Inventor在建筑设计中的应用和技巧

专/题/策/划|计算机教育2007.11|17Inventor在建筑设计中的应用和技巧北京科技大学机械工程学院张苏华/文传统的建筑建设过程一般由概念草图设计→绘制建筑工程图→绘制建筑效果图→建筑施工等组成。随着计算机技术的发展，将建筑设计与计算机辅助设计相结合，借助三维建筑模型来多角度地展示建筑物复杂多变的空间结构，实现了建筑设计可视化。AutodeskInventor是美国Autodesk公司推出的基于特征的参数化三维设计软件，可以随处剖切三维建筑模型，如房屋的水平剖切、房屋的垂直剖切和各层楼梯间的剖切，等，使内部结构一目了然。利用计算机的虚拟设计，为设计人员提供了广阔的思维空间，以激发设计和创新灵感。对比图1和图2两种楼梯的外观效果，可以动态地观察、推敲和修改设计，从中选择一种比较合理、美观的设计方案。图1楼方案梯一图2楼梯方案二草图是三维零件造型的基础，是一个特征的“截面轮廓”，有了草图，就可以用各种方法生成不同的实体。将现有的CAD建筑平面图作为Inventor墙体的草图，再利用“拉伸”工具创建墙体，既提高了建模速度，门窗位置又非常准确。将AutoCADDWG数据输入到Inventor零件草图的步骤如下：(1)提取CAD图中的墙体图层因为CAD建筑图中有一些文字、尺寸和门窗等创建墙体不需要图线(图3)，利用CAD“特性”工具中的“快速选择”功能，可以将墙体图线提取出来。如图4“快速选择”对话框所示，墙体层(WALL层)已经包括在选择集中。用“复制”和“粘贴”命令将选择集的内容粘贴到一个CAD新文件中，保存该CAD文件(图5墙体图)后关闭该文件。图3CAD建筑图图4“快速选择”对话框专/题/策/划|计算机教育2007.11|18图5CAD墙体图(2)输入CAD图作为Inventor草图在AutodeskInventor中创建新零件，激活零件草图。单击“草图”工具栏上的“插入AutoCAD文件”按钮，输入已保存的墙体图。草图应该是一个封闭的轮廓，而且不能是自交叉状态，必要时删除草图截面轮廓中不需要的线段。一般情况下，草图绘制完后，要对草图进行约束。几何约束用来规整草图的几何形状，确定草图各要素之间以及草图与其他实体要素之间的相互关系。尺寸约束用来定义草图的大小和图元之间的相对位置。利用现有的CAD建筑平面图作为Inventor墙体的草图，则可以节省绘制草图和约束草图这些步骤，可以大大提高建模速度。(3)创建墙体单击“拉伸”工具，如果草图截面轮廓中有开放回路或多重回路，则显示“检查截面轮廓问题”符号，使用草图医生删除所有开放回路或多重回路。拉伸后的墙体如图6所示，注意在门窗的位置处添加了必要的墙体。图6拉伸墙体一套完整的建筑工程图中，给排水、暖通、结构等部分是由各个专业设计小组设计并提交设计图纸的。在三维建筑模型中，将给排水管路和暖通、风道等按照尺寸绘制出来，可以检查管路设计是否合理，管路与建筑结构有没有干涉现象，帮助各个专业之间进行协调，使施工得以顺利进行。Inventor软件的“自定义特征iFeature”功能是定义并保存重复使用的特征。因为管路可视为由圆拉伸而成，所以用iFeature功能定义一个拉伸特征，然后在零件上选择工作平面来插入iFeature，可以大大提高创建三维管路模型的速度。图7所示为卫生间的部分管路。使用iFeature功能创建管路的步骤如下：图7卫生间的管路(1)创建iFeature绘制一个草图直径20，拉伸长度100的圆柱，使用“工具”菜单上的“提取iFeature”选项来提取草图特征和定位基准面并保存在系统指定的目录中，“创建iFeature”对话框如图8所示。图8提取iFeature(2)提取CAD图中的管路图层作为Inventor草图利用CAD“特性”工具中的“快速选择”功能，将管路图层提取出来并保存为一个CAD文件。在Inventor中创建新零件，用“插入AutoCAD文件”功能，输入CAD管路图作为Inventor草图，如图9所示。(3)插入iFeature创建不同标高的管路单击“工作平面”按钮，选择Inventor草图中某专/题/策/划|计算机教育2007.11|19条线段和它的端点，则定义一个通过端点并垂直于该线段的工作平面。启用特征工具面板中的“插入iFeature”功能，出现“插入iFeature”对话框，找到需要插入的文件后，将光标放在已定义的工作平面上，圆柱的虚拟显示将会出现。根据需要在“插入iFeature”对话框中调整草图直径或拉伸长度后，完成了该条管路的创建。在Inventor中，可以将模型中的几何图元、定位特征投影到当前草图平面中，以创建参考几何图元。为了创建不同标高的给水、污水、中水和热水管路，需要定义不同标高的工作平面作为草图平面，将Inventor草图中的线段投影到各个草图平面上，再利用iFeature功能创建不同标高的管路，保证了各种管路间的相对位置正确，如图10所示。图9插入CAD图图10创建管路建筑物中往往有多种楼梯，在楼梯草图的尺寸标注中，利用尺寸表达式，就可以用同一个三维模型，通过更改楼梯的长、宽、高和台阶数量而生成不同规格的楼梯，使三维模型得以重复利用，提高设计工作效率。创建一个长4200mm、宽1600mm、高2550mm、台阶数量为16的直楼梯的步骤如下：(1)绘制草图并标注尺寸尺寸和图形是“关联”的，当改变尺寸的数值后，尺寸会驱动图形发生变化。标注尺寸后，可以用三种形式显示尺寸：尺寸数值、尺寸名称和表达式形式。图11所示尺寸的显示形式为表达式形式，其中d0、d1、d2…dn是系统从第一个标注的尺寸开始为每一个尺寸排好的尺寸变量名称。注意尺寸变量d1的长度设定为4200+(4200/15)，15是台阶数量16减1所得。拉伸该草图，拉伸距离为楼梯宽度1600。图11楼梯草图(2)切削一个台阶选择楼梯的侧面为草图平面，绘制直角三角形草图，如图12所示。标注一个台阶的高度尺寸d8=d0/16，而宽度d9为计算尺寸(圆括号内的尺寸)，可不必标注。创建切削拉伸特征切削一个台阶。图12创建一个切削拉伸特征(3)阵列台阶将上一步骤的切削拉伸特征草图设为可见，沿路径矩形阵列该特征。阵列方向选模型的斜边，如图13所示，阵列间距用“测量尺寸”的方法由测量图示直角三角形的斜边得到。创建楼梯的结果如图14所示。图13沿路径阵列特征图14创建楼梯专/题/策/划|计算机教育2007.11|20使用二维设计工具来表达造型新颖、空间丰富的建筑物有其局限性，三维设计软件在复杂实体，曲面造型，干涉检查等方面具有二维CAD所无法比拟的功能，三维模型给设计师以立体的概念和更广阔的发挥空间。借助三维建筑模型展示物的空间结构和进行深化设计，使建筑内容更加完整，设计的真实性和准确性也有了质的飞跃。参考文献[1]窦忠强．工业产品设计与表达[M]．高等教育出版社，2006.[2]过小容．AutodeskInventorR10培训教程[M]．化学工业出版社，2006.[3]隋丽．Inventor基础教程[M]．北京理工大学出版社，2004.[4]黄亚斌．AutodeskRevitBuilding8实战绘图教程[M]．中国建筑工业出版社，2005.[5]李智辉．AutoCAD建筑制图习题集锦[M]．清华大学出版社，2005.作者简介：张苏华(1958-)，女，讲师，工学学士，主要研究方向为工程图学与计算机辅助设计。(上接16页)像机造型，并选择其中之一作为初始视图，成为浏览时进入该虚拟世界的第一视点。如果在创建三维场景时使用了贴图，昀好将这些贴图文件与VRML文件放在同一个文件夹中，或者在“位图URL前缀”项目的栏中指明贴图文件所在的路径。其他选项还有初始漫游信息、初始背景和初始雾。当三维场景中有不止一个漫游信息、背景和雾造型时，就可以在这里选择其中之一作为VRML世界启动时的导航信息、背景和雾。确认这些选项后，单击“确定”按钮，会自动生成VRML97文件，可以利用VRML浏览器打开进行浏览了(如图4所示)。图4虚拟现实浏览器浏览效果利用VRML构建的虚拟现实世界是美丽和神秘的，但利用它建立复杂三维场景和动画是相当麻烦的，并且调试、修改非常困难。如果掌握并合理运用3DSMAX的虚拟现实组件和其他建模方法，可以快速实现虚拟现实世界需要的三维场景建模及动画的制作，再配合VRML文本编程控制，将会使创建虚拟现实世界变得轻松自如，而又充满乐趣。参考文献[1]陆昌辉．Vrml入门与提高[M]．北京:北京大学出版社,2003年．[2]谢伟军.循序渐进学VRML[M]．北京:中国水利水电出版社,2002年．[3]何克抗.建构主义学习理论与建构主义学习环境[J].教育传播与技术,1996.(3).[4]黄铁军等.VRML国际标准与应用指南[M].电子工业出版社,1999.[5]TimothyJ.O'Leary.ComputingEssentials2000-2001.高等教育出版社(影印版).[6]崔杜武等.网络多媒体实用技术[M].人民邮电出版社,2000.12.[7]黄心渊编著.虚拟现实技术与应用[M].科学出版社，1999.[8]Heung-YeungShumandLi-WeeHe.RenderingwithConcentricMosaics.SIGGRAPH’99[9]在虚拟现实系统构建过程中使用3DSMAX.国防科技大学，2007年.黄卫平李林.