CAD如何三維建模基礎
CAD如何三維建模基礎
AutoCAD除具有強大的二維繪圖功能外，還具備基本的三維造型能力。若物體并無復雜的外表曲面及多變的空間結構關系，則使用AutoCAD可以很方便地建立物體的三維模型。本章我們將介紹AutoCAD三維繪圖的基本知識。
11.1 三維幾何模型分類
在AutoCAD中，用戶可以創建3種類型的三維模型：線框模型、表面模型及實體模型。這3種模型在計算機上的顯示方式是相同的，即以線架結構顯示出來，但用戶可用特定命令使表面模型及實體模型的真實性表現出來。
11.1.1線框模型(Wireframe Model)
線框模型是一種輪廓模型，它是用線(3D空間的直線及曲線)表達三維立體，不包含面及體的信息。不能使該模型消隱或著色。又由于其不含有體的數據，用戶也不能得到對象的質量、重心、體積、慣性矩等物理特性，不能進行布爾運算。圖11-1顯示了立體的線框模型，在消隱模式下也看到后面的線。但線框模型結構簡單，易于繪制。
11.1.2 表面模型(Surface Model)
表面模型是用物體的表面表示物體。表面模型具有面及三維立體邊界信息。表面不透明，能遮擋光線，因而表面模型可以被渲染及消隱。對于計算機輔助加工，用戶還可以根據零件的表面模型形成完整的加工信息。但是不能進行布爾運算。如圖11-2所示是兩個表面模型的消隱效果，前面的薄片圓筒遮住了后面長方體的一部分。
11.1.3實體模型
實體模型具有線、表面、體的全部信息。對于此類模型，可以區分對象的內部及外部，可以對它進行打孔、切槽和添加材料等布爾運算，對實體裝配進行干涉檢查，分析模型的質量特性，如質心、體積和慣性矩。對于計算機輔助加工，用戶還可利用實體模型的數據生成數控加工代碼，進行數控刀具軌跡仿真加工等。如圖11-3所示是實體模型。
11.2 三維坐標系實例——三維坐標系、長方體、倒角、刪除面
AutoCAD的坐標系統是三維笛卡兒直角坐標系，分為世界坐標系(WCS)和用戶坐標系(UCS)。圖11-4表示的是兩種坐標系下的圖標。 圖中“X”或“Y”的剪頭方向表示當前坐標軸X軸或Y軸的正方向，Z軸正方向用右手定則判定。
世界坐標系
缺省狀態時，AutoCAD的坐標系是世界坐標系。世界坐標系是唯一的，固定不變的，對于二維繪圖，在大多數情況下，世界坐標系就能滿足作圖需要，但若是創建三維模型，就不太方便了，因為用戶常常要在不同平面或是沿某個方向繪制結構。如繪制圖11-5所示的圖形，在世界坐標系下是不能完成的。此時需要以繪圖的平面為XY坐標平面，創建新的坐標系，然后再調用繪圖命令繪制圖形。
用戶坐標系
任務：繪制實體。
目的：通過繪制此圖形，學習長方體命令、實體倒角、刪除面命令和用戶坐標系的建立方法。
知識的儲備：基本繪圖命令和對象捕捉、對象追蹤的應用。
繪圖步驟分解：
1.繪制長方體
調用長方體命令：
實體工具欄：
下拉菜單：[繪圖][實體] [長方體]
命令窗口：BOX '
AutoCAD提示：
指定長方體的角點或 [中心點(CE)] <0,0,0>:在屏幕上任意點單擊
指定角點或 [立方體(C)/長度(L)]:L ' //選擇給定長寬高模式。
指定長度: 30'
指定寬度: 20'
指定高度: 20'
繪制出長30，寬20，高20的長方體，如圖11-6所示。
2.倒角
用于二維圖形的倒角、圓角編輯命令在三維圖中仍然可用。單擊“編輯”工具欄上的倒角按鈕，調用倒角命令：
命令: _chamfer
(“修剪”模式) 當前倒角距離 1 = 0.0000，距離 2 = 0.0000
選擇第一條直線或 [多段線(P)/距離(D)/角度(A)/修剪(T)/方式(M)/多個(U)]:在AB直線上單擊
基面選擇...
輸入曲面選擇選項 [下一個(N)/當前(OK)] <當前>:' //選擇默認值。
指定基面的倒角距離: 12'
指定其他曲面的倒角距離 <12.0000>:' //選擇默認值12。
選擇邊或 [環(L)]:在AB直線上單擊
3.移動坐標系，繪制上表面圓
因為AutoCAD只可以在XY平面上畫圖，要繪制上表面上的圖形，則需要建立用戶坐標系。由于世界坐標系的XY面與CDEF面平行，且X軸、Y軸又分別與四邊形CDEF的邊平行，因此只要把世界坐標系移到CDEF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。如圖11-8所示。
(1)移動坐標系
在命令窗口輸入命令動詞“UCS”，AutoCAD提示：
命令: ucs
當前 UCS 名稱: *世界*
輸入選項
[新建(N)/移動(M)/正交(G)/上一個(P)/恢復(R)/保存(S)/刪除(D)/應用(A)/?/世界(W)] <世界>:M ' //選擇移動選項。
指定新原點或 [Z 向深度(Z)] <0,0,0>: <對象捕捉開>選擇F點單擊
也可直接調用“移動坐標系”命令：
UCS工具欄：
下拉菜單：[工具][移動UCS(V)]
(2)繪制表面圓
打開“對象追蹤”、“對象捕捉”， 調用圓命令，捕捉上表面的中心點，以5 為半徑繪制上表面的圓。結果如圖11-9所示。
4.三點法建立坐標系，繪制斜面上圓
(1)三點法建立用戶坐標系
命令窗口輸入命令動詞“UCS”
命令: ucs
當前 UCS 名稱: *沒有名稱*
輸入選項 [新建(N)/移動(M)/正交(G)/上一個(P)/恢復(R)/保存(S)/刪除(D)/應用(A)/?/世界(W)] <世界>:N ' //新建坐標系。
指定新UCS的原點或[Z軸(ZA)/三點(3)/對象(OB)/面(F)/視圖(V)/X/Y/Z] <0,0,0>: 3'
//選擇三點方式。
指定新原點 <0,0,0>:在H點上單擊
在正 X 軸范圍上指定點 <50.9844,-27.3562,12.7279>:在G點單擊
在 UCS XY 平面的正 Y 軸范圍上指定點 <49.9844,-26.3562,12.7279>:在C點單擊
也可用下面兩種方法直接調用“三點法”建立用戶坐標系
UCS工具欄：
下拉菜單：[工具][新建UCS(W)][三點(3)]
(2)繪制圓
方法同第3步。
5.以所選實體表面建立UCS，在側面上畫圓
(1)選擇實體表面建立UCS
在命令窗口輸入UCS，調用用戶坐標系命令：
命令: ucs
當前 UCS 名稱: *世界*
輸入選項 [新建(N)/移動(M)/正交(G)/上一個(P)/恢復(R)/保存(S)/刪除(D)/應用(A)/?/世界(W)] <世界>: N'
指定UCS的原點或[Z 軸(ZA)/三點(3)/對象(OB)/面(F)/視圖(V)/X/Y/Z]<0,0,0>:F'
選擇實體對象的面:在側面上接近底邊處拾取實體表面
輸入選項 [下一個(N)/X 軸反向(X)/Y 軸反向(Y)] <接受>:' //接受圖示結果。
(2)繪制圓
方法同上步，完成圖11-5所示圖形。
補充知識：
1.本例介紹了建立用戶坐標系常用的三種方法，在UCS命令中有許多選項:
[新建(N)/移動(M)/正交(G)/上一個(P)/恢復(R)/保存(S)/刪除(D)/應用(A)/?/世界(W)] ,各選項功能如下：
(1)新建(N)：創建一個新的坐標系，選擇該選項后，AutoCAD繼續提示：
指定新 UCS 的原點或 [Z 軸(ZA)/三點(3)/對象(OB)/面(F)/視圖(V)/X/Y/Z] <0,0,0>:
l 指定新UCS 的原點：將原坐標系平移到指定原點處，新坐標系的坐標軸與原坐標系的坐標軸方向相同。
l Z 軸(ZA)：通過指定新坐標系的原點及Z軸正方向上的一點來建立坐標系。
l 三點(3)：用三點來建立坐標系，第一點為新坐標系的原點，第二點為X軸正方向上的一點，第三點為Y軸正方向上的一點。
l 對象(OB)：根據選定三維對象定義新的坐標系。此選項不能用于下列對象：三維實體、三維多段線、三維網格、視口、多線、面域、樣條曲線、橢圓、射線、構造線、引線、多行文字。對于非三維面的對象，新 UCS 的 XY 平面與繪制該對象時生效的 XY 平面平行，但 X 軸和 Y 軸可作不同的旋轉。如選擇圓為對象，則圓的圓心成為新 UCS 的原點。X 軸通過選擇點。
l 面(F)：將 UCS 與實體對象的選定面對齊。在選擇面的邊界內或面的邊上單擊，被選中的面將亮顯，UCS 的 X 軸將與找到的第一個面上的最近的邊對齊。
l 視圖(V)：以垂直于觀察方向的平面為XY平面，建立新的坐標系。UCS原點保持不變。
l X/Y/Z：將當前 UCS繞指定軸旋轉一定的角度。
(2)移動(M)：通過平移當前 UCS 的原點重新定義 UCS，但保留其 XY 平面的方向不變。
(3)正交(G)：指定 AutoCAD 提供的六個正交 UCS 之一。這些 UCS 設置通常用于查看和編輯三維模型。
(4)上一個(P)：恢復上一個UCS。AutoCAD 保存創建的最后 10 個坐標系。重復“上一個”選項逐步返回上一個坐標系。
(5)恢復(R)：恢復已保存的 UCS 使它成為當前 UCS;恢復已保存的 UCS 并不重新建立在保存 UCS 時生效的觀察方向。
(6)保存(S)：把當前 UCS 按指定名稱保存。
(7)刪除(D)：從已保存的用戶坐標系列表中刪除指定的 UCS。
(8)應用(A)：其他視口保存有不同的 UCS 時;將當前 UCS 設置應用到指定的視口或所有活動視口。
(9)?：列出用戶定義坐標系的名稱，并列出每個保存的 UCS 相對于當前 UCS 的原點以及 X、Y 和 Z 軸。
(10)世界(W)：將當前用戶坐標系設置為世界坐標系。