换。熟练运用三维图形的消隐和渲染功能，创建更加逼真的实体效果。下一页返回12.1三维坐标系在三维空间中，图形对象上每一点的位置均是用三维坐标表示的。所谓三维坐标就是平时所说的XYZ空间。在AutoCAD中，三维坐标系分为世界坐标系和用户坐标系。返回上一页12.1.1 世界坐标系世界坐标系的平面图标如图12-1所示，其X轴正向向右，Y轴正向向上，Z轴正向由屏幕指向操作者，坐标原点位于屏幕左下角。当用户从三维空间观察世界坐标系时，其图标如图12-2所示。下一页返回 用户坐标系在AutoCAD中绘制二维图形时，绝大多数命令仅在XY平面内或在与XY面平行的平面内有效。另外在三维模型中，其截面的绘制也是采用二维绘图命令，这样当用户需要在某斜面上进行绘图时，该操作就不能直接进行。由于世界坐标系的XY平面与模型斜面存在一定夹角，因此不能直接进行绘制。此时用户必须先将模型的斜面定义为坐标系的XY平面，通过用户定义的坐标系就称为用户坐标系。下一页返回上一页12.2三维图形的类型12.2.1 线框模型线框模型是用线条来表示三维图形,如图12-7所示,用9条线段来表示一个楔形体,用一个圆和两条线表示圆锥体,用两个圆和两条线段来表示一个圆柱体。线框模型结构简单，易于绘制。但同时也存在一些不足，因为线框模型没有面和体的信息,所以线框模型不能着色和渲染。下一页返回上一页表面模型表面模型是用物体的表面表示三维物体。表面模型包含了线、面的信息，因而可以解决与图形有关的大多数问题。表面模型适合于表示由复杂曲面构成的三维模型,如图12-8所示的曲面花饰和圆环体就是二个表面模型。但是表面模型没有包含体的信息，因此表面模型不能进行布尔运算以及计算模型的体积、质量等。通常，表面模型用于近似表示薄壳状三维模型。下一页返回上一页12.2.3 实体模型实体模型是三维模型中最高级的1种，包含了线、面、体的全部信息。利用实体模型可以计算实体模型的体积、质量、重心、惯性矩等，在AutoCAD2008中可以对实体模型设置颜色、材质并进行渲染，从而创建出一幅逼真的效果图。下一页返回上一页12.3三维观察通常三维模型建立完成后，用户希望从多个角度对其进行观察，此时就需要用户对模型的观察方向进行定义。在AutoCAD 2008中用户可以采用系统提供的观察方向对模型进行观察，也可以自定义观察方向。另外，在AutoCAD 2008中用户还可以进行多视口观察。下一页返回上一页12.3.1 标准视点观察AutoCAD2008提供了10个标准视点，可供用户选择来观察模型，其中包括6个正交投影视图、4个等轴测视图，分别为主视图、后视图、俯视图、仰视图、左视图、右视图以及西南等轴测视图、东南等轴测视图、东北等轴测视图、西北等轴测视图。选择标准视点对模型进行观察，有两种方法。选择【视图】【三维视图】子菜单下提供的选项，如图12-10所示在已打开的工具栏上右击，单击选择“视图”选项,系统弹出【视图】工具栏，如图12-11所示。下一页返回上一页动态观察器利用“动态观察器”对三维模型进行观察，有三种方法。选择【视图】【动态观察器】菜单命令在已打开的工具栏上右击，单击选择“动态观察器”选项,系统弹出“动态观察器”工具栏，单击“动态观察” 按钮中的“自由动态观察”按钮 启用“动态观察器”命令后，系统将显示一个转盘，如图12-12所示。按住鼠标左键不放并拖动鼠标，三维模型将随之旋转，当到达所需视角后，按【Enter】键或是【ESC】结束命令，也可以单击鼠标右键，从弹出的光标菜单中选择【退出】选项即可。下一页返回上一页12.4创建基本三维实体模型AutoCAD中提供了一些绘制常用的简单三维实体的命令，由这些简单三维实体可以编辑成各种实体模型。三维实体具有质量特性，形体内部是实心的，可以通过布尔运算进行打孔、挖槽和合并等操作来创建复杂的三维模型，而表面模型无法进行这些操作。多段体、长方体、楔形体、圆锥体、球体、圆柱体、圆环体、棱锥体、螺旋以及平面曲面，是最基本的三维模型，这些基本的三维模型通常是创建复杂三维模型的基础，一般在实体绘制实体过程中，为了提高效率，首先在已经打开的工具栏上鼠标右击，选择“建模”选项，调出绘制“建模”的工具栏，如图12-13所示，绘图时建议用户使用“建模”工具栏。下一页返回上一页绘制多段体多段体可以看作是带矩形轮廓的多段线，只不过直接绘制出来就是实体，在建筑立体图中用多段体来创建墙体非常方便。启动“绘制多段体”的命令有如下三种方法。选择【绘图】【建模】【多段体】命令。单击“建模”工具栏或“三维制作”面板中的 按钮。在命令行中执行POLYSOLID命令。【例】绘制如图12-14所示多段体图形下一页返回上一页绘制长方体长方体是最基本的实体模型之一，作为最基本的三维模型，其应用非常广泛。绘制长方体的命令有如下三种方法。选择【绘图】【建模】【长方体】菜单命令单击【建模】工具栏中的“长方体”按钮 输人命令：BOX下一页返回上一页绘制楔形体启用“楔形体”命令有三种方法。 选择【绘图】【建模】【楔形体】菜单命令 单击【建模】工具栏中的“楔形体”按钮 输入命令：WEDGE下一页返回上一页12.4.4 绘制圆锥体启用“圆锥体”命令有三种方法。选择【绘图】【建模】【圆锥体】菜单命令单击【建模】工具栏或“三维制作”面板中的“圆锥体”按钮 输入命令：CONE下一页返回上一页绘制球体启用“球体”命令有三种方法。选择【绘图】【建模】【球体】菜单命令单击【建模】工具栏或“三维制作”面板中的“球体”按钮 输入命令：SPHERE下一页返回上一页12.4.6 圆柱体启用“圆柱体”命令有三种方法。 选择【绘图】【建模】【圆柱体】菜单命令 单击【建模】工具栏或“三维制作”面板中的“圆柱体”按钮 输入命令：CYLINDER下一页返回上一页圆环体启用“圆环体”命令有三种方法。选择【绘图】【建模】【圆环体】菜单命令单击【建模】工具栏或“三维制作”面板中的“圆环体”按钮 输入命令：TORUS下一页返回上一页绘制棱锥体棱锥体与圆锥体不同之处在于圆锥体是回转面，而棱锥体除底面外，其他部分由平面组成。棱锥体命令可以创建332个侧面的棱锥体。启用“棱锥体”命令有三种方法。选择【绘图】【建模】【棱锥面】命令。单击【建模】工具栏或“三维制作”面板中的“棱锥面”按钮 在命令行中执行PYRAMID(PYR)命令。下一页返回上一页绘制螺旋启用“螺旋”命令有三种方法。选择【绘图】【螺旋】菜单命令。单击“建模”工具栏或“三维制作”面板中的 按钮。在命令行中执行HELIX命令。下一页返回上一页12.5二维图形转换成三维立体模型三维建模不仅可以通过图素建立，也可以通过对二维图形的拉伸或旋转来产生。尤其在已有二维平面图形、已知曲面立体轮廓线的情况下，或立体包含圆角以及用其他普通剖面很难制作的细部图形时，通过拉伸和旋转操作产生三维建模非常方便。下一页返回上一页12.5.1 创建面域面域是用闭合的形状创建的二维区域，该闭合的形状可以由多段线、直线、圆弧、圆、椭圆弧、椭圆或样条曲线等对象构成。面域的外观与平面图形外观相同，但面域是一个单独对象，具有面积、周长、形心等几何特征。面域之间可以进行并、差、交等布尔运算，因此常常采用面域来创建边界较为复杂的图形。利用面域的拉伸或旋转实现平面到三维立体模型的转换。下一页返回上一页启用“面域”命令有三种方法。选择【绘图】【面域】菜单命令单击【绘图】工具栏中的“面域”按钮 输入命令：REG(REGION)下一页返回上一页通过拉伸二维图形绘制三维实体通过拉伸将二维图形绘制成三维实体时，该二维图形必须是一个封闭的二维对象或由封闭曲线构成的面域，并且拉伸的路径必须是一条多段线。若拉伸的路径是由多条曲线连接而成的曲线时，则必须选择“编辑多段线”工具 将其转化为一条多段线，该工具按钮位于“修改”工具栏中。下一页返回上一页启用“拉伸”命令来创建三维实体有三种方法。选择【绘图】【建模】【拉伸】菜单命令单击“建模”工具栏或“三维制作”面板中的“拉伸”按钮 输入命令：EXTRUDE下一页返回上一页通过按住并拖动创建实体启用“按住并拖动”命令来创建三维实体有二种方法。单击“建模”工具栏或“三维制作”面板中的“按住并拖动”按钮 输入命令：PRESSPULL下一页返回上一页通过旋转二维图形绘制三维实体可以旋转闭合多段线、多边形、圆、椭圆、闭合样条曲线、圆环和面域成为三维立体模型。可以将一个闭合对象绕当前UCS X轴或Y轴旋转一定的角度生成实体。也可以绕直线、多段线或两个指定的点旋转对象。启用“旋转”命令来创建三维实体有三种方法。选择【绘图】【建模】【旋转】菜单命令单击实体工具栏或“三维制作”面板中的“旋转”按钮 输入命令：REVOLVE下一页返回上一页通过扫掠创建实体通过扫掠的方法可以将闭合的二维对象沿指定的路径创建出三维实体，用这种方法创建弹簧等需要同时在不同平面间转换的实体非常方便。启用“扫掠”命令来创建三维实体有三种方法。选择【绘图】【建模】【扫掠】菜单命令单击实体工具栏或“三维制作”面板中的“扫掠”按钮 输入命令：SWEEP下一页返回上一页通过放样创建实体通过放样的方法可以将一系列闭合的横截面用来创建出新的实体，用这种方法创建极不规则的形体时比较方便，如山体等。启用“放样”命令来创建三维实体有三种方法。选择【绘图】【建模】【放样】菜单命令单击实体工具栏或“三维制作”面板中的“放样”按钮 输入命令：LOFT下一页返回上一页12.6 三维实体的编辑对三维实体可以进行旋转、镜像、阵列、倒角、对齐、倒圆角、并、差、交、剖切、干涉、压印、分割、抽壳、清除等编辑操作，同时可以对实体的边和面进行编辑。在已打开的工具上鼠标右击,在弹出的光标菜单中选取“实体编辑”选项,弹出如图12-30所示的工具栏,在进行实体编辑时使用此工具栏非常方便下一页返回上一页图12-30“实体编辑”工具栏用布尔运算创建复杂实体模型通过布尔运算可以进行多个简单三维实体求并、求差及求交等操作，从而创建出形状复杂的三维实体，许多挖孔、开槽都是通过布尔运算来完成的，这是创建三维实体使用频率非常高的一种手段。（1）并集 通过并集绘制组合体，首先需要创建基本实体，然后再通过基本实体的并集产生新的组合体。启用“并集”命令有三种方法。选择【修改】【实体编辑】【并集】菜单命令单击【实体编辑】工具栏中的并集按钮 输入命令：UNION下一页返回上一页(2)差集 和并集相类似，也可以通过差集创建组合面域或实体。通常用来绘制带有槽、孔等结构的组合体。启用“差集”命令有三种方法。选择【修改】【实体编辑】【差集】菜单命令单击实体编辑工具栏中的“差集”按钮 输入命令：SUBTRACT下一页返回上一页(3)交集 和并集和交集一样，可以通过交集来产生多个面域或实体相交的部分。启用“交集”命令有三种方法。选择【修改】【实体编辑】【交集】菜单命令单击实体编辑工具栏中的“交集”按钮 输入命令：INTERSECT下一页返回上一页12.6.2 剖切实体剖切实体是可以用平面剖切一组实体，从而将该组实体分成两部分或去掉其中的一部分。启用“剖切”命令有三种方法。选择【修改】【三维操作】【剖切】菜单命令单击“三维制作”面板上“剖切”按钮 输入命令：SLICE下一页返回上一页12.6.3 干涉检查干涉检查是用来检查二个或者多个三维实体的公共部分的复合实体。启用“干涉检查”命令有三种方法。选择【修改】【三维操作】【干涉检查】菜单命令单击“三维制作”面板上“干涉”按钮 输入命令：INTERFERE下一页返回上一页12.6.4 三维阵列利用“三维阵列”命令可阵列三维实体。在操作过程中，用户需要输入阵列的列数、行数以及层数。其中，列数、行数、层数分别是指实体在X、Y、Z方向的数目。别外，根据实体的阵列特点，可分为矩形阵列与环形阵列。启用“三维阵列”命令有二种方法。选择【修改】【三维操作】【三维阵列】菜单命令输入命令：3DARRAY下一页返回上一页12.6.5 三维镜像三维镜像命令通常用于绘制具有对称结构的三维实体。启用三维镜像命令有二种方法。选择【修改】【三维操作】【三维镜像】菜单命令输入命令：MIRROR3D下一页返回上一页三维旋转通过“三维旋转”命令可以灵活定义旋转轴，并对三维实体进行任意旋转。启用“三维旋转”命令有二种方法。选择【修改】【三维操作】【三维旋转】菜单菜命令单击“实体编辑”工具栏或“三维制作”面板中的 按钮输人命令：ROTATE3D下一页返回上一页三维平移三维移动可以在三维空间中将对象沿指定方向移动指定的距离，与二维移动的方法相似，不同的只是移动时可以在三维空间中任意移动。启用“三维移动”命令有二种方法。选择【修改】【三维操作】【三维移动】菜单菜命令单击“实体编辑”工具栏或“三维制作”面板中的 按钮输人命令：3DMOVE下一页返回上一页12.6.8 对齐对齐是指通过移动、旋转一个实体使其与另一个实体对齐。在对齐的操作过程中，关键的是选择合适的源点与目标点。其中，源点是在被移动、旋转的对象上选择；目标点是在相对不动、作为放置参照的对象上选择。启用“对齐”命令，有二种方法。选择【修改】【三维操作】【对齐】菜单命令输入命令：ALIGN下一页返回上一页12.6.9 抽壳抽壳命令常用于绘制壁厚相等的壳体。启用“抽壳”命令有二种方法。 选择【修改】【实体编辑】【抽壳】菜单命令 单击【实体编辑】工具栏中的“抽壳”按钮 下一页返回上一页12.7三维模型的后期处理创建三维实体后，默认是以线框方式显示的，为了进一步获得逼真的模型图像，用户通常需要设置视觉样式，或者赋予材质并渲染，以观察所建模型是否满意。改变视觉样式后，当前视图中的所有表面模型与实体模型的视觉样式都会被改变。所有可以对实体对象进行视觉样式和渲染处理，增加色泽感。下一页返回上一页视觉样式下一页返回上一页 图12-48三维线框显示 图12-49三维隐藏显示渲染三维图形的渲染是在图形中设置了光源、背景、场景，并为三维图形的表面附着材质，使其产生非常逼真的效果。一般来说，渲染图用于创建产品的三维效果图。在AutoCAD中，用户可以通过选择【视图】【渲染】菜单中的各子菜单项执行渲染操作外，还可以通过打开“渲染”工具栏以简化操作。下一页返回上一页（3）渲染三维模型 设置好光源和材质后便可以进行三维模型的渲染工作了。启用“渲染”命令有三种方法。选择【视图】【渲染】【渲染】菜单命令单击“渲染”工具栏或“三维制作”面板上的 按钮输入命令：RENDER执行命令后，将打开“渲染”窗口，并开始按设置渲染三维模型，渲染完毕，在窗口左侧显示图像信息，如图12-56所示。返回上一页
