第8章 三维建模

8.1三维绘图基础8.1.1三维模型的分类三维模型是二维投影图立体形状的表达方式。根据三维模型的创建方法及存储方式不同，三维模型可以分为线框模型、曲面模型和实体模型三种类型。1．线框模型:是三维对象的轮廓描述，由对象的点、直线和曲线组成。在AutoCAD中可以通过在三维空间中绘制点、线、曲线的方式得到线框模型。线框模型只具有边的特征，没有面和体的特征，无法对其进行面积、体积、重心等计算，不能进行消隐和渲染等操作。2．曲面模型:是用来描述三维对象的，它不仅定义了三维对象的边界，还具有面的特征。曲面模型适用于创建较为复杂的曲面。对于由网格构成的曲面，多边形网格越密，曲面的光滑程度越高。由于曲面模型具有面的特征，因此可以对其进行面积的计算、消隐、着色和渲染等操作。3．实体模型:是三维模型的最高级方式。实体模型包含信息最多，具有质量、体积、重心和惯性矩等特性。与传统的线框模型相比，复杂的实体形状更易于构造和编辑。如果需要，我们还可以将实体分解为面域、体、曲面和线框对象。8.1.2三维坐标系AutoCAD采用三维坐标系来确定点的位置，三维模型是建立在三维坐标中的。三维坐标系统包括有三维笛卡儿坐标系、圆柱坐标系和球面坐标系。图8-1圆柱坐标图8-2球面坐标8.1.3观察三维模型利用三维视图观察工具可以将目标定位在模型的指定方位，使我们从不同的角度、高度和距离查看图形中的对象。1．设置视点使用【视点】命令来设置观察方向的方式更为直观，我们可以直接指定视点坐标，系统会将观察者置于该视点位置上面向原点（0,0,0）方向观察图形。设置视点的命令操作方法如下：•从菜单栏中选择【视图】→【三维视图】→【视点】命令。•在命令窗口中输入VPOINT命令，按Enter键。我们也可通过屏幕上显示的罗盘来定义视点，如图8-3所示。如果要选择一个观察方向，可将鼠标指针移动到罗盘的适当位置后单击，窗口中的图形将根据视点位置变化同步更新。利用罗盘定义视点时，可以在命令行中选择“旋转”选项，此时需要分别指定观察视线在XY平面中与X轴的夹角，以及观察视线与XY平面的夹角。图8-3罗盘定义视点2．设置视图在编辑三维模型时，仅仅使用一个视图很难准确地观察对象，因此在创建三维模型前，通常先要对视图进行设置。我们可以切换至“三维建模”工作空间，利用【视图】选项卡上提供的选项进行设置。设置视图的命令操作方法如下：•从菜单栏中选择【视图】→【三维视图】命令，选择所需的视图类型。•在功能区【视图】选项卡【视图】面板中选择所需的视图类型。•在命令窗口中输入VIEW命令，按Enter键。我们可在【视图】工具面板左侧的“视图类型选择列表”中选择任意视图类型，如图8-4所示。图8-4视图类型3．视点预置视点预置是指通过指定在XY平面中视点与X轴的夹角和视点与XY平面的夹角来设置三维观察方向。视点预置的命令操作方法如下：•从菜单栏中选择【视图】→【三维视图】→【视点预设】命令。•在命令窗口中输入DDVPOINT命令，按Enter键。执行【视点预设】命令，将会打开“视点预设”对话框，如图8-5所示。在该对话框中，我们可以用鼠标控制图形或直接在文本框中输入视点的角度值，相对于当前我们坐标系或相对于世界坐标系指定角度后，视角将自动更新。单击【设置为平面视图】按钮，将观察角度设置为相对于选中的坐标系显示平面视图。图8-5“视点预设”对话框8.2创建基本实体8.2.1绘制长方体使用【长方形】工具可以创建实心长方体或实心立方体。在绘制长方体时，始终将其底面绘制为与当前UCS的XY平面（工作平面）平行的状态。绘制长方体的操作方法如下：•从菜单栏中选择【绘图】→【建模】→【长方体】命令。•在功能区【常用】选项卡【建模】面板中单击【长方体】按钮。•在命令窗口中输入BOX命令，按Enter键。例如，绘制一个边长为80mm的正方体，命令行提示如下：命令:_box（执行长方体命令）指定第一个角点或[中心(C)]:（指定角点1）指定其他角点或[立方体(C)/长度(L)]:@80,80,80（指定角点2）完成命令操作，结果如图8-6（a）所示。另外，我们还可以利用如图8-6（b）所示长方体的夹点调整其长度、宽度和高度。图8-6正方体（a）（b）8.2.2绘制楔体使用【楔体】工具可以创建面为矩形或正方形的楔形实体。绘制的楔体底面与当前UCS的XY平面平行，斜面正对第一个角点，楔体的高度与Z轴平行。绘制楔体的操作方法如下：•从菜单栏中选择【绘图】→【建模】→【楔体】命令。•在功能区【常用】选项卡的【建模】面板中单击【楔体】按钮。•在命令窗口中输入WEDGE命令，按Enter键。例如，绘制一个底面为300mm80mm，高度为80mm的楔形。命令行提示如下：命令:_wedge（执行楔体命令）指定第一个角点或[中心(C)]:（单击任意一点，指定第一个角点）指定其他角点或[立方体(C)/长度(L)]:300,80（输入角点坐标）指定高度或[两点(2P)]80:80（输入楔体高度值）执行该命令时，各选项的作用与绘制长方体时相同。完成命令操作，结果如图8-7（a）所示。另外，用户还可以利用如图8-7（b）所示楔体的夹点调整其底面尺寸和高度。（a）（b）图8-7楔体8.2.3绘制圆锥体使用【圆锥体】工具可以创建底面为圆形或椭圆形的尖头圆锥体或圆台。在默认情况下，圆锥体的底面位于当前UCS的XY平面上，圆锥体的高度与Z轴平行。绘制圆锥体的操作方法如下：•从菜单栏中选择【绘图】→【建模】→【圆锥体】命令。•在功能区【常用】选项卡【建模】面板中单击【圆锥体】按钮。•在命令窗口中输入CONE命令，按Enter键。例如，绘制一个底面半径为80mm，高度为200mm的圆锥体，命令行提示如下：命令:_cone（执行圆锥体命令）指定底面的中心点或[三点(3P)/两点(2P)/相切、相切、半径(T)/椭圆(E)]:（指定底面中心点）指定底面半径或[直径(D)]50:80（指定圆锥体底面半径）指定高度或[两点(2P)/轴端点(A)/顶面半径(T)]80:200（输入圆锥体高度值）完成命令操作，结果如图8-8（a）所示。我们可以利用如图8-8（b）所示圆锥体的夹点调整其底面半径、顶面半径和高度。另外，在命令执行过程中，我们还可以通过指定圆锥体顶面半径来创建圆锥台，结果如图8-9所示。图8-8圆锥体（a）（b）图8-9圆锥台（a）（b）8.2.4绘制棱锥体使用【棱锥体】工具可以创建最多具有32个侧面的实体棱锥体。我们可以创建倾斜至一个点的棱锥体，也可以创建从底面倾斜至平面的棱台。绘制棱锥体的操作方法如下：•从菜单栏中选择【绘图】→【建模】→【棱锥体】命令。•在功能区【常用】选项卡【建模】面板中单击【棱锥体】按钮。•在命令窗口中输入PYRAMID命令，按Enter键。例如，创建一个底面外切圆半径为80mm，高度为200mm的六棱锥体，命令行提示如下：命令:_pyramid（执行棱锥体命令）4个侧面外切指定底面的中心点或[边(E)/侧面(S)]:s（更改棱锥体侧面）输入侧面数4:6（设定棱锥体侧面为6）指定底面的中心点或[边(E)/侧面(S)]:（单击，指定底面中心点）指定底面半径或[内接(I)]80:80（指定底面半径）指定高度或[两点(2P)/轴端点(A)/顶面半径(T)]80:200（指定高度）完成命令操作，结果如图8-8（a）所示。我们还可以利用如图8-8（b）所示六棱锥体的夹点调整其底面外切圆的半径和高度。图8-8六棱锥体8.2.5绘制圆柱体使用【圆柱体】工具能创建以圆或椭圆为底面的圆柱体。在默认情况下，圆柱体的底面位于当前我们坐标系的XY平面上，圆柱体的高度与Z轴平行。绘制圆柱体的操作方法如下：•从菜单栏中选择【绘图】→【建模】→【圆柱体】命令。•在功能区【常用】选项卡【建模】面板中单击【圆柱体】按钮。•在命令窗口中输入CYLINDER命令，按Enter键。例如，绘制一个底面半径为80，高度为200mm的圆柱体，命令行提示如下：命令:_cylinder（执行圆柱体命令）指定底面的中心点或[三点(3P)/两点(2P)/相切、相切、半径(T)/椭圆(E)]:（指定底面中心点）指定底面半径或[直径(D)]0:80（指定圆柱体底面半径）指定高度或[两点(2P)/轴端点(A)]80:200（指定圆柱体高度）执行该命令时，各选项的作用与绘制圆锥体时相同。完成命令操作，结果如图8-12（a）所示。利用如图8-12（b）所示圆柱体的夹点，我们可以任意调整其底面半径和高度。图8-12圆柱体8.2.6绘制球体使用【球体】工具可以创建实体球体。如果从圆心开始创建，球体的中心轴将与当前我们坐标系（UCS）的Z轴平行。绘制球体的操作方法如下：•从菜单栏中选择【绘图】→【建模】→【球体】命令。•在功能区【常用】选项卡的【建模】面板中单击【球体】按钮。•在命令窗口中输入SPHERE命令，按Enter键。例如，绘制一个半径为80mm的球体，命令行提示如下：命令:_sphere（执行球体命令）指定中心点或[三点(3P)/两点(2P)/相切、相切、半径(T)]:（单击，指定中心点）指定半径或[直径(D)]80:80（指定球体半径）完成命令操作，结果如图8-13（a）所示。另外，我们可以选择使用“三点”、“两点”、“相切、相切、半径”等多种方式绘制球体。我们还可以利用如图8-13（b）所示球体的夹点调整其半径。图8-13球体8.2.7绘制圆环体圆环体具有两个半径值，一个值定义圆管，另一个值定义从圆环体的圆心到圆管的圆心之间的距离。如果输入的圆管半径大于圆环体半径，则圆环体可以自交，自交的圆环体没有中心孔。绘制圆环体的操作方法如下：•从菜单栏中选择【绘图】→【建模】→【圆环体】命令。•在功能区【常用】选项卡【建模】面板中单击【圆环体】按钮。•在命令窗口中输入TORUS命令，按Enter键。例如，绘制一个圆环半径为80mm，圆管半径为30mm的圆环体，命令行提示如下：命令:_torus（执行圆环体命令）指定中心点或[三点(3P)/两点(2P)/切点、切点、半径(T)]:（单击，指定圆环中心点）指定半径或[直径(D)]80:80（指定圆环体半径）指定圆管半径或[两点(2P)/直径(D)]:30（将圆管半径设为30）执行该命令时，各选项的作用与绘制球体时相同。完成命令操作，结果如图8-14（a）所示。我们还可以利用如图8-14（b）所示圆环体的夹点调整圆环半径及圆管半径。图8-14圆环体（a）（b）8.2.8绘制多段体可以用来创建三维墙体。在默认情况下，多段体始终带有一个矩形轮廓，我们可以指定轮廓的高度和宽度。绘制多段体的操作方法如下：•从菜单栏中选择【绘图】→【建模】→【多段体】命令。•在功能区【常用】选项卡【建模】面板中单击【多段体】按钮。•在命令窗口中输入POLYSOLID命令，按Enter键。例如，使用【多段体】命令创建一个建筑物墙体轮廓，命令行提示如下：命令:_polysolid高度=4.0000,宽度=0.2500,对正=居中（执行多段体命令）指定起点或[对象(O)/高度(H)/宽度(W)/对正(J)]对象:h（选择高度设置选项）指定高度4.0000:2400（在动态输入窗口中输入墙体高度2400）高度=2400.0000,宽度=5.0000,对正=居中指定起点或[对象(O)/高度(H)/宽度(W)/对正(J)]对象:w（选择宽度设置选项）指定宽度0.2500:240（在动态输入窗口中输入墙体宽度为240）高度=2400.0000,宽度=240.0000,对正=居中指定起点或[对象(O)/高度(H)/宽度(W)/对正(J)]对象:（单击设定墙体起点）指定下一个点或[圆弧(A)/放弃(U)]:3000（输入墙体长度）指定下一个点或[圆弧(A)/放弃(U)]:2400（输入墙体长度）指定下一个点或[圆弧(A)/放弃(U)]:750（输入墙体长度）指定下一个点或[圆弧(A)/闭合(C)/放弃(U)]:c（自动闭合，