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AutoCAD2002三维绘图教程前言AutoCAD系列绘图软件是当前世界上应用最为广泛的计算机辅助设计软件，该软件具有极为强大的建模功能，能够精确、便捷地创建各种平面和三维图形。设计人员能够在AutoCAD的三维空间中直接生成与实际物体基本相同的三维模型。通过AutoCAD的三维模型，可形象直观地查看设计结果，并可在此基础上进一步创建具有真实感的模型渲染图像，以更好地表达设计目的。此外，AutoCAD的三维模型数据还可用于有限元计算（FEM）和计算机辅助制造（CAM）等程序，也可用于对三维模型进行仿真计算和加工制造。随着CAD软件及其应用的深入发展，越来越多的设计部门都开始利用计算机直接进行三维设计，许多图形图像和动画制作的软件也常常借助于AutoCAD进行三维建模。针对这种情况，本书对AutoCAD的三维功能进行了深入全面的讲述。本书详细地介绍了AutoCAD2002中文版的三维绘图功能，包括三维绘图的环境、三维对象的创建、修改，三维视图，浏览器的使用，三维模型的渲染以及图形的打印等内容。通过对本书的学习，可以在AutoCAD二维绘图的基础上，进一步掌握AutoCAD的三维绘图功能，提高建模的能力，为更好地应用AutoCAD进行设计打下一个坚实的基础。本书从三维绘图的基本概念和基本操作开始，深入全面地讲述了AutoCAD三维应用的各个方面。本书内容详实，示例丰富，并在每章的后面附有思考题，以帮助读者更好地理解和掌握书中内容。全书共有七个章节和二个附录：第一章讲述AutoCAD的三维环境。主要包括AutoCAD的三维空间、三维坐标系、三维坐标形式、三维视图和三维视口等。第二章讲述AutoCAD基本的三维对象。主要包括各种对象的类型，以及各种简单三维对象的创建命令和方法。第三章讲述AutoCAD的三维动态观察器的使用和设置，以及与其相关的一些命令。第四章讲述AutoCAD中对三维对象的修改命令。第五章讲述复杂三维对象的创建方法和各种应用。主要包括各种复杂三维曲面对象和复杂三维实体对象的创建命令和方法，以及对实体对象进行剖切、截面、检查干涉、分析计算、创建实体对象的轮廓和剖面图等操作。第六章讲述图形渲染的基本概念以及在AutoCAD中对三维模型渲染的方法。主要包括对光源、材质、场景、配景以及各种特殊效果的设置，以及对渲染操作的设置和渲染结果的处理等内容。第七章讲述在AutoCAD的图纸空间中，利用布局和布局视口进行图形打印的方法，以及配置打印机、设置打印样式和打印过程的各种方法。附录A列出了AutoCAD中与三维操作相关的命令及其主要作用。附录B是各章思考题的简要答案。本书可作为广大AutoCAD用户掌握AutoCAD三维功能的学习用书，也可作为大、中专院校相关专业师生及培训班学员的教材或教学参考书。本书由赵文新和郭启全主编，第1章由陈斌编写，第2章由刘莉编写，第3章由高显华和曾斌编写，第4章由曾明和秦茹编写，第5章由杨立庭编写，第6章由赵文新编写，第7章由刘显编写，附录由杨文广编写。郭启全对全书作了统稿。秦利那、张英、王萍等对书稿的录校和插图也作了部分工作，在此谨向他们表示衷心感谢。由于编者水平有限，书中难免存在不妥之处，恳请广大读者多提宝贵意见。编者2002.10月于清华园第1章三维绘图基础本章主要讲述AutoCAD三维绘图的基础知识，首先介绍AutoCAD的三维空间、三维坐标系和各种三维坐标形式，并详细讲述如何使用世界坐标系（WCS）和用户坐标系（UCS）。此外，还介绍了如何在AutoCAD中设置和管理三维视图与模型视口。1.1AutoCAD的三维空间AutoCAD的图形空间是一个三维空间，可以在AutoCAD三维空间中的任意位置构建三维模型。使用三维坐标系对AutoCAD的三维空间进行度量，用户可使用多种形式的三维坐标形式。1.1.1三维坐标系AutoCAD的三维坐标系由三个通过同一点且彼此垂直的坐标轴构成，这三个坐标轴分别称为X轴、Y轴和Z轴，交点为坐标系的原点，也就是各个坐标轴的坐标零点。从原点出发，沿坐标轴正方向上的点用正的坐标值度量，而沿坐标轴负方向上的点用负的坐标值度量。因此，在AutoCAD的三维空间中，任意一点的位置可以由三维坐标轴上的坐标（x，y，z）惟一确定。AutoCAD三维坐标系的构成如图1-1所示。图1-1AutoCAD的三维坐标系在三维坐标系中，三个坐标轴的正方向可以根据右手定则确定，具体方法是将右手背对着屏幕放置，然后伸出拇指、食指和中指。其中，拇指和食指的指向分别表示坐标系的X轴和Y轴的正方向，此时，中指所指向的方向表示该坐标系Z轴的正方向，如图1-2（a）所示。在三维坐标系中，三个坐标轴的旋转方向的正方向也可以根据右手定则确定，具体方法是用右手的拇指指向某一坐标轴的正方向，弯曲其他四个手指，手指的弯曲方向表示该坐标2AutoCAD2002三维绘图教程轴的正旋转方向，如图1-2（b）所示。（a）（b）图1-2右手定则在AutoCAD中，坐标轴的旋转方向常常用逆时针方向和顺时针方向表示正负。定义方法为：当某个坐标轴的正方向垂直指向屏幕外侧时，把屏幕作为时钟的表面，时钟指针旋转的方向即为该坐标轴的顺时针方向，反方向即为逆时针方向。由右手定则可知，坐标轴的逆时针方向为正的旋转方向，而顺时针方向为负的旋转方向。1.1.2三维坐标形式进行三维建模时，常常需要使用精确的坐标值确定三维点。在AutoCAD中可使用多种形式的三维坐标，包括直角坐标形式、柱坐标形式、球坐标形式以及这几种坐标类型的相对形式。直角坐标、柱坐标和球坐标都是对三维坐标系的一种描述，其区别是度量的形式不同。这三种坐标形式之间是相互等效的。也就是说，AutoCAD三维空间中的任意一点，可以分别使用直角坐标、柱坐标或球坐标描述，其作用完全相同，在实际操作中可以根据具体情况任意选择某种坐标形式。1．直角坐标形式AutoCAD三维空间中的任意一点都可以用直角坐标（x，y，z）的形式表示，其中x、y和z分别表示该点在三维坐标系中X轴、Y轴和Z轴上的坐标值。例如，点（6，5，4）表示一个沿X轴正方向6个单位，沿Y轴正方向5个单位，沿Z轴正方向4个单位的点，该点在坐标系中的位置如图1-3所示。图1-3直角坐标示意图2.柱坐标形式第1章三维绘图基础3柱坐标用（La，z）的形式表示，其中L表示该点在XOY平面上的投影到原点的距离，a表示该点在XOY平面上的投影和原点之间的连线与X轴的交角，z为该点在Z轴上的坐标。从柱坐标的定义可知，如果L坐标值保持不变，而改变a和z坐标时，将形成一个以Z轴为中心的圆柱面，L为该圆柱的半径，这种坐标形式被称为柱坐标。例如，点（830，4）的位置如图1-4所示。图1-4柱坐标示意图3.球坐标形式球坐标用（Lab）的形式表示，其中L表示该点到原点的距离，a表示该点与原点的连线在XOY平面上的投影与X轴之间夹角，b表示该点与原点的连线与XOY平面的夹角。从球坐标的定义可知，如果L坐标值保持不变，而改变a和b坐标时，将形成一个以原点为中心的圆球面，L为该圆球的半径，这种坐标形式被称为球坐标。例如，点（83020）的位置如图1-5所示。图1-5球坐标示意图4．相对坐标形式以上三种坐标形式都是相对于坐标系原点而言的，也可以称为绝对坐标。此外，AutoCAD还可以使用相对坐标形式。所谓相对坐标，在连续指定两个点的位置时，第二点以第一点为4AutoCAD2002三维绘图教程基点所得到的相对坐标形式。相对坐标可以用直角坐标、柱坐标或球坐标表示，但要在坐标前加“@”符号。例如，某条直线起点的绝对坐标为（3，2，4），终点的绝对坐标为（8，7，7），则终点相对于起点的相对坐标为（@5，5，3），如图1-6所示。图1-6相对坐标示意图1.1.3构造平面与标高1.构造平面构造平面是AutoCAD三维空间中一个特定的平面，一般为三维坐标系中的XOY平面。构造平面主要用于放置二维对象和对齐三维对象。通常，创建的二维对象都位于构造平面上，栅格也显示在构造平面上，如图1-7所示。图1-7构造平面示意图三维绘图时，如果没有指定Z轴坐标，或直接使用光标在屏幕上拾取点，则该点的Z坐标将与构造平面的标高保持一致。默认情况下，构造平面为三维坐标系中的XOY平面，即构造平面的标高为0。也可以改变构造平面的标高，可直接在与XOY平面相平行的平面上绘第1章三维绘图基础5图。2．标高标高是指AutoCAD中默认的Z坐标值，默认情况下的标高值为0。当在命令行中只输入坐标点的x、y值，或使用光标在屏幕上拾取点时，AutoCAD自动将该点的Z坐标值指定为当前的标高值。设置标高的命令调用方式和执行过程为：z命令行：ELEV命令:ELEV指定新的默认标高0.0000:指定新的默认厚度0.0000:使用ELEV命令，可以重新设置当前的默认标高和默认厚度。其中厚度的概念详见第2章。注意：当坐标系发生变化时，AutoCAD自动将标高设置为零。AutoCAD将标高值保存在系统变量ELEVATION中，可以直接修改该系统变量，从而改变当前的标高设置。1.2世界坐标系和用户坐标系在AutoCAD的三维空间中，可以使用两种类型的三维坐标系。一种是固定不变的世界坐标系，一种是可移动的用户坐标系。可移动的用户坐标系对于输入坐标、建立图形平面和设置视图非常有用。对于用户坐标系，可以进行定义、保存、恢复、删除等操作。1.2.1世界坐标系和用户坐标系1．世界坐标系（WCS）在AutoCAD的每个图形文件中，都包含一个惟一的、固定不变的、不可删除的基本三维坐标系，这个坐标系被称为世界坐标系（WCS，WorldCoordinateSystem）。WCS为图形中所有的图形对象提供了一个统一的度量。当使用其他坐标系时，可以直接使用世界坐标系的坐标，而不必更改当前坐标系。使用方式是在坐标前加“*”号，表示该坐标为世界坐标。例如，无论在哪个坐标系中，坐标（*10，10，10）都表示世界坐标系的点（10，10，10）。2．用户坐标系（UCS）在一个图形文件中，除了WCS之外，AutoCAD还可以定义多个用户坐标系（UCS，UserCoordinateSystem）。顾名思义，用户坐标系是可以由用户自行定义的一种坐标系。在AutoCAD的三维空间中，可以在任意位置和方向指定坐标系的原点、XOY平面和Z轴，从而得到一个新的用户坐标系。6AutoCAD2002三维绘图教程1.2.2创建用户坐标系在AutoCAD中，可以使用多种方法创建UCS，新建的UCS将成为当前UCS。新建UCS的命令调用方式和执行过程为：z菜单：“工具”→“新建UCS”→“世界”、“对象”、“面”、“视图”、“原点”、“Z轴矢量”、“三点”、“X”、“Y”、“Z”、“应用”。z工具栏：“UCS”→。z命令行：UCS。命令:UCS当前UCS名称:*没有名称*输入选项[新建(N)/移动(M)/正交(G)/上一个(P)/恢复(R)/保存(S)/删除(D)/应用(A)/?/世界(W)]世界:n指定新UCS的原点或[Z轴(ZA)/三点(3)/对象(OB)/面(F)/视图(V)/X/Y/Z]0,0,0:UCS命令包括以下几种命令选项：（1）选择“世界（W）”命令选项，可以将当前UCS设置为WCS。（2）选择“新建（N）”命令选项，可以直接指定新UCS的原点，AutoCAD将根据原来UCS的X、Y和Z轴方向和新的原点定义新的UCS，即相当于平移原来的UCS，如图1-8所示。（3）选择“新建（N）”命令选项，然后选择“Z轴（ZA）”命令选项，可以指定Z轴正半轴，从而定义新UCS。首先需要指定新UCS的原点，原来的UCS将平移到该原点处。然后指定新建UCSZ轴正半轴上的点，从而确定新建UCS的方向，如图1-9所示。图1-8指定原点创建UCS图1-9指定Z轴创建UCS（4）选择“新建（N）”命令选项，然后选择“三点（3）”命令选项，可以指定新UCS的原点及其X和Y轴的正方向，AutoCAD将根据右手定则确定Z轴。用户依次指定新UC