第十六课绘制三维线框模型.ppt

第十六课 绘制三维线框模型,课前导读课堂讲解上机实战课后练习,课前导读,基础知识重点知识了解知识,基础知识,指定视点与创建视口的方法和三维模型的分类。,重点知识,自定义用户坐标系、利用三维多段线绘制线框模型，以及根据标高与厚度创建三维模型。,了解知识,三维动态观察器的使用方法。,课堂讲解,三维绘图基础 三维模型的分类 创建线框模型,三维绘图基础,用户坐标系 视点 视口,在绘制三维模型之前，必须掌握如何定义用户坐标系、切换视图与创建视口，并了解与三维绘图相关的知识。下面分别讲解这几方面的内容。,默认状态下，AutoCAD 2004的坐标系为世界坐标系，其坐标原点在绘图区左下角，以水平向右为x轴正方向，以垂直向上为y轴正方向，以垂直屏幕向外为z轴正方向，如图16-1所示。,用户坐标系,图16-1,由于世界坐标系的坐标原点和方向都是固定不变的，因此在绘制三维图形时十分不便，为了方便用户绘制三维图形，AutoCAD 2004允许用户自定义坐标系的位置与方向，甚至可以将坐标轴作任意角度的倾斜，即用户坐标系（UCS）。自定义用户坐标系命令主要有如下几种调用方法：单击“UCS”工具栏中的 按钮。在命令行中执行UCS命令。执行UCS命令后，在命令行的提示下选择相应的选项可以进行新建、移动、选择用户坐标系或对其进行保存、恢复、删除和应用等管理操作。,新建用户坐标系 执行UCS命令后，选择其中的“新建”选项，然后选择所需的新建方式即可创建出所需的用户坐标系。如要在一个任意放置的长方体坯件上以面的方式建立如图16-2所示的用户坐标系，其命令行操作如下：,图16-2,选择“新建”选项后，默认方式为通过指定新原点的方法来定义新的UCS，该方式将保持其x、y和z轴方向不变，等同于移动坐标系。命令提示信息中的其他选项含义如下：Z轴：用特定的z轴正半轴定义UCS。通过指定新原点和位于新建z轴正半轴上的点来定义新坐标系的z轴方向，从而定义新的UCS。三点：通过指定3点的方式定义新的UCS，该方式可以指定任意可能的坐标系。选择该选项后，需指定新UCS的原点及x轴和y轴的正方向，z轴由右手定则确定。,对象：根据选定的三维对象定义新的坐标系。新UCS的拉伸方向为（即z轴的正方向）选定对象的方向。但此选项不能用于三维实体、三维多段线、三维网格、视口、多线、面域、样条曲线、椭圆、射线、构造线、引线和多行文字等对象。面：将UCS与实体对象的选定面对齐，UCS的x轴将与找到的第一个面上的最近的边对齐。选择实体的面后，将出现提示信息“输入选项 下一个(N)/X轴反向(x)/Y轴反向(Y):”，选择其中的“下一个”选项将UCS定位于邻接的面或选定边的后向面；选择“x轴反向”选项则将UCS绕x轴旋转180；选择“Y轴反向”选项则将UCS绕y轴旋转180。设置好后按【Enter】键即可。,视图：以垂直于观察方向（平行于屏幕）的平面为xy平面，建立新的坐标系，UCS原点保持不变。X/Y/Z：绕指定的轴旋转当前UCS。通过指定原点和一个或多个绕x、y或z轴的旋转，可以定义任意方向的UCS。另外，选择工具新建UCS菜单命令下的相应子菜单令也可达到与上述选项相同的目的。,右手定则法则为：将右手手背靠近屏幕放置，大拇指指向x轴的正方向，然后伸出食指和中指，食指指向y轴的正方向，中指所指示的方向即是z轴的正方向，如图16-3所示。如果旋转手，便可以看到x、y和z轴是如何随着UCS的改变而旋转的。,图16-3,移动用户坐标系 执行UCS命令后，选择其中的“移动”选项或选择工具移动UCS菜单命令可以通过平移当前UCS的原点或修改其z轴深度来重新定义UCS，这种方式可以保留xy平面的方向不变。其命令行操作如下：,选择正交用户坐标系 AutoCAD提供了6个正交UCS，用户可以根据需要任选其一，以便从多角度绘制三维模型。执行UCS命令后，选择其中的“正交”选项或选择工具正交UCS菜单命令下的子菜单命令后，命令行中将出现提示信息“输入选项 俯视(T)/仰视(B)/主视(F)/后视(BA)/左视(L)/右视(R):”选择所需的选项即可切换到相应的正交UCS下。另外，也可以通过单击如图16-4所示的“视图”工具栏中的相应按钮进行正交UCS的选择。利用该工具栏中的等轴测图按钮还可以切换到不同的等轴测视图中。,图16-4,保存、恢复、删除与应用用户坐标系 执行UCS命令后，除“新建”、“移动”与“正交”选项之外的其他选项的含义分别如下：上一个：恢复上一个UCS。AutoCAD可以保存在图纸空间中创建的最后10个坐标系和在模型空间中创建的最后10个坐标系。重复选择“上一个”选项可以逐步返回一个集或其他集，取决于当前空间是哪一个空间。保存：把当前UCS按指定名称保存。该名称可以使用字母、数字、空格和任何未被Windows和AutoCAD用作其他用途的特殊字符，最多可以包含255个字符。恢复：恢复已保存的UCS，使其成为当前UCS。但恢复已保存的UCS并不会重新建立在保存UCS时生效的观察方向。删除：从已保存的用户坐标系列表中删除指定的UCS。,应用：当创建了多视口，并且在其他视口保存了不同的UCS时，将当前UCS设置应用到指定的视口或所有活动视口。可以用UCSVP系统变量确定UCS是否随视口一起保存。选择该选项后将出现提示信息“拾取要应用当前UCS的视口或所有(A):”，选择其中的“所有”选项即可将当前UCS应用到所有的活动视口。?：列出所有用户定义的坐标系的名称，并列出每个保存的UCS相对于当前UCS的原点以及x、y和z轴。如果当前UCS未命名，那么它将被列为WORLD或UNNAMED，这取决于它是否与WCS相同，如果不相同则被列为UNNAMED。世界：将当前UCS设置为世界坐标系。,三维视图是从空间中的某个观测点向WCS或UCS坐标系原点方向观察目标对象时得到的三维状态，因此三维模型需要在三维空间指定一个观测视点后才能观察到它的三维状态，这个观测点即是视点。为三维模型指定观察视点可以直接在绘图区中通过坐标球和三轴架指定，也可通过“视点预置”对话框来指定，还可以通过三维动态观察器来任意指定观察视点。在绘图区指定观察视点 在绘图区指定观察视点的命令主要有如下几种调用方法：选择视图三维视图视点菜单命令。在命令行中执行VPOINT命令。,视点,在绘图区指定观察视点时可以借助坐标球和三轴架来进行。在命令行中执行VPOINT命令后，命令行中将出现提示信息“当前视图方向:VIEWDIR=0.0000,0.0000,0.0000指定视点或 旋转(R):”，直接输入三维坐标值即可指定观察视点的坐标。此时如果按【Enter】键将在绘图区出现如图16-5所示的罗盘和三轴架图标。而选择视图三维视图视点菜单命令则会直接在绘图区出现罗盘和坐标三轴架图标，此时只能通过该方式来指定观测视点。,图16-5,在执行VPOINT命令的过程中如果选择“旋转”选项，则可以指定两个转角以旋转观测位置。若选择该选项后将通过输入WCS中与x轴的夹角和xy平面的夹角来确定观测位置。,罗盘是球体的二维表现方式，中心点代表北极，内环代表赤道，整个外环代表南极。罗盘上的垂直线与罗盘的5个交点从上到下依次表示底视图、后视图、顶视图、前视图、底视图的观察方向；罗盘上的水平线与罗盘的5个交点从左到右分别表示底视图、左视图、顶视图、右视图和底视图。罗盘上的水平线与垂直线将罗盘分成8个区域，外环与内环间的4个区域分别表示观察方向为左前下方、右前下方、左后下方和右后下方；内环的4个区域分别表示观察方向为左前上方、右前上方、左后上方和右后上方。罗盘上的十字光标代表三维观察视点，可以将罗盘上的小十字光标移动到球体的任意位置上。在移动该十字光标时，三轴架将根据坐标球指示的观察方向旋转，当确定要使用某个观察点时，在该位置上单击鼠标即可。,通过对话框指定观察视点 通过对话框指定观察视点需通过“视点预置”对话框进行。打开“视点预置”对话框主要有如下几种方法：选择视图三维视图视点预置菜单命令。在命令行中执行DDVPOINT命令。打开的“视点预置”对话框如图16-6所示，用于设置观测角度，用户可以从该对话框中的矩形表盘和半圆形表盘图示中进行设置。它们的作用分别如下：,图16-6,矩形表盘：用于设置视点与x轴的夹角，当在矩形表盘内环与矩形之间的区域选取时，角度的增量为45；当在矩形表盘内环中选取时，可得到任意角度的值。半圆形表盘：用于设置视点与xy平面的夹角，当在内半圆与外半圆之间的区域选取时，可以得到图示中标示的角度值；当在内半圆区域中选取时，可得到任意角度的值。“视点预置”对话框其他各选项的含义及功能分别如下：单选项：选中该单选项后，设置的观测方向相对于WCS坐标系。单选项：选中该单选项后，设置的观测方向相对于当前UCS坐标系。“X轴”文本框：设置与x轴夹角的角度值。“XY平面”文本框：设置与xy平面夹角的角度值。按钮：设置查看角度以相对于选定的坐标系显示平面视图（xy平面）。,通过对话框指定观察视点 DDVPOINT和VPOINT命令都只能用于模型空间，DDVPOINT命令可用对话框控制视图视点，VPOINT则以平行投影方式显示，如果要动态观察三维模型，则可以通过三维动态观察视图来进行。使用三维动态观察器主要有如下几种方法：选择视图三维动态观察器菜单命令。单击“三维动态观察器”工具栏中的 按钮。在命令行中执行3DORBIT（3DO）命令。使用三维动态观察器可以使用定点设备操作模型的视图，能够从模型周围的任意视点直观地观察整个模型或模型中的任何对象。,择要使用三维动态观察器查看的对象后（如果不选择任何对象则查看整个模型），通过上述方法进入三维动态观察视图，然后按住鼠标左键并向不同方向拖动即可动态观察三维对象，如图16-7所示。观察完毕，按【Esc】、【Enter】键或单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择“退出”命令即可退出三维动态观察器。,图16-7,在观察三维对象的过程中，当光标移动到转盘的不同部分上时，光标的形状也会有所改变，用以指示查看旋转的方向。光标的变化及含义主要有以下几种：光标：当光标移动到转盘内的三维对象上时显示的形状。此时按住鼠标左键并拖动，可以沿水平、竖直和对角方向随意操作视图。,光标：将光标移动到转盘之外时显示的形状。此时按住鼠标左键并围绕转盘拖动，可以使视图围绕穿过转盘（垂直于屏幕）中心延伸的轴进行转动，称为滚动；当将光标拖动到转盘内部时，它将变成形状，同时视图可以随意移动；当将光标向后移动到转盘外时，又可以恢复滚动。光标：将光标移动到转盘左侧或右侧的小圆上时显示的形状。此时按住鼠标左键并拖动，可以绕垂直轴通过转盘中心延伸的y轴旋转视图。光标：将光标移动到转盘顶部或底部的小圆上时光标显示的形状。此时按住鼠标左键并拖动，可以绕水平轴通过转盘中心延伸的x轴旋转视图。,用户也可以通过AutoCAD提供的标准视点（即正交UCS与等轴测图坐标）从不同角度观察三维模型，其方法为在如图16-4所示的“视图”工具栏中单击所需的按钮即可。,在模型空间绘图一般都是在一个充满整个屏幕的单视口中进行操作，但在某些情况下需要将图形的局部放大，以方便对其进行编辑，这时就可能造成用户观察不到图样修改后的整体效果。此时可以新建一个视口，在一个视口中显示图样的局部，在另一个视口中显示图样的整体效果，这样便可同时兼顾局部与整体，达到两全其美的目的。新建视口命令主要有如下几种调用方法：选择视图视口新建视口菜单命令。在命令行中执行VPORTS命令。,视口,如创建4个视口，分别包含三视图和一个西南等轴测图，其具体操作如下：（1）打开要在不同视口中显示的三维模型图，选择视图视口新建视口菜单命令，打开“视口”对话框。（2）在“新名称”文本框中输入新建视口的名称，如“全局”。（3）在“标准视口”列表中选择视口的布置形式，这里选择“四个：相等”选项。（4）在“设置”下拉列表框中选择用二维还是三维。此处选择“三维”选项。（5）单击右侧“预览”框中的第一个视口，然后在下面的“修改视图”下拉列表框中选择“主视”选项。,（6）用同样的方法将另外3个视口分别设为左视、俯视和西南等轴测图，如图16-8所示。,图16-8,（7）单击 按钮关闭对话框，绘图区即被分为4个视口，并在各个视口中按设置显示三维模型的不同视图，如图16-9所示。,图16-9,创建了多个视口之后，单击任一视口即可将其切换为当前视口，只有切换为当前视口之后才能在该视口中进行编辑。在任意视口中均可进行视图的平移、缩放、设置栅格、建立用户坐标系等操作，而不影响其他视口的视图显示方式与坐标系，但在任一视口中对图形对象作了修改之后，在其他视口中将同时反映出来。在某一个视口中还可以再新建视口，即在某一视口中同时显示模型的多个视图。,三维模型的分类,根据几何模型的构造方法，三维模型可分为线框模型、表面模型和实体模型3类，其构建方式分别如下：线框模型：该模型用线（棱线和转向轮廓线）来描绘三维对象的骨架，如图16-10所示。由于线框模型中没有面，只有描绘对象边界的点、直线和曲线，因此在AutoCAD中可以在三维空间的任何位置放置二维对象来创建线框模型。AutoCAD也提供了一些专门的三维线框对象，如三维多段线。由于构成线框模型的每个对象必须单独绘制和定位，因此，这种建模方式是最为耗时的，一般只用于简单模型的创建。,图16-10,表面模型：该模型用物体的表面表示三维物体，在该模型中不仅包括线的信息，而且包括面的信息，因而可以解决与图形有关的大多数问题，如图16-11所示。曲面建模比线框建模复杂得多，它不仅定义三维对象的边而且定义面。AutoCAD的曲面模型使用多边形网格来定义镶嵌面，由于网格面是平面的，因此网格只能近似于曲面。,图16-11,实体模型：实体模型是3种模型中最高级的一种，包括了线、面和体的全部信息。对于该类模型可以绘制出简单的基本体模型，再通过布尔运算构造出复杂的组合体，如图16-12所示。,图16-12,创建线框模型,利用三维多段线创建线框模型 根据标高、厚度创建三维模型,创建线框模型时只需在三维空间放置各个二维对象即可，与绘制二维平面图相似，只是在输入坐标时需同时指定z轴的值。AutoCAD还提供了专用的三维框模型绘制工具三维多段线。除此之外，在绘制某些二维对象时也可以通过设置其标高与厚度的方法创建出三维模型。,三维多段线命令主要有如下几种调用方法：选择绘图三维多段线菜单命令。在命令行中执行3DPOLY命令。三维多段线与二维多段线不同之处在于，三维多段线可以以三维空间的任意点来指定三维多段线的顶点，但只能显示为CONTINUOUS线型。如在西南等轴测视图中利用三维多段线绘制如图16-13所示的四棱锥，其命令行操作如下：,利用三维多段线创建线框模型,图16-13,在AutoCAD中绘制直线、圆、矩形、多边形等二维对象时，可以通过设置图形的标高和拉伸厚度来创建三维模型。其中，标高是指将要绘制的图形的起始平面与当前UCS坐标系的xy平面的垂直距离；拉伸厚度是指所绘图形对象沿z轴方向拉伸的厚度。在创建矩形时，可以直接在命令行的提示信息下选择“标高”与“厚度”选项来创建三维模型，如果绘制的是其他的二维对象，则需通过ELEV命令进行。,根据标高、厚度创建三维模型,如在西南等轴测视图中使用ELEV命令绘制如图16-14所示的六角螺钉，其中圆的标高为0，厚度为80；正六边形的一个平面与圆的右端面相接，它的标高为80，厚度为25。其命令行操作如下：,图16-14,图16-15,需注意的是，使用ELEV命令指定标高与厚度后，以后绘图时便会默认以这个标高作为绘图的开始面，以该厚度作为所绘对象的拉伸厚度。因此不再使用该方法时，必须重新将标高与厚度值设为0。,上机实战,绘制机座的线框模型 同时显示机座模型及其三视图,本课上机实战将创建一个机座的线框模型和4个视口，分别显示该机座的主视图、俯视图、左侧图与西南等轴测图。通过练习，读者可以巩固本课所学的坐标系、切换视图、创建视口、绘制线框三维模型等知识点。,绘制机座的线框模型,本实例将绘制如图16-16所示的机座的三维线框模型，其尺寸要求如图16-17所示。绘制时首先在主视图中绘制出其二维轮廓，然后切换到西南等轴测图中，将其在z方向复制，并用直线连接各折点，最后绘制圆孔。,图16-16,图16-17,其具体操作如下：（1）单击“视图”工具栏中的 按钮，切换到主视图中，在正交模式下用LINE、CIRCLE和TRIM命令绘制出如图16-18所示的图形。其命令行操作如下：,图16-18,图16-19,图16-20,（2）单击“视图”工具栏中的 按钮，切换到西南等轴测图中，用COPY、LINE命令绘制出如图16-20所示的图形。其命令行操作如下：,（3）用CIRCLE命令绘制圆孔，绘制出如图16-16所示的图形。由于绘制的圆会与xy平面平行，因此还需重新定义UCS坐标系。其命令行操作如下：,同时显示机座模型及其三视图,本实例将在AutoCAD绘图区中同时显示上一实例绘制的机座的主视图、俯视图、左侧图与西南等轴测图，效果如图16-21所示。,图16-21,其具体操作如下：（1）打开上一实例中绘制的机座模型图，选择视图视口新建视口菜单命令，打开“视口”对话框。（2）在“新名称”文本框中输入新建视口的名称“机座全局”。（3）在“标准视口”列表中选择“四个：相等”选项。（4）在“设置”下拉列表框中选择“三维”选项。（5）单击右侧“预览”框中的第一个视口，然后在下面的“修改视图”下拉列表框中选择“主视”选项。,（6）用同样的方法将另外3个视口分别设为左视、俯视和西南等轴测图，如图16-22所示。（7）单击按钮关闭对话框，绘图区即被分为4个视口，并在各个视口中按设置显示三维模型的不同视图，如图16-21所示。,图16-22,课后练习,填空题 判断题 问答题上机操作题,填空题,（1）默认状态下，AutoCAD 2004的坐标系为_坐标系，其坐标原点在绘图区左下角，_轴以水平向右为正方向，_轴以垂直向上为正方向，_轴以垂直屏幕向外为正方向。（2）根据几何模型的构造方法，三维几何模型可分为_、_和_3类，其中_没有面，只有描绘对象边界的点、直线和曲线。,世界,X,Y,Z,线框模型,实体模型,表面模型,线框模型,（3）通过标高和厚度绘制表面三维模型时，标高是指要绘制的图形的起始平面与当前UCS坐标系的_平面的垂直距离；拉伸厚度是指所绘图形在_轴方向的厚度。（4）使用三维动态观察器可以使用定点设备操作模型的视图，能够从模型周围的_直观地观察整个模型或模型中的任何对象。观察完毕，按_ _、_键或单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择_命令即可退出三维动态观察器。,XY,Z,任意视点,【Esc】,【Enter】,“退出”,判断题,（1）线框模型是在三维空间用线来描绘三维对象的框架，组成的对象可以是二维对象。（）（2）用二维多段线绘制的长方体属于线框模型，用三维多段线绘制的长方体属于表面模型。（）（3）实体模型是3种模型中最高级的一种，包括线、面和体的全部信息。（）,问答题,（1）三维多段线与二维多段线有什么区别？,三维多段线与二维多段线不同之处在于，三维多段线可以以三维空间的任意点来指定三维多段线的顶点，但只能显示为CONTINUOUS线型。二维多段线可以使用不同的线型，但只能在XY平面上指定顶点的位置。,第13课中所讲的等轴测图实际上是在二维平面中表达的物体投影，因此在不同的轴向上有一定的变形，所反映的不是物体的实际尺寸，而本课所讲的等轴测图是在三维空间以物体的实际尺寸绘制的立体图。在二维平面中绘制的等轴测图，只要具有交点都可以用修剪命令进行修剪，而在三维空间绘制的等轴测图，其外观上的交点实际上位于不同的平面中，因此要进行修剪必须在执行TRIM命令后选择其中的“投影”选项进行修剪。,（2）第13课中的等轴测图与本课所讲的等轴测图有何不同？,上机操作题,绘制如图16-23所示的三维线框模型。,提示：先按尺寸要求绘制出三维线框模型，再利用TRIM命令修剪不可见的线框即可。在修剪时，当命令行中提示选择要修剪的部分时，应选择“投影”选项，然后再进行修剪。,图16-23,