第9章三维绘图基础.docx
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第9章三维绘图基础
第9章三维绘图基础
前面介绍了AutoCAD2004的二维绘图功能,大家基本上可以完成平面图形的绘制。
但是二维平面图形是一个缺乏空间立体感的图形,多数人需要经过专门训练才能看得懂其中所表示的确切含义。
相反,三维图形不仅具有较强的真实感效果,而且可以从任意角度对物体对象进行观察,获得各种不同的视觉效果。
也就是说在三维空间中观察实体,能得到一个较为接近真实形状和构造的感觉,能看到比二维平面图形更多和更丰富的内容。
此外,还能较为容易地从三维模型中得到想要的二维图形,这将节省许多绘图时间。
AutoCAD2004不仅具有强大的二维绘图功能,还具备同样强大的三维绘图功能。
在AutoCAD2004中可以绘制三维线型、三维平面以及用三维多边形网格表示的曲面,而且不需要AME模块就可实现三维实体造型。
9.1定制用户坐标系
第2章第2.3节已经讲过坐标系的基本概念和坐标输入方法。
用户从二维向三维绘图过程转换,或是直接进行三维绘图时,为了实际绘图需要或方便,都需要设定用户坐标系。
用户坐标系是相对于世界坐标系而言的。
相对二维坐标而言,三维坐标系中增加了独有的柱面坐标和球面坐标来表示形体的空间位置。
AutoCAD2004提供的UCS命令可以帮助用户定制自己需要的用户坐标系。
启动UCS命令的方法有如下几种:
Ø键盘输入UCS。
ØTools菜单在Tools菜单上单击NewUCS子菜单或OrthographicUCS子菜单中的有关选项。
ØStandard工具栏在Standard工具栏上,单击UCS图标
。
用上述方法中任一种输入UCS命令后,AutoCAD会提示:
Currentucsname:
*WORLD*
Enteranoption[New/Move/orthoGraphic/Prev/Restore/Save/Del/Apply/?
/World]
该提示行中各选项的含义如下。
1.New新建一个用户坐标系。
执行该选项时,AutoCAD会提示:
SpecifyoriginofnewUCSor[ZAxis/3point/OBject/Face/View/X/Y/Z]<0,0,0>:
该提示行中各选项的含义如下。
●SpecifyoriginofnewUCS该选项通过指定坐标系的原点来创建新的UCS。
新创建的UCS以指定点为坐标原点,其X、Y、Z坐标轴的方向与原坐标系的坐标轴方向相同。
用户也可以默认AutoCAD提供的<0,0,0,>原点坐标值。
●ZAxis表示通过选择一个坐标原点和Z轴正方向上的一点来确定新的坐标系,新坐标系的X轴和Y轴方向不变,执行该选项时,AutoCAD会提示:
Specifyneworiginpoint<0,0,0>:
输入新UCS的原点位置
SpecifypointonpositiveportionofZ-axis<0.0000,0.0000,1.0000>:
输入新UCS的Z轴正方向的一点
用户也可以选择“NewUCS”子菜单中的“ZAxisVector”选项或单击“UCS”工具栏的
按钮来自动选择该选项。
3point三点定义新的用户坐标系。
这三点分别是:
新坐标系原点、X轴正方向上的一点以及坐标轴为正的XOY平面上的一点。
执行该选项时AutoCAD会有如下提示:
Specifyneworiginpoint<0,0,0>:
输入新的原点位置
SpecifypointonpositiveportionofX-axis<1.0000,0.0000,0.0000>:
输入新UCS的X轴正方向上的一点
Specifypointonpositive-YportionoftheUCSXYplane<0.0000,1.0000,0.0000>:
输入新UCS的XOY平面上的一点
●OBject指定一个实体来定义新的坐标系。
新坐标系的Z轴与所选对象的Z轴具有相同的正方向,新坐标系的原点及X轴的正方向视不同对象而定,如圆弧;圆;二维多段线;尺寸标注;直线;点;属性及属性定义对象、文字、块、外部参照;三维面等。
新坐标系的Y轴方向按右手规则产生,用户执行该选项时,AutoCAD会有如下提示:
SelectobjecttoalignUCS:
选取对象
注意:
对于三维实体、三维多段线、三维多边形网络、视口、多线、面域、样条曲线、椭圆及椭圆弧、射线、构造线、多行文字标注、引线标注等不能执行此选项。
●Face通过拾取三维实体的面来定义一个新UCS,原点为距拾取点最近线的端点,XOY面与拾取的实体面重合,X轴与实体面中最近的边对齐。
●View当前视图平面被定义为新UCS的XOY平面,新UCS的原点为原UCS的原点。
●X/Y/Z确定当前的UCS绕X、Y、Z轴中某轴旋转一定的角度,从而形成一个新的UCS。
下面以绕X轴方向旋转为例介绍具体的操作过程:
执行X选项后,AutoCAD会有如下提示:
SpecifyrotationangleaboutXaxis<90>:
输入角度值
用户所输入的角度值可正可负。
AutoCAD按右手规则确定绕X轴的正方向,从而形成一个新的UCS。
另外,用户也可根据菜单和单击“UCS”工具栏来实现。
2.Move移动坐标系。
执行该选项时,AutoCAD会提示:
Specifyneworiginpointor[Zdepth]<0,0,0>:
输入新的原点
3.orthoGraphic确定正投影的方向。
执行该选项时,AutoCAD将有如下提示:
Enteranoption[Top/Bottom/Front/BAck/Left/Right]
用户可从中选取任一选项来确定正投影的方向。
4.Prev恢复前一个UCS。
该选项可以重复使用。
EnternametosavecurrentUCSor[?
]:
在该提示行中,用户既可输入有效的UCS名,也可用输入“?
”来查看已有的UCS名。
5.Restore恢复被存储的UCS,并使之成为当前的UCS。
但恢复的仅仅是UCS,而原视图的方向不能恢复。
执行该选项时AutoCAD会有如下提示:
EnternameofUCStorestoreor[?
]:
用户既可输入一个已存储的有效的UCS名;也可输入“?
”,显示已有的UCS名。
6.Save存储当前的UCS。
执行该选项时,AutoCAD会有如下提示:
EnternametosavecurrentUCSor[?
]:
要求用户为新UCS输入一个存盘名称,或选“?
”列出所有已存储的UCS的名字。
7.Del删除所选的UCS。
执行该选项时,AutoCAD会提示:
EnterUCSname(s)todelete
用户输入要删除的UCS名。
如果输入多个UCS名,各名称之间要用通配符或逗号隔开。
8.Apply应用。
执行该选项时,AutoCAD会提示:
PickviewporttoapplycurrentUCSor[All]
点取视窗以应用为当前的用户坐标系
9.“?
”显示用户坐标系的信息。
执行该选项时,AutoCAD将有如下提示:
EnterUCSname(s)tolist<*>:
输入UCS的名字
AutoCAD将显示用户所输入的UCS的所有信息。
10.
将世界坐标系统设置为当前坐标系统。
9.2选择三维视点
在以前的章节中介绍的绘图操作大多数是在XY平面中进行的,绘图的视点不需要改变。
但在绘制三维图形时常需要改变视点,以满足用户能从不同的角度观察图形各部位的需要。
AutoCAD提供的Vpoint命令和DDVpoint命令可以让用户灵活地选择视点,从而能从不同的角度观察图形的各个部位。
9.2.1利用对话框选择视点
用户可以通过AutoCAD提供的DDVpoint命令选择视点。
启动DDVpoint命令的方法有如下几种:
Ø键盘输入DDVpoint。
ØView菜单在View菜单上单击3Dviews子菜单中的ViewpointPresets选项
用上述几种方法中任一种命令输入后,AutoCAD弹出图12.5所示的ViewpointPresets(预设视窗)对话框。
利用该对话框用户可对视点进行设置。
ViewpointPresets对话框中各选项的含义如下。
1.SetViewingAngles设置视窗角度。
在该设置区中用户可以设置如下的选项:
●AbsolutetoWCS单选钮,用户可以通过该按钮确定是否使用绝对世界坐标系。
图12.5ViewpointPresets对话框
RelativetoUCS单选钮,用户可以通过该按钮确定是否使用用户坐标系。
同时,用户可以利用ViewpointPresets对话框左边类似于钟的图像,确定视点和原点的连线在XOY平面上的投影与X轴正方向的夹角,利用ViewpointPresets对话框右边的半圆形图像确定连线与投影线之间的夹角。
2.FromXAxis在FromXAxis编辑框中,用户可以直接输入新的视点方向在XY平面内的投影与X轴的正方向的夹角。
3.XYPlane在XYPlane编辑框中用户可以直接输入新视点与XY平面的夹角。
4.SettoPlanView按钮用户如果单击SettoPlanView按钮,则AutoCAD会返回到初始的视点状态。
9.2.2利用命令行选择视点
用户可以通过AutoCAD提供的Vpoint命令改变视点。
启动Vpoint命令的方法有如下几种:
Ø键盘输入VPOINT。
ØView菜单在“View”菜单上单击“3DViews”子菜单中的“viewpoint”选项。
用上述几种方法中任一种命令输入后,AutoCAD会有如下提示:
Command:
_VPOINT
Currentviewdirection:
VIEWDIR=0.0000,0.0000,1.0000
Specifyaviewpointor[Rotate]
该提示行中各选项的含义如下。
1.Rotate将当前视点旋转一个角度之后,形成新的视点。
执行该选项时,AutoCAD会有如下提示:
EnterangleinXYplanefromXaxis<167>:
输入新视点在XOY平面内的投影与X轴正方向之间的夹角。
EnteranglefromXYplane<17>:
输入新视点的方向与其在XOY平面的夹角。
执行完以上操作后,AutoCAD会重新生成模型空间。
2.Specifyaviewpoint直接输入新视点的X、Y、Z方向上三个绝对坐标值。
AutoCAD会根据新的X、Y和Z方向上的坐标值生成新的模型空间。
9.2.3利用罗盘确定视点
用户如果在执行Vpoint命令时,在“Specifyaviewpointor[Rotate]
”提示下直接回车,或在View子菜单3Dvienpoint中单击Vpoint选项,则AutoCAD会出现如图12.6所示的罗盘图形和三维坐标,利用罗盘图形和三维坐标可以直观地确定新的视点。
图12.6用罗盘确定视点
在图12.6中,罗盘相当于一个球体的俯视图,十字光标代表视点的位置。
拖动鼠标,使十字光标在罗盘范围内移动,光标位于小圆环内表示视点在Z轴正方向,光标位于内外环之间,则表示视点位于Z轴的负方向。
移动光标,便可设置视点。
当用户所确定的视点与当前坐标系的XOY平面平行,即为水平方向时,坐标系的图标为
。
9.2.4利用菜单确定特殊视点
在View下拉菜单3Dviews中,有许多其他选项如图12.8所示。
用户可利用这些选项,快速地确定一些特殊视点。
图12.83Dviews子菜单
9.3绘制三维线框3
利用AutoCAD2004进行三维绘图,用户可以建立3种形式的三维模型,分别为线框模型、表面模型和实体模型。
每一种模型都有其独特的创建和编辑方法。
线框模型描述的是三维对象的框架,它仅由描述三维对象边框的点、直线和曲线所组成,没有面和体的特征。
用户可以在三维空间中用二维绘图的方法建立线框模型,也可以使用AutoCAD2004提供的三维线框对象来创建。
三维线框模型就是用多边形线框来表示三维对象,它仅由描述三维对象的点、直线和曲线构成,不含表面信息。
在AutoCAD2004系统中用户可以输入点的三维坐标值,即(X、Y、Z)来绘制直线、多义线和样条线构造线框模型。
9.3.1利用二维对象创建线框模型
三维线框模型中的每个对象都要单独绘制和定位,绘图时可将任意一个二维平面对象放置到三维空间中即可创建三维线框图。
方法有以下几种:
输入三维点的坐标值“X,Y,Z”,来创建对象。
定义一个UCS来设置默认的构造平面(XY平面),用户可以在其上绘制图形。
在二维空间创建对象后,将其移动到三维空间中的合适位置上。
9.3.2利用直线与样条曲线创建线框模型(展开)
用户使用Line命令和Spline命令创建三维直线和三维样条曲线,创建时通过输入三维空间点的“X,Y,Z”坐标值即可。
9.3.3利用三维多段线创建线框模型
1.功能
创建三维多段线。
2.调用
Ø键盘输入3DPOLY。
ØDraw菜单在Draw菜单上单击3DPolyline子菜单。
3.格式
command:
3DPOLY
Specifystartpointofpolyline:
指定起始点;
Specifyendpointoflineor[Undo]:
指定终点或输入选择;
Specifyendpointoflineor[Undo]:
指定终点或输入选择;
Specifyendpointoflineor[Close/Undo]:
指定终点或输入选择;
4.说明
系统默认选项是指定三维多段线的下一点,如果选择“闭合(C)”选项,则系统自动将三维多段线首尾连接形成闭合并结束“3DPOLY”命令。
9.4绘制三维网格曲面3
曲面模型具有面的特征,能够描述三维对象的轮廓和表面,用户可以对其进行消隐、着色和渲染等操作。
用户可以用以下三种方式调用绘制三维网格曲面的命令。
可以单击“Draw”菜单“Surfaces”子菜单中的有关选项。
可以单击“Surfaces”工具栏上的相关按钮。
或者输入相关的命令调用。
9.4.1三维基本形体表面
用户要绘制一些三维基本形体表面,则可以直接调用该命令。
三维基本形体表面有:
长方体、棱锥体、楔形体、圆顶、球面、圆锥、圆环、圆盘和四边形网格等。
打开菜单Draw的下拉菜单Surfaces,单击3DSurfaces项,AutoCAD2004弹出图12.21所示的3DObject(三维基本形体)对话框。
在3DObjects对话框中,左边的文本框中列出了各个形体的名称,右边列出了三维基本形体表面的主要图例,用户双击要绘制的形体的图例后,可以直接进行形体的绘制。
下面仅以绘制三维长方体表面为例来具体介绍其操作过程。
图12.213DObject对话框
用户可以利用AutoCAD提供的Box命令绘制长方体。
可双击3DObjects对话框中的Box图标来启动Box命令。
启动Box命令后,AutoCAD会提示:
Specifycornerpointofbox:
输入顶点的坐标
Specifylengthofbox:
输入长度
Specifywidthofboxor[Cube]:
输入宽度或(正方体)
该提示行中各选项的含义如下。
1.Cube正方体。
执行该选项后,AutoCAD会提示:
SpecifyrotationangleofboxabouttheZaxisor[Reference]:
输入绕Z轴的旋转角
2.Specifywidthofbox用户直接输入宽度值。
执行该选项时,AutoCAD会有如下提示:
Specifyheightofbox:
输入长方形的高度
SpecifyrotationangleofboxabouttheZaxisor[Reference]:
输入绕Z轴的旋转角
执行完上述操作后,可以绘制出如图12.22所示的图形,图12.22的右图是正方体,左图是长方体。
长方体的长、宽、高的值均不能为负值。
图12.22利用BOX命令绘制的图形
其它的基本三维图形绘制与此类似。
用户也可以通过形体表面生成函数来生成以上基本形体。
感兴趣的用户可以查找其他有关的参考书。
9.4.2其它三维形体表面
AutoCAD为创建三维空间中任意位置的平面提供了3Dface命令,每个面的顶点可以有不同的X、Y、Z坐标值,但顶点不能超过4个。
用户可以通过如下几种方法启动3Dface命令:
Ø键盘输入3DFACE。
ØDraw菜单在Draw菜单上单击Surfaces子菜单中的3Dface选项。
Øsurfaces工具栏在surfaces工具栏上单击3DFace图标
。
用上述几种方法中的任一种命令输入后,AutoCAD将有如下提示:
Specifyfirstpointor[Invisible]:
该提示行中各选项的含义如下。
1.Invisible控制三维面的边界是否可见。
如图12.15左图是边界可见,右图是边界不可见。
2.firstpoint输入第一个顶点。
执行该选项时会有如下提示:
Specifysecondpointor[Invisible]:
输入第二个顶点
Specifythirdpointor[Invisible]
输入第三个顶点
Specifyfourthpointor[Invisible]
输入第四个顶点
Specifyfourthpointor[Invisible]
输入第二个平面的第三点或回车
图12.16所示的就是利用3DFACE命令绘制的三维平面。
图12.15利用Invisible控制边界是否可见
图12.16三维平面
12.8三维多边形网格
三维多边形网格是有平面或由若干平面网格构成的近似曲面。
AutoCAD把这些平面看作一个实体,用户可以对其进行编辑。
AutoCAD提供的3Dmesh命令可以生成三维多边形网格。
用户可以通过如下几种方法启动3Dmesh命令:
Ø键盘输入3Dmesh。
ØDraw菜单在Draw菜单上单击Surfaces子菜单中的3Dmesh选项。
ØSurfaces工具栏在Surfaces工具栏上单击3Dmesh图标
。
用上述几种方法中任一种启动命令后,AutoCAD会有如下提示:
EntersizeofmeshinMdirection:
输入M方向的网格顶点数目
EntersizeofmeshinNdirection:
输入N方向的网格顶点数目
Specifylocationforvertex(0,0):
输入第一行,第一列的顶点
Specifylocationforvertex(0,1):
输入第一行,第二列的顶点
Specifylocationforvertex(n,m):
输入N行,第M列的顶点
执行此命令后AutoCAD会根据上述的设置自动生成一组多边形网格曲面,如图12.17所示。
在图12.17中的左图是开放的多边形网格曲面,右图是封闭的多边形网格曲面。
注意:
AutoCAD规定在行和列方向上最少两个顶点,最多允许有256个顶点。
图12.17三维网格曲面
12.9绘直纹曲面
AutoCAD提供的Rulesurf命令可以用来绘制直纹曲面。
用户可以通过如下几种方法启动Rulesurf命令:
Ø键盘输入Rulesurf。
ØDraw菜单在Draw菜单上单击Surfaces子菜单中的Ruledsurface选项。
ØSurfaces工具栏在Surfaces工具栏上单击Ruledsurface图标
。
用上述几种方法中任一种命令输入后,AutoCAD会有如下提示:
Command:
_relesurf
Currentwireframedensity:
SURFTAB1=6
Selectfirstdefiningcurve:
选择第一条曲线
Selectseconddefiningcurve:
选择第二条曲线
执行此命令后AutoCAD会根据以上的设置生成一直纹曲面。
如图12.18所示的直纹曲面图形。
图12.18直纹曲面图形
注意:
确定直纹曲面的曲线必须事先绘出,这些曲线只能是线、点、弧、圆的单条曲线、二维多义线或它们的组合;直纹曲线面的网格密度由系统变量SURFTAB1确定,它的默认值6,系统变量SURFTAB1的值越大,则网格密度越大曲面越光滑。
12.10旋转曲面
旋转曲面是指在AutoCAD中,由一条轨迹曲线绕某一个轴旋转生成一个用三维网格表示的回转面。
若旋转360°则生成一个封闭的回转面。
AutoCAD提供的Revsurf命令可以用来绘制旋转曲面。
用户可以通过如下几种方法启动Revsurf命令:
Ø键盘输入Revsurf。
ØDraw菜单在Draw菜单上单击Surfaces子菜单中的RevolvedSurfaces选项。
ØSurfaces工具栏在Surfaces工具栏上单击RevolvedSurfaces图标
。
图12.19旋转曲面
用上述几种方法中任一种命令输入后,AutoCAD会有如下提示:
Command:
_revsurf
Currentwireframedensity:
SURFTAB1=6SURFTAB2=6
Selectobjecttorevolve:
选取轨迹曲线
Selectobjectthatdefinestheaxisofrevolution:
选取旋转轴
Specifystartangle<0>:
输入起始角度
Specifyincludedangle(+=ccw,-=cw)<360>:
输入旋转角度
如图12.19所示为一个旋转曲面。
注意:
选取旋转轴时,在轴上点取点的先后顺序会影响轨迹曲线的旋转方向。
旋转方向用右手规则判断;轨迹曲线只能是线、弧、样条曲线、二维多义线和三维多义线。
旋转轴必须是直线、二维多义线或三维多义线。
若选多义线作为旋转轴时,则多义线的首尾点连线为旋转轴。
12.11绘制定界曲面
定界曲面是指由封闭的图形构成三维多边形网格表示的曲面。
AutoCAD提供的Edgesurf命令可以用来绘制定界曲面。
启动edgesurf命令方法有如下几种:
Ø键盘输入edgesurf。
ØDraw菜单在Draw菜单上单击Surfaces子菜单中的Edgesurface选项。
ØSur
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- 第9章 三维绘图基础 三维 绘图 基础