基于AutoCAD的三維實體建模探討（一）

結(jié)合實例從UCS坐標(biāo)系、固層、多視口、實體編輯將二維圖形生成三維實體等方面，對三維實體建模進(jìn)行了研究探討，旨在提高三維實體建模效率。

　　隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，三維CAD軟件日趨成熟，三維實體造型開始廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品或工程設(shè)計。目前，常用的三維建模軟件主要有AutoCAD、Pro／Engineer、UG、Solidwork、CAXA等。雖然在上述幾種軟件中三維建模功能相AutoCAD對較弱，對形狀復(fù)雜的形體難以構(gòu)建，且不便修改，但對于具有AutoCAD二維繪圖基礎(chǔ)的教師或技術(shù)人員，簡單易學(xué)，容易掌握，上手快。下面筆者結(jié)合AutoCAD三維實體建模的教學(xué)實踐，談幾點體會。

　　1三維實體模型概述

　　三維模型包括線框模型、表面模型和實體模型。其中實體模型包括線、面、體的全部信息，是三種模型中最高級的一種。它不僅具有質(zhì)量、體積等物理屬性，更接近于真實物體，而且實體之間能進(jìn)行并、交、差等布爾運算，建立更加復(fù)雜的實體模型，并能進(jìn)行消隱、著色和渲染。此外，實體模型還可以生成二維平面視圖、剖視圖和斷面圖，通過AutoCAD輸出的實體模型數(shù)據(jù)還可以提供給后續(xù)的數(shù)控加工和有限元分析。

　　2 AutoCAD的三維實體建模

　　2.1建模思路及方法

　　創(chuàng)建三維實體模型時，首先對模型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，無論模型的結(jié)構(gòu)多么復(fù)雜，它總是由若干個簡單實體構(gòu)成。因此，復(fù)雜模型的建立過程實際上是不斷創(chuàng)建簡單實體并將其組合的過程。當(dāng)然，建立復(fù)雜模型的方案可能有好幾種，應(yīng)選擇一種較方便、合理的方案進(jìn)行建模。然后使用基本體或?qū)⒍S圖形經(jīng)拉伸或旋轉(zhuǎn)生成各個簡單實體。最后將各個簡單實體之間進(jìn)行并、差、交等布爾運算和各種編輯操作獲得更加復(fù)雜的實體。

　　2.2建模技巧

　　2.2.1學(xué)會建立和管理用戶坐標(biāo)系

　　在AutoCAD中，坐標(biāo)系分為世界坐標(biāo)系(WCS)和用戶坐標(biāo)系(ucs)兩種。二維繪圖中使用的坐標(biāo)系大都是世界坐標(biāo)系，它是唯一且不變的。但在三維繪圖過程中，為了便于繪制和觀察圖形，除WCS外，用戶可以根據(jù)需要建立自己的坐標(biāo)系--用戶坐標(biāo)系(ucs)，這樣的坐標(biāo)系其原點位置和x、y、z軸方向可以任意移動和旋轉(zhuǎn)，甚至可以依賴于圖形中某個特定的對象而變化。學(xué)會建立用戶坐標(biāo)系將簡化三維建模過程，是三維建模的關(guān)鍵。

　　如圖1所示三維實體模型，繪制圓柱體A時采用圖中的世界坐標(biāo)系(wcs)，而繪制圓柱體B時，當(dāng)前坐標(biāo)系應(yīng)繞茹軸旋轉(zhuǎn)900，繪制圓柱體C時，當(dāng)前坐標(biāo)系應(yīng)繞y軸旋轉(zhuǎn)90。，繪制圓柱體D時，應(yīng)指定面或三點建立UCS。

　　另外，繪制復(fù)雜的三維圖形，由于需要建立的UCS數(shù)目較多，為了避免頻繁地進(jìn)行坐標(biāo)系變換，用戶可以通過UCS管理器將不同方向的UCS預(yù)先定義和保存好，在需要時隨時調(diào)用。

　　2.2.2臺理設(shè)置圖層

　　圖層(Layer)是AutoCAD組織管理圖形對象最為有效的工具之一。通過將不同性質(zhì)的對象放置在不同的層上，可以方便地通過控制層的特性來顯示和編輯對象。三維圖形較二維圖形更為復(fù)雜，視覺干擾更大，因此更應(yīng)借助圖層來管理圖形。三維實體模型的分層可按照形體分析法，把組成該模型的各個實體對象放置在不同的層上，并以不同顏色加以區(qū)分，以便更清晰地作圖，為后續(xù)的著色處理和材質(zhì)的分配帶來方便。當(dāng)發(fā)生干擾時，可通過關(guān)閉或凍結(jié)某些圖層使一些實體不可見，以便其他實體對象的定位或選擇。另外，借助圖層管理三維圖形時，一般不要急于對不同圖層間的實體對象做布爾運算，除非已完成整個三維圖形的繪制，否則不利于后面的編輯工作。

　　2.2.3多視口的應(yīng)用

　　繪制復(fù)雜的三維圖形時，可以在一個三維視圖中直接進(jìn)行，但往往會出現(xiàn)表達(dá)不方便和效率低等問題。這些問題，通過建立多視口即可解決。AutoCAD允許將繪圖區(qū)域劃分為多個窗口(視口)，并允許在不同的視口中使用不同的UCS。因此，在繪制和觀察復(fù)雜的三維圖形時，將繪圖區(qū)域劃分為多個視口，每個視口中根據(jù)需要建立或使用不同的UCS，設(shè)置不同的觀測點或選擇顯示不同的視圖等，如圖2的四個視口中分別顯示了三維圖形的主視圖、俯視圖、左視圖及等軸測圖，這樣既可在不同視口中繪制和觀察圖形的不同部分，極大地減少了UCS坐標(biāo)系和視圖的轉(zhuǎn)換工作，而且不論在那個視口中繪圖或修改，最終結(jié)果在其他視口中也將同時顯示。當(dāng)組成三維實體的簡單實體之間有干涉時，也可在不同視口中繪制不同的簡單實體。