專題7 三維CAD繪圖基礎(chǔ)

專題七

AutoCAD三維繪圖基礎(chǔ)課時(shí)：2課時(shí)要求：①理解三維坐標(biāo)系

②熟悉簡(jiǎn)單三維模型的創(chuàng)建、修改方法

③熟悉實(shí)體布爾運(yùn)算的含義2013年03月環(huán)境與土木工程學(xué)院工程CAD實(shí)驗(yàn)室何朝陽(yáng)1.1三維坐標(biāo)系1.1三維坐標(biāo)系

AutoCAD采用世界坐標(biāo)系（WCS）和用戶坐標(biāo)系（UCS）：1、世界坐標(biāo)系（WCS）：世界坐標(biāo)系是一種固定的坐標(biāo)系，即原點(diǎn)和各坐標(biāo)軸的方向固定不變，在三維繪圖是，需要指定X、Y、Z的坐標(biāo)值才能確定點(diǎn)的位置。用戶可以通過(guò)直角坐標(biāo)、柱面坐標(biāo)和球面坐標(biāo)的方式輸入。①直角坐標(biāo)：輸入格式為“X,Y,Z”。1.1三維坐標(biāo)系②柱面坐標(biāo)：輸入格式為“輸入點(diǎn)距坐標(biāo)系原點(diǎn)(0,0,0)的距離＜該點(diǎn)與坐標(biāo)系原點(diǎn)連線在XY面上投影與X軸正方向的夾角,Z坐標(biāo)值”。例如“60<45,120”,表示輸入點(diǎn)距坐標(biāo)系原點(diǎn)60單位，該點(diǎn)與坐標(biāo)系原點(diǎn)連線在XY面上投影與X軸正方向的夾角為45°，Z坐標(biāo)值為120單位。1.1三維坐標(biāo)系③球面坐標(biāo)：輸入格式為“輸入點(diǎn)距坐標(biāo)系原點(diǎn)(0,0,0)的距離＜該點(diǎn)與坐標(biāo)系原點(diǎn)連線在XY面上投影與X軸正方向的夾角,該點(diǎn)與坐標(biāo)系原點(diǎn)連線同XY面的夾角”。例如“60<45<30”,表示輸入點(diǎn)距坐標(biāo)系原點(diǎn)60單位，該點(diǎn)與坐標(biāo)系原點(diǎn)連線在XY面上投影與X軸正方向的夾角為45°，該點(diǎn)與坐標(biāo)系原點(diǎn)連線與XY面的夾角為30°。1.1三維坐標(biāo)系

2、用戶坐標(biāo)系（UCS）：用戶坐標(biāo)系是三維繪圖的重要工具，由于世界坐標(biāo)系是一個(gè)單一固定的坐標(biāo)系，繪制三維圖形的時(shí)候非常不方便，為此，CAD中允許用戶創(chuàng)建自己的坐標(biāo)系。創(chuàng)建用戶坐標(biāo)系的方法：

【菜單欄】工具→新建UCS

【命令行】UCS1.1三維坐標(biāo)系恢復(fù)世界坐標(biāo)系若當(dāng)前為用戶坐標(biāo)系，需要恢復(fù)世界坐標(biāo)系，可以采用如下兩種方式：①【菜單欄】工具→命名UCS，打開如下對(duì)話框，選擇“世界”并單擊“置為當(dāng)前”按鈕即可。②【菜單欄】工具→新建UCS→世界，即恢復(fù)為世界坐標(biāo)系。1.2三維模型概況三維模型可以分為線架造型，曲面造型以及實(shí)體造型三種。線架造型曲面造型實(shí)體造型1.2三維模型概況線架造型：用來(lái)描述三維對(duì)象的輪廓及其斷面特征，主要有點(diǎn)、直線、曲線構(gòu)成，不具有面和體的特征，但它是曲面造型的基礎(chǔ)。曲面造型：用來(lái)描述曲面的形狀，一般是將線架造型處理得到，可以顯示出曲面的輪廓，而且可以展示出曲面的真實(shí)形狀。實(shí)體造型：具有體的特征，由一系列的平面或復(fù)雜的曲面組成，實(shí)體造型中除包含二維圖形數(shù)據(jù)外，還有體積、邊界面和邊等工程數(shù)據(jù)。在AutoCAD2008中，執(zhí)行“繪圖”→“建?！辈藛沃械淖硬藛危涂梢岳L制三維實(shí)體，如多段體、長(zhǎng)方體、球體、圓柱體、圓環(huán)體等。同時(shí)還可以使用一些命令利用二維對(duì)象來(lái)創(chuàng)建三維實(shí)體。2.1基本實(shí)體的創(chuàng)建2.1.1繪制多段體繪制多段體與繪制多段線的方法相同。默認(rèn)情況下，多段體始終帶有一個(gè)矩形輪廓。可以指定輪廓的高度和寬度。使用多段體命令，還可以從現(xiàn)有的直線、二維多段線、圓弧或圓創(chuàng)建多實(shí)體。多實(shí)體可以包含曲線線段，但是默認(rèn)情況下輪廓始終為矩形。繪制多段體的步驟如下。2.1.2繪制長(zhǎng)方體“長(zhǎng)方體”命令可以創(chuàng)建實(shí)體長(zhǎng)方體。系統(tǒng)始終將長(zhǎng)方體的底面繪制為與當(dāng)前UCS的XY平面（工作平面）平行。比較常用的繪制長(zhǎng)方體的步驟如下。2.1.3繪制楔體使用“楔體”命令繪制的楔體的底面與當(dāng)前UCS的XY平面平行，斜面正對(duì)第一個(gè)角點(diǎn)。楔體的高度與Z軸平行。基于兩個(gè)點(diǎn)和一個(gè)高度創(chuàng)建實(shí)體楔體的步驟如下。2.1.4繪制圓錐體“圓錐體”命令可以以圓或橢圓為底面、將底面逐漸縮小到一點(diǎn)來(lái)創(chuàng)建實(shí)體圓錐體。也可以通過(guò)逐漸縮小到與底面平行的圓或橢圓平面來(lái)創(chuàng)建圓臺(tái)。默認(rèn)情況下，圓錐體的底面位于當(dāng)前UCS的XY平面上。圓錐體的高度與Z軸平行?？梢允褂谩皥A錐體”命令的“軸端點(diǎn)”選項(xiàng)確定圓錐體的高度和方向。軸端點(diǎn)是圓錐體的頂點(diǎn)或頂面的中心點(diǎn)（如果使用“頂面半徑”選項(xiàng)）。2.1.5創(chuàng)建球體“球體”命令繪制的球體中心軸平行于當(dāng)前用戶坐標(biāo)系（UCS）的Z軸。2.1.6創(chuàng)建圓柱體“圓柱體”命令可以創(chuàng)建以圓或橢圓為底面的實(shí)體圓柱體。以圓為底面創(chuàng)建圓柱體的步驟如下。2.1.7繪制圓環(huán)體使用“圓環(huán)體”命令可以創(chuàng)建與輪胎內(nèi)胎相似的環(huán)形實(shí)體。圓環(huán)體由兩個(gè)半徑值定義，一個(gè)是圓管的半徑，另一個(gè)是從圓環(huán)體中心到圓管中心的距離。2.1.8創(chuàng)建棱錐體“棱錐體”命令可以創(chuàng)建實(shí)體棱錐體。棱錐體的側(cè)面數(shù)介于3到32之間。2.1.9創(chuàng)建拉伸體“拉伸命令”可以通過(guò)拉伸選定的封閉對(duì)象創(chuàng)建實(shí)體2.1.10創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)體“旋轉(zhuǎn)”命令可以通過(guò)繞軸旋轉(zhuǎn)閉合對(duì)象來(lái)創(chuàng)建實(shí)體2.1.11創(chuàng)建掃掠實(shí)體使用“掃掠”命令，可以通過(guò)沿閉合的二維或三維路徑掃掠開放或閉合的平面曲線（輪廓）來(lái)創(chuàng)建新實(shí)體。掃掠命令用于沿指定路徑以指定輪廓的形狀（掃掠對(duì)象）繪制實(shí)體?？梢話呗佣鄠€(gè)對(duì)象，但是這些對(duì)象必須位于同一平面中。2.1.12創(chuàng)建放樣實(shí)體使用“放樣”命令，可以通過(guò)對(duì)包含兩條或兩條以上橫截面曲線的一組曲線進(jìn)行放樣（繪制實(shí)體）來(lái)創(chuàng)建三維實(shí)體。橫截面定義了結(jié)果實(shí)體的輪廓（形狀）。放樣用于在橫截面之間的空間內(nèi)繪制實(shí)體。使用放樣命令時(shí)，至少必須指定兩個(gè)橫截面。2.1.13面域面域是具有物理特性（例如形心或質(zhì)量中心）的二維封閉區(qū)域，可以將現(xiàn)有面域組合成單個(gè)、復(fù)雜的面域來(lái)計(jì)算面積。面域是使用形成閉合環(huán)的對(duì)象創(chuàng)建的二維閉合區(qū)域。環(huán)可以是直線、多段線、圓、圓弧、橢圓、橢圓弧和樣條曲線的組合。組成環(huán)的對(duì)象必須閉合或通過(guò)與其他對(duì)象共享端點(diǎn)而形成閉合的區(qū)域。2.1.13面域使用拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃掠、放樣命令創(chuàng)建實(shí)體時(shí)，AutoCAD要求截面必須封閉。除了使用AutoCAD二維命令創(chuàng)建的矩形、圓等圖形對(duì)象可以作為截面對(duì)象創(chuàng)建該類實(shí)體外，對(duì)于復(fù)雜截面，AutoCAD提供了“面域”命令以便創(chuàng)建更復(fù)雜的截面輪廓。2.2三維自由動(dòng)態(tài)觀察器在操作過(guò)程中頻繁地設(shè)置視角會(huì)影響繪圖速度。AutoCAD提供一個(gè)更加簡(jiǎn)便的實(shí)時(shí)觀察的命令，即三維自由動(dòng)態(tài)觀察器。三維自由動(dòng)態(tài)觀察器允許用點(diǎn)輸入設(shè)備動(dòng)態(tài)地實(shí)時(shí)設(shè)置視點(diǎn)。2.2.1使用三維自由動(dòng)態(tài)觀察器執(zhí)行“視圖”→“動(dòng)態(tài)觀察”→“自由動(dòng)態(tài)觀察”命令時(shí)，UCS的圖標(biāo)將從平面的X和Y軸形式改變?yōu)槿齻€(gè)著色顯示的圓錐形箭頭坐標(biāo)軸，屏幕光標(biāo)將變?yōu)槠渌问?，在?dāng)前視口中心將出現(xiàn)一個(gè)大圓，如圖。AutoCAD稱該大圓為軌跡圓。如果AutoCAD的柵格打開，在XY平面上的柵格點(diǎn)陣將改變?yōu)闁鸥窬€。2.2.2相關(guān)系統(tǒng)變量系統(tǒng)默認(rèn)的動(dòng)態(tài)觀察器是一個(gè)平面的大圓，用戶可以通過(guò)修改COMPASS系統(tǒng)變量改變動(dòng)態(tài)觀察器的外觀。系統(tǒng)變量COMPASS的取值為1時(shí)，將在3DORBIT的軌跡圓內(nèi)顯示三組短劃線，每一組排列為一個(gè)圓，其平面與其他兩組垂直。圓的平面分別代表XY、ZX和YZ平面。COMPASS=12.3三維模型的修改在本章第一節(jié)介紹了在AutoCAD中如何創(chuàng)建基礎(chǔ)實(shí)體，然而一個(gè)真正的零件大部分情況下都需要再加以修改和組合以形成逼真的零件模型。在二維繪圖中介紹過(guò)的部分圖形修改命令，同樣適用于三維圖形，且操作步驟基本相同。2.3.1三維倒角倒角是把模型的轉(zhuǎn)角部分倒去成斜面。2.3.2三維圓角圓角和倒角命令類似，可以對(duì)模型的棱邊進(jìn)行圓角處理，從而在兩個(gè)相鄰面之間生成一個(gè)圓滑過(guò)渡的曲面。在為幾個(gè)交于同一個(gè)點(diǎn)的棱邊修圓角時(shí)，如果圓角半徑相等，則會(huì)在該公共點(diǎn)上生成球面的一部分。2.3.3分解實(shí)體對(duì)三維圖形使用分解命令可以將三維實(shí)體對(duì)象分解為面域、體、曲面和線框?qū)ο蟆?.3.4剖切實(shí)體通過(guò)剖切現(xiàn)有實(shí)體可以創(chuàng)建新實(shí)體。剖切實(shí)體的默認(rèn)方法是：指定兩個(gè)點(diǎn)定義垂直于當(dāng)前UCS的剪切平面，然后選擇要保留的部分。也可以通過(guò)指定三個(gè)點(diǎn)，使用曲面、其他對(duì)象、當(dāng)前視圖、Z軸，或者XY平面、YZ平面或ZX平面來(lái)定義剪切平面。2.3.5創(chuàng)建加厚實(shí)體在AutoCAD2008中通過(guò)加厚曲面可以從任何曲面類型創(chuàng)建三維實(shí)體。從而曲面轉(zhuǎn)換為實(shí)體。2.3.6抽殼實(shí)體與加厚命令對(duì)應(yīng)的是抽殼命令。抽殼命令可以在三維實(shí)體對(duì)象中創(chuàng)建抽殼（具有指定厚度的薄壁）。通過(guò)將現(xiàn)有面向原位置的內(nèi)部或外部偏移來(lái)創(chuàng)建新的面。偏移時(shí)，將連續(xù)相切的面看作一個(gè)面。2.3.7干涉檢查干涉檢查命令通過(guò)對(duì)比兩組對(duì)象或一對(duì)一地檢查所有實(shí)體來(lái)檢查實(shí)體模型中的干涉（三維實(shí)體相交或重疊的區(qū)域）。使用INTERFERE

命令時(shí)，將在實(shí)體相交處創(chuàng)建和亮顯臨時(shí)實(shí)體。啟動(dòng)干涉檢查后，可以使用“干涉檢查”對(duì)話框在干涉對(duì)象之間循環(huán)以及縮放干涉對(duì)象。也可以指定在關(guān)閉對(duì)話框時(shí)刪除干涉檢查的過(guò)程中創(chuàng)建的臨時(shí)干涉對(duì)象。2.4布爾運(yùn)算布爾操作得名于19世紀(jì)英國(guó)數(shù)學(xué)家喬治·布爾，他發(fā)展了邏輯理論，這些理論現(xiàn)在還廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)中。實(shí)際上所有計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言都有“或（OR）”、“與（AND）”和“異或（XOR）”三種布爾操作。同樣，AutoCAD有三條命令實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)體和面域的布爾操作：并集、差集和交集。2.4布爾運(yùn)算執(zhí)行“修改”→“實(shí)體編輯”命令，在其子菜單里最上面有并集、差集和交集三條命令。通常由布爾操作得到的實(shí)體屬于復(fù)合實(shí)體，因?yàn)樗辽俸袃蓚€(gè)元素。一旦當(dāng)一組實(shí)體的布爾操作完成以后，生成的實(shí)體就不能再回到它的原始狀態(tài)（除了用另外的修改操作，或用UNDO命令）。2.4.1并集運(yùn)算布爾并集運(yùn)算將一組實(shí)體組合成一個(gè)實(shí)體。當(dāng)調(diào)用這條命令時(shí)，AutoCAD將提示選擇要組合的實(shí)體，不會(huì)有選項(xiàng)和其他提示?？梢杂萌魏芜x擇實(shí)體的方法選取實(shí)體。你所選的對(duì)象中的非實(shí)體對(duì)象將會(huì)被忽略，但如果你所選的對(duì)象中的實(shí)體少于2個(gè)，AutoCAD將提示“至少必須選擇2個(gè)實(shí)體或共面的面域”。對(duì)于面域，只有在同一平面中（共面）的面域才會(huì)被組合成一體。2.4.1并集運(yùn)算如果所選擇的實(shí)體重疊，其共同部分將生成一個(gè)新