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1、第8章 三维建模,8.1 三维坐标 8.2 三维图形的观察 8.3 创建三维模型 8.4 编辑三维模型,返回,8.1 三维坐标,8.1.1 用户坐标系UCS 用户坐标系的优势在于，用户可以自定义坐标轴的方向，方便创建三维模型。为了说明用户坐标系的定义与使用，让我们先来了解一下什么是三维坐标系，如图8.1所示。 三维坐标系由X轴、Y轴和Z轴组成，每两个轴线的夹角都是90，我们所绘制的三维图形就存在于由三个轴线所表示的立体空间当中。一般来说，在CAD中所绘制的图形，会自动地落在X轴、Y轴所形成的平面当中，而物体的高度会沿着Z轴方向绘制。 例如，要绘制一个长50 mm、宽60 mm、高80 mm的立
2、方体，绘制的效果如图8.2所示。从图8.2可以看出，长方体的长沿着X轴方向绘制，宽沿着Y轴方向绘制，而高和Z轴方向一致。,下一页,返回,8.1 三维坐标,在实际绘制中，并不是所有的图形都方向一致，如果都使用系统默认提供的坐标系方向就会给制图造成很多麻烦。例如要绘制一个门，门板和把手是互相垂直的，最简单的方法就是将门板和把手分别用两个坐标系来绘制，由用户自己设置坐标轴的方向，即建立用户坐标系。简单来说，创建三维的用户坐标系就是修改X轴、Y轴和Z轴的方向，但是不论如何修改，三个轴向的相对位置是不变的。如图8.3所示，X轴、Y轴和Z轴的方向遵循笛卡儿坐标系的右手规则。 8.1.2 柱坐标和球坐标 在
3、三维空间中，如果要表示一个点的坐标，可以用其在X轴、Y轴、Z轴上相对于原点的位置来表示。例如一个坐标值为（5，5，6）的点，表示其位置在沿X轴正方向上5个单位，沿Y轴正方向上5个单位，沿Z轴正方向上6个单位的点，如图8.4所示。,上一页,返回,8.2 三维图形的观察,8.2.1 设置特殊视点 AutoCAD三维建模中有10个常用的视角，分别是俯视、仰视、左视、右视、前视、后视、东南等轴测、西南等轴测、东北等轴测、西北等轴测。在变化视角的时候，尽量用这10个设置好的视角，这样可以节省时间。同时，也可以将观察者置于一个位置上观察图形，就好像从空间中的一个指定点向原点（0，0，0）方向观察，即设置特
4、殊视点。 如图8.5所示，当前床头柜的视图方向为东南等轴测，可以通过鼠标点击来更改视点，效果图如8.6所示。,下一页,返回,8.2 三维图形的观察,8.2.2 动态观察 在AutoCAD中，如果想要移动光标就能调整不同的角度观察图形，可以使用CAD的三维动态观察功能。单击“动态观察”按钮后的下三角按钮会弹出如图8.8所示的菜单，该菜单列出了动态观察的三种类型，即动态观察、自由动态观察、连续动态观察。 其中，选择“动态观察”命令后，可以水平或垂直方向上旋转图形观 察。选择“自由动态观察”命令后，可以通过调整四个节点来动态观察当前的图形，如图8.9所示。选择“连续动态观察”命令后，鼠标状态如图8.
5、10所示。鼠标沿着某个方向移动后，图形会沿着这个方向连续旋转，以方便观察图形。,上一页,下一页,返回,8.2 三维图形的观察,8.2.3 视口 视口可以用来从多个方向上对图形进行编辑。一般可以做两个或4个视口，每个视口可以给图形设置不同的视角，这样可以更全面、更容易地对三维图形进行编辑。在其中一个视口进行编辑，别的视口里的图形也是同步的。 视口可以在模型空间和布局空间中设置。模型空间的视口主要是用来方便绘图，且只能有矩形视口。比如可以一个视口是显示整体，另外一个视口用来把局部放大以便观察或修改，或者立体图形用来分别显示立面图、平面图、侧面图等。 布局空间的视口主要是用来组织图形方便出图，可以有
6、多边形视口。比如可以在同一张图纸的不同部分显示立体图形的不同角度的视图，可以在同一张图纸的不同部分显示不同比例的整体或局部。,上一页,下一页,返回,8.2 三维图形的观察,对于视口的编辑可以在图8.11所示的“视口”对话框中选择相应的命令。 创建多边形：可创建多边形的视口，这个命令只能在布局视图中使用。 已命名：可以按名称恢复视口排列方式。 新建视口：用来按要求新建多个视口。单击后可打开图8.12所示的对话框。可以命名新建的视口、选择模型配置，并可设置视觉样式、修改范围等参数。新建的视口可以在“命名视口”选项卡中查看。按照图8.12所示的参数显示的视口效果如图8.13所示。,上一页,下一页,返
7、回,8.2 三维图形的观察,8.2.4 视觉样式 AutoCAD提供了很多种视觉样式，用来改变图像的显示方式。 在菜单栏选择“视图”“视图样式”命令，打开如图8.14所示的 菜单。 图8.14中所示10种视觉样式用来控制图形的显示，具体使用哪种 显示方式，没有固定的规范，只要能让看图的人看明白，或者便于操 作就可以了。图8.15提供了几种样式的对比效果。,上一页,下一页,返回,8.2 三维图形的观察,8.2.5 渲染 在绘制三维图形时，是没有颜色和材质表现的。如果想要将三维图形做成真实逼真的效果，就要使用渲染命令，它使用已设置的光源、已应用的材质和环境设置为场景的几何图形着色。 渲染命令的菜单
8、如图8.16所示，其中包括设置光源、阳光和位置、材质和渲染等命令。 1光源和阳光设置 正确的光源对于在绘图时显示着色三维模型和创建渲染非常重要。在CAD中，有三种光源，一种是默认光源，一种是用户创建的光源，另一种是阳光。,上一页,下一页,返回,8.2 三维图形的观察,2材质设置 选择“材质浏览器”命令，可以打开图8.17所示的对话框。对话框右侧列出的就是系统提供的各种材质，用户也可以单击左上角的“创建材质”按钮将自己喜欢的纹理效果创建成材质。如果要编辑材质，可以双击该材质，然后在弹出的图8.18所示的对话框中修改参数。 想要为物体赋上材质，只需要将选中的材质拖曳到相应的物体上即可。此外，还可通
9、过“材质/纹理开”“材质贴图”选项来控制材质的贴图效果。 3渲染设置 物体赋上材质后，可以通过渲染来表现出明暗色彩和光照效果等，从而获得更加逼真、形象的图像。和渲染相关的设置包括渲染、渲染预设、渲染进度和渲染输出文件，如果单击“渲染”下三角按钮，还会打开图8.19所示的菜单选项，可以进一步设置渲染的参数。,上一页,下一页,返回,8.2 三维图形的观察,选择“渲染”命令后，会打开图8.20所示的窗口。该窗口中显示了图像的渲染统计信息、材质等信息。在这个窗口中还可以将渲染的效果保存为图片，保存的格式有以下几种。 （1）BMP （*.bmp）：以 Windows 位图 （.bmp） 格式表示的静态图
10、像位图文件。 （2）PCX （*.pcx）：提供最小压缩的简单格式。 （3）TGA （*.tga）：支持 32 位真彩色的文件格式（即 24 位色加 Alpha 通道），通常用作真彩色格式。 （4）TIF （*.tif）：多平台位图格式。 （5）JPEG （*.jpg）：用于在 Internet 上发布图像文件的一种较受欢迎的格式，可以使文件大小和下载时间最小化。 （6）PNG （*.png）：为用于 Internet 和万维网而开发的静态图像文件格式。,上一页,返回,8.3 创建三维模型,8.3.1 创建三维曲面 曲面在创建复杂造型时比较有优势，建模时所受的约束比较少，因此有助于设计者操作平
11、滑和延伸的曲线。单击“曲面”选项卡，可以打开图8.21所示的“曲面”面板，包括曲面的创建、编辑、控制点、曲线、投影几何体图形、分析等。 创建曲面经常会用到网络、平面、放样、拉伸、扫掠、旋转的方法。 1网络曲面 网络曲面是可以在两个方向的多条曲线之间创建曲面，也可以在三维曲面或实体的边之间创建网络曲面。在三维空间中使用样条曲线和直线创建图8.22中左图所示的线条，利用网络曲面生成的效果如图8.22右图所示。,下一页,返回,8.3 创建三维模型,2平面曲面 平面曲面的创建比较简单，可以选择封闭的对象或者矩形的对象创建平面曲面。 3放样曲面 放样曲面是通过指定一系列横截面来创建新的实体或曲面。横截面
12、（通常为曲线或直线）可以是开放的（如圆弧），也可以是闭合的（如圆）。例如在三维空间中创建如图8.23中左图所示的曲面，利用放样创建的曲面效果如图8.23右图所示。 4拉伸曲面 拉伸曲面是通过拉伸二维或三维曲线来创建三维曲面。利用拉伸创建的曲面效果如图8.24所示。,上一页,下一页,返回,8.3 创建三维模型,5扫掠曲面 扫掠曲面是通过沿开放或闭合的二维或三维路径扫掠开放或闭合的平面曲线（轮廓）创建新实体或曲面。扫掠是沿指定的路径以指定轮廓的形状绘制实体或曲面。可以扫掠多个对象，但是这些对象必须位于同一平面中。利用扫掠创建的曲面效果如图8.25所示。 6旋转曲面 旋转曲面是通过一个绕轴扫掠二维或
13、三维曲线来创建曲面。利用旋转创建的曲面效果如图8.26所示。,上一页,下一页,返回,8.3 创建三维模型,8.3.2 创建基本三维实体 实体建模能更真实地表达物体的结构特征，打开“实体”选项卡，即可看到如图8.27所示的选项板，通过“长方体”“球体”“圆柱体”等命令可以创建长方体、球体和圆柱体等实体，也可以通过“拉伸”和“旋转”等命令创建更为复杂的实体模型。下面我们介绍长方体等几种常见的基本三维实体的创建方法及效果。 1长方体 创建长方体的命令行提示如下。,上一页,下一页,返回,8.3 创建三维模型,长方体的绘制效果如图8.28所示。 2圆柱体 创建圆柱体的命令行提示如下。 圆柱体的绘制效果如
14、图8.29所示。,上一页,下一页,返回,8.3 创建三维模型,3球体 创建球体的命令行提示如下。 球体的绘制效果如图8.30所示。,上一页,下一页,返回,8.3 创建三维模型,4圆锥体 创建圆锥体的命令行提示如下。 圆锥体的绘制效果如图8.31所示。,上一页,下一页,返回,8.3 创建三维模型,5楔体 创建楔体的命令行提示如下。 楔体的绘制效果如图8.32所示。,上一页,下一页,返回,8.3 创建三维模型,6圆环体 创建圆环体的命令行提示如下。 圆环体的绘制效果如图8.33所示。,上一页,下一页,返回,8.3 创建三维模型,8.3.3 由二维对象生成三维实体 1拉伸 通过拉伸封闭的矩形、多边形
15、、多段线、圆及样条曲线等二维对象可以创建三维实体。例如，可以将二维的圆经过拉伸形成圆柱体，将矩形经过拉伸形成长方体，还可以将任何形成面域的封闭二维曲线经过拉伸生成三维实体。拉伸功能是通过拉伸二维图形使之具有厚度来创建拉伸实体。拉伸时，用户可以设定拉伸的高度和倾斜角，可以通过单击两点指定拉伸高度，也可以直接输入具体的数值作为拉伸高度，倾斜角的取值范围为9090，0表示实体的侧面与拉伸对象所在的二维平面垂直，角度为正值时侧面向内倾斜，角度为负值时侧面向外倾斜。除了可以按指定高度进行拉伸外，也可以按固定路径进行拉伸，但要求拉伸路径必须和拉伸对象处于互相垂直的平面。按高度和按路径进行拉伸的效果分别如图
16、8.34和所示。,上一页,下一页,返回,8.3 创建三维模型,2旋转 旋转命令可以将封闭的二维对象绕某一轴旋转生成三维实体，用于旋转的二维对象可以是封闭的圆、椭圆或者是创建成面域的组合二维对象，可以将固定的X、Y、Z轴或通过任意两点确定的直线指定为旋转轴。指定面域经过旋转后生成的三维实体效果如图8.36所示。 3扫掠 扫掠命令用于沿指定路径以指定轮廓的形状（扫掠对象）绘制实体。把扫掠的对象沿着开放或者闭合的二维或三维路径扫描，就可以创建出对应的实体。这里进行扫描的对象既可以是直线、圆、圆弧，也可以是样条曲线、二维曲面和面域，选择扫掠对象后指定扫掠路径即可完成一次扫掠过程生成三维实体。按不同要求经过扫掠生成的三维实体效果分别如图8.37、图8.38和图8.39所示。,上一页,下一页,返回,8.3 创建三维模型,4放样 放样命令就是通过二个或多个横截面放样来创建三维实体。横截面可以是开放的（如圆弧），也可以是闭合的（如圆）。横截面用于定义实体或曲面的截面形状。总体上说，AutoCAD中的放样多数要求对象是平面形式的，即从横向来看，放样的
