《AutoCAD建筑與土木工程制圖》課件-第9章

9.1三種模型與用戶坐標系

9.2面域與布爾運算

9.3三維實體的繪制

9.4三維實體的編輯

9.5三維模型的后期處理9.6應用舉例

9.1.1三維幾何模型分類

1．線框模型

線框模型就是用線(包括棱線和轉向輪廓線)來表達三維立體。例如，用12條棱線表示的一個長方體，如圖9-1a)所示；用兩個圓和兩條轉向輪廓線表示的一個圓柱體，如圖9-1b)所示。9.1三種模型與用戶坐標系圖9-1線框模型

2．表面模型

表面模型就是用物體的表面表示三維物體。圖9-2a)所示是一個圓柱面的表面模型，圖9-2b)所示是用一個圓柱面和兩個圓面表示的一個“空心”的圓柱。圖9-2圓柱面與圓表面模型

3．實體模型

實體模型包括了線、面和體的全部信息。圖9-3所示是實體模型。圖9-3大門實體模型9.1.2觀察三維圖形

在繪制三維圖形時，由于觀察和繪圖的需要，必須經(jīng)常變換方位，如圖9-3、圖9-6所示，為此AutoCAD設置了各種視圖顯示方法。

在已打開的工具欄上右擊，單擊選擇“視圖”選項，系統(tǒng)彈出“視圖”工具欄，如圖9-4所示。圖9-4“視圖”工具欄選擇“視圖”→“三維視圖”，“三維視圖”子菜單下提供的選項，如圖9-5所示。圖9-5“三維視圖”子菜單圖9-6改變觀察方向例圖9.1.3建立用戶坐標系

1．世界坐標系

AutoCAD自動設置的坐標系是世界坐標系(又稱絕對坐標系)。

例如，要在圖9-7所示的BCGF面內(nèi)畫一個圓，如果在世界坐標系內(nèi)操作，就非常煩瑣，因為該圓在世界坐標系中的形狀是一個橢圓。

用戶坐標系(UCS)的坐標原點可以放在任何位置，坐標軸可以傾斜任意角度。便于將尺寸轉換為坐標值。例如，建立圖9-8所示的用戶坐標系以后，矩形EFGH的邊長就是G點的坐標值。圖9-7用戶坐標系圖9-8將尺寸轉換為坐標值

2．建立用戶坐標系

建立用戶坐標系的原理和作用與數(shù)學中的坐標變換相同。

建立用戶坐標系，在BCGF面內(nèi)畫圓，如圖9-9所示。畫完圓以后返回世界坐標系。

建立與世界坐標系傾斜的用戶坐標系(如圖9-9、圖9-10所示)，最有效的方法是調(diào)用UCS命令的“三點(3)”選項，用三點方式來建立。圖9-9建立用戶坐標系應用圖例(1)

圖9-10建立用戶坐標系應用圖例(2)由于當前坐標系的XY面與EFGH面平行，且X軸、Y軸分別與四邊形EFGH的邊(尺寸基準線)平行，因而不用建立新的用戶坐標系，只要把世界坐標系移到EFGH面上即可。移動坐標系只改變坐標原點的位置，不改變X、Y軸的方向。

接上例，在四邊形ABFE面內(nèi)畫一矩形，如圖9-11所示。圖9-11建立用戶坐標系應用圖例(3)9.2.1創(chuàng)建面域

面域是用閉合的形狀創(chuàng)建的二維區(qū)域，該閉合的形狀可以由多段線、直線、圓弧、圓、橢圓弧、橢圓或樣條曲線等對象構成。9.2面域與布爾運算9.2.2編輯面域：布爾運算

通過編輯面域可創(chuàng)建邊界復雜的圖形。在AutoCAD中用戶可對面域進行布爾運算，即“并集”、“差集”、“交集”三種布爾運算，其效果如圖9-12所示。圖9-12“面域”布爾運算9.3.1創(chuàng)建基本實體

在AutoCAD中，可以方便地繪制出一些基本實體模型，如多段體、長方體、楔形體、圓錐體、球體、圓柱體、圓環(huán)體、棱錐體、螺旋以及平面曲面，是最基本的三維模型，這些基本的三維模型通常是創(chuàng)建復雜三維模型的基礎。一般在實體繪制過程中，為了提高效率，首先在已經(jīng)打開的工具欄上用鼠標右擊，然后選擇“建模”選項，調(diào)出繪制建模的工具欄，如圖9-13所示。9.3三維實體的繪制圖9-13“實體”工具欄

1．繪制多段體

多段體可以看做是帶矩形輪廓的多段線，只不過直接繪制出來就是實體。在建筑立體圖中用多段體來創(chuàng)建墻體非常方便。選擇“繪圖”→“建?！薄岸喽误w”命令或單擊“建模”工具欄或“三維制作”面板中的??按鈕，繪制如圖9-14所示多段體圖形。圖9-14多段體圖例

2．繪制長方體

長方體是最基本的實體模型之一，作為最基本的三維模型，其應用非常廣泛。選擇“繪圖”→“建?！薄伴L方體”命令或單擊“建?！惫ぞ邫谥械摹伴L方體”按鈕?，按尺寸要求繪制長方體，如圖9-15所示。圖9-15繪制長方體圖例

3．繪制楔形體

選擇“繪圖”→“建模”→“楔形體”命令或單擊“建?！惫ぞ邫谥械摹靶ㄐ误w”按鈕?，按尺寸要求繪制楔形體，如圖9-16所示。圖9-16楔形體圖例

4．圓錐體

選擇“繪圖”→“建?！薄皥A錐體”命令或單擊“建?！惫ぞ邫诨颉叭S制作”面板中的“圓錐體”按鈕，按尺寸要求繪制圓錐體，如圖9-17所示。圖9-17圓錐體圖例

5．球體

選擇“繪圖”→“建?！薄扒蝮w”命令或單擊“建?！惫ぞ邫诨颉叭S制作”面板中的“球體”按鈕?，按尺寸要求繪制球體，如圖9-18所示。圖9-18球體圖例

6．圓柱體

選擇“繪圖”→“建模”→“圓柱體”命令或單擊“建?！惫ぞ邫诨颉叭S制作”面板中的“圓柱體”按鈕，按尺寸要求繪制圓柱體，如圖9-19所示。圖9-19繪制圓柱體圖例

7．圓環(huán)體

選擇“繪圖”→“建?！薄皥A環(huán)體”命令或單擊“建模”工具欄或“三維制作”面板中的“圓環(huán)體”按鈕?，按尺寸要求繪制圓環(huán)體，如圖9-20所示。圖9-20圓環(huán)體圖例

8．繪制棱錐體

棱錐體與圓錐體的不同之處在于圓錐體是回轉面，而棱錐體除底面外，其他部分由平面組成。棱錐體命令可以創(chuàng)建3～32個側面的棱錐體。選擇“繪圖”→“建?！薄袄忮F面”命令或單擊“建?！惫ぞ邫诨颉叭S制作”面板中的“棱錐面”按鈕?，按尺寸要求繪制棱錐體，如圖9-21所示。圖9-21棱錐體圖例

9．繪制螺旋

選擇“繪圖”→“螺旋”命令或單擊“建?！惫ぞ邫诨颉叭S制作”面板中的??按鈕，按尺寸要求繪制螺旋，如圖9-22所示。圖9-22螺旋圖例9.3.2與三維視圖顯示相關的變量

1．改變?nèi)S圖形的曲面輪廓素線

當實體中包含彎曲面時(如球體和圓柱體等)，則曲面在線框模式下用線條的形式來顯示，這些線條稱為素線。

該值為0時，表示曲面沒有素線，如果增加素線的條數(shù)，則會使圖形看起來更接近三維實物，如圖9-23所示。圖9-23isolines變量值設置對實體顯示的影響

2．以線框形式顯示實體輪廓

使用dispsilh系統(tǒng)變量可以以線框形式顯示實體輪廓。此時需要將其值設置為1，并用“hide”或“shademode”命令將曲面的小平面隱藏，或者選擇“視圖”→“視覺模式”→“三維隱藏”菜單，來顯示實體輪廓，如圖9-24所示。圖9-24dispsilh變量值設置對實體輪廓顯示的影響

3．改變實體表面的平滑度

在執(zhí)行“hide”、“shademode”或“render”命令時，可通過修改facetres系統(tǒng)變量值來改變實體表面的平滑度。該變量用于設置曲面的面數(shù)，取值范圍為0.01～10，默認值為0.5。其中，值越大，實體表面越光滑，如圖9-25所示。圖9-25facetres變量值設置對實體表面平滑度的影響9.3.3二維圖形轉換成三維立體模型

三維建模不僅可以通過圖素建立，也可以通過對二維圖形的拉伸或旋轉來產(chǎn)生。

1．創(chuàng)建面域

2．通過拉伸二維圖形繪制三維實體

可作為拉伸對象的二維圖形有：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、封閉的多義線等。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行拉伸，此時用戶需要將其定義為面域。選擇“繪圖”→“建?！薄袄臁泵罨騿螕簟敖！惫ぞ邫诨颉叭S制作”面板中的“拉伸”按鈕?，來創(chuàng)建實體，如圖9-26、圖9-27所示拉伸圖形。圖9-26拉伸圖例圖9-27拉伸圖例

3．通過拉伸面命令創(chuàng)建實體

單擊“建?！惫ぞ邫诨颉叭S制作”面板中的“拉伸面”按鈕，來創(chuàng)建實體，如圖9-28所示。圖9-28拉伸面圖例

4．通過旋轉二維圖形繪制三維實體

可以旋轉閉合多段線、多邊形、圓、橢圓、閉合樣條曲線、圓環(huán)和面域成為三維立體模型?？梢詫⒁粋€閉合對象繞當前UCSX軸或Y軸旋轉一定的角度生成實體。也可以繞直線、多段線或兩個指定的點旋轉對象。選擇“繪圖”→“建模”→“旋轉”命令或單擊實體工具欄或“三維制作”面板中的“旋轉”按鈕，來創(chuàng)建實體，如圖9-29所示。圖9-29旋轉二維圖形繪制實體

5．通過掃掠創(chuàng)建實體

通過掃掠的方法可以將閉合的二維對象沿指定的路徑創(chuàng)建出三維實體。用這種方法創(chuàng)建彈簧等需要同時在不同平面間轉換的實體非常方便。選擇“繪圖”→“建?！薄皰呗印泵罨騿螕簟皩嶓w”工具欄或“三維制作”面板中的“掃掠”按鈕?，來創(chuàng)建實體，如圖9-30所示。圖9-30掃掠圖例對三維實體可以進行旋轉、鏡像、陣列、倒角、對齊、倒圓角、并、差、交、剖切、干涉、壓印、分割、抽殼、清除等編輯操作，同時可以對實體的邊和面進行編輯。在已打開的工具上用鼠標右擊，在彈出的“光標”菜單中選取“實體編輯”選項，彈出如圖9-31所示的工具欄，在進行實體編輯時使用此工具欄非常方便。9.4三維實體的編輯圖9-31“實體編輯”工具欄

1．用布爾運算創(chuàng)建復雜實體模型

用三種方法創(chuàng)建復雜實體的圖例如圖9-32所示。圖9-32用布爾運算創(chuàng)建復雜實體模型圖例

2．剖切實體

剖切實體是可以用平面剖切一組實體，從而將該組實體分成兩部分或去掉其中的一部分。選擇“修改”→“三維操作”→“剖切”命令或單擊“三維制作”面板上的“剖切”按鈕，進行剖切實體操作，如圖9-33、圖9-34所示。圖9-33剖切實體圖例圖9-34剖切實體圖例

3．三維倒直角

選擇“修改”→“倒直角”命令或單擊“修改”工具欄中的“倒直角”按鈕?，進行三維倒直角操作，如圖9-35所示。圖9-35三維倒直角圖例

4．三維倒圓角

選擇“修改”→“圓角”命令或單擊“修改”工具欄中的“倒圓角”按鈕?，進行三維倒圓角操作，如圖9-36所示。圖9-36三維倒圓角圖例

5．三維陣列

利用“三維陣列”命令可陣列三維實體。在操作過程中，用戶需要輸入陣列的列數(shù)、行數(shù)以及層數(shù)。選擇“修改”→“三維操作”→“三維陣列”命令，進行三維陣列操作，如圖9-37所示。圖9-37環(huán)形陣列圖例

6．三維鏡像

“三維鏡像”命令通常用于繪制具有對稱結構的三維實體。選擇“修改”→“三維操作”→“三維鏡像”命令，進行三維鏡像操作，如圖9-38所示。圖9-38三維鏡像圖例

7．三維旋轉

通過“三維旋轉”命令可以靈活定義旋轉軸，并對三維實體進行任意旋轉。選擇“修改”→“三維操作”→“三維旋轉”命令或單擊“實體編輯”工具欄或“三維制作”面板中的??按鈕，進行三維旋轉操作，如圖9-39所示。圖9-39三維旋轉圖例

8．三維平移

三維移動可以在三維空間中將對象沿指定方向移動指定的距離，與二維移動的方法相似，不同的只是移動時可以在三維空間中任意移動。選擇“修改”→“三維操作”→“三維移動”命令或單擊“實體編輯”工具欄或“三維制作”面板中的按鈕，進行三維平移操作，如圖9-40所示。圖9-40三維平移圖例操作

9．抽殼

“抽殼”命令常用于繪制壁厚相等的殼體。選擇“修改”→“實體編輯”→“抽殼”命令或單擊“實體編輯”工具欄中的“抽殼”按鈕，進行抽殼操作，如圖9-41所示。圖9-41抽殼圖例創(chuàng)建三維實體后，默認是以線框方式顯示的。AutoCAD特別設置了“視覺樣式”與“渲染”工具欄，在圖形進行逼真圖像處理前，先在已打開的工具欄上用鼠標右擊，選擇“視覺樣式”與“渲染”，在繪圖區(qū)域彈出如圖9-42和圖9-43所示的工具欄圖。9.5三維模型的后期處理圖9-42“視覺樣式”工具欄

圖9-43“渲染”工具欄

1．視覺樣式

“二維線框”用來顯示用直線和曲線表示邊界的對象?！叭S隱藏”用來顯示用三維線框表示的對象并隱藏模型內(nèi)部及背面等從當前視點無法直接看見的線條。用這種方式著色時會產(chǎn)生冷色和暖色之間的過渡，效果缺乏真實感，但可以更方便地查看模型的細節(jié)，如圖9-44所示。圖9-44視覺樣式顯示

2．渲染

三維圖形的渲染是在圖形中設置了光源、背景、場景，并為三維圖形的表面附著材質，使其產(chǎn)生非常逼真的效果。圖9-45所示為渲染效果圖例。圖9-45渲染效果圖例

1．根據(jù)圖9-46所示的平面圖形繪制三維實體

(1)打開CAD，點擊“東南等軸測視圖”按鈕，進入到東南視圖界面。

(2)在東南視圖的界面里，點擊“長方體”按鈕，在界面里指定長方體的一個角點后，再指定對角點。如圖9-47所示。

9.6應用舉例圖9-46平面圖形圖9-47繪制長方體

圖9-48拉伸面傾斜度45°

(3)點擊“拉伸面”按鈕選擇長方體上表面。指定拉伸的高度30，指定拉伸的傾斜角度45°(通過計算得出45°)。如圖9-48所示。

(4)點擊“拉伸面”按鈕選擇物體上表面。指定拉伸的高度120，指定拉伸的傾斜角度0°。單個實體就完成了，如圖9-49所示。圖9-49拉伸面圖9-50矩形陣列對話框

(5)對這個實體做陣列。點擊“陣列”按鈕打開如圖9-50所示對話框。陣列完成后，輸入“hi”，轉為消隱圖，如圖9-51所示。圖9-51陣列后消隱圖9-52建立用戶坐標系

(6)建立用戶坐標系。點擊“三點UCS”按鈕，按圖9-52示意的順序，確定UCS的三個點，2=原點，3=X軸方向，1=Y軸方向。這樣，將實體上的一個面轉到XY平面，為后續(xù)操作做準備，如圖9-52所示。

(7)指定長方體的角點(0，20，-5)，輸入對角點@320，40，-30，如圖9-53所示。

(8)點擊“世界UCS”按鈕，將UCS坐標返回到原先的東南視圖。如圖9-54所示。圖9-53繪制基礎梁圖9-54重新建立用戶坐標系

(9)用三點畫圓。畫一個輔助圓，三個點都是實體的角點，如圖9-55所示。圖9-55畫輔助圓

圖9-56環(huán)形陣列對話框

(10)做環(huán)形陣列。中心點是輔助圓的圓心，項目數(shù)為4，角度為360°，對象是橫的長方體，如圖9-56所示。圖9-57為環(huán)形陣列后的圖形。

(11)刪除掉輔助圓。用“并集”命令選擇整個圖形，回車確認，整個圖形就合為一體。輸入“hi”命令，全部圖形就展現(xiàn)為消隱圖，如圖9-58所示。圖9-57基礎梁環(huán)形陣列圖9-58進行并運算

(12)點擊“著色”命令，圖形就成了著色圖，本題繪制完成，結果如圖9-59所示。

2．根據(jù)房屋三視圖(見圖9-60)繪制立體圖

圖9-59對基礎梁著色圖9-60值班室建筑施工圖

(1)二維圖形轉三維前的準備工作。關閉圖層，留下墻線和基礎圖層，如圖9-61所示。

(2)選擇東南等軸測視圖來觀察、繪制比較方便。如圖9-62所示。圖9-61關閉圖層留下墻線和基礎圖層圖9-62選擇東南等軸測視圖

(3)創(chuàng)建面域，或把墻線轉化為多段線。

(4)拉伸。拉伸墻線形成墻體。輸入正值，沿Z軸正向拉伸，拉伸墻線3220mm。若輸入負值，沿Z軸負向拉伸，如拉伸基礎輸入-130mm。如圖9-63所示。

(5)建立用戶坐標系，制作門和窗上的墻體。如圖9-64所示。圖9-63拉伸墻體和基礎圖9-64制作門和窗上的墻體

(6)繪制室內(nèi)地面。根據(jù)平面圖和立面圖，我們得知室內(nèi)地面和室外高度差為20mm，用多段線在平面圖內(nèi)繪制封閉圖線，然后拉伸20mm。如圖9-65所示。

圖9-65繪制室內(nèi)地面

圖9-66繪制窗臺

(7)繪制窗臺。如圖9-66、圖9-67所示。

(8)繪制屋頂。通過房屋三視圖分析，屋頂和基礎都是長方體，大小一樣，選擇屋頂和基礎對應點，在坐標系中高度差為3350mm，其余坐標一樣，所以用“復制”命令輸入@0，0，3350，可繪制屋頂，如圖9-68所示。

(9)布爾運算。通過并集運算形成整體，如圖9-69所示。圖9-67移動并復制窗臺圖9-68繪制屋頂圖9-69布爾運算形成整體

(10)三維模型的后期處理。創(chuàng)建三維實體后，默認是以線框方式顯示的。為了進一步獲得逼真的模型圖像，用戶通常需要設置消隱，或者賦予材質并渲染，以觀察所建模型是否滿意，如圖9-70所示。圖9-70后期處理

3.制作橋墩模型

圖9-71為圓端形橋墩總圖，圖9-72為圓端形橋墩墩帽圖，圖9-73為圓端形橋墩的模型。圖9-71圓端形橋墩總圖圖9-72圓端形橋墩墩帽圖圖9-73圓端形橋墩模型

(1)新建圖形文件，以文件名為“橋墩.dwg”保存。

(2)建立圖層，如圖9-74。圖9-74建立圖層

(3)制作橋墩基礎模型。

①將視圖設置為“西南等軸測”，將視覺樣式設置為“概念”，進入“基礎”圖層。

②用長方體命令“box”分別創(chuàng)建兩個長方體，尺寸分別為546?×?466?×?100和416?×?326?×?100。

③將小長方體疊放在大長方體的上面，長、寬方向上都居中放置，如圖9-75。

④用“并集”命令將兩個長方體合并。圖9-75創(chuàng)建基礎模型

(4)制作墩身模型。

制作墩身模型有兩種方法。一種是分解法，將墩身理解為三塊組成，分別創(chuàng)建各塊，然后合并在一起；另一種方法是整體放樣法，將墩身整體理解為一塊放樣形體，放樣截面是底面和頂面。

a．將視圖設置為“左視”，進入“墩身”圖層。

b．用“多段線”命令繪制墩身中間橫臥梯形柱的梯形輪廓，如圖9-76a)所示。

c．將視圖設置為“西南等軸測”。

d．用創(chuàng)建拉伸實體的命令“extrude”拉伸梯形輪廓，拉伸高度為150，得到梯形柱如圖9-76c)。

e．用創(chuàng)建旋轉實體的命令“revolve”，以梯形柱斷面輪廓的對稱線為旋轉軸，選擇梯形柱中特征面梯形輪廓的一半為旋轉對象(圖9-76b))，旋轉角度360°，得到圓臺，如圖9-76d)所示。圖9-76創(chuàng)建梯形柱、圓臺

f．用剖切命令“slice”將圓臺切成左、右兩個半圓臺，如圖9-77a)所示。

g．用“移動”命令將兩個半圓臺移到梯形柱的左、右兩個端面上，如圖9-77b)所示。

h．用“并集”命令將梯形柱和兩個半圓臺合并，得到墩身的模型。圖9-77組合橋墩模型②用整體放樣法制作墩身模型。

a．將視圖設置為“俯視”，進入“墩身”圖層。

b．用“多段線”命令繪制橋墩的底面和頂面，如圖9-78a)所示。

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