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第8章 三维建模基础.doc

上传人:kuailexingkong 文档编号:1145889 上传时间:2018-06-15 格式:DOC 页数:17 大小:579KB
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1、武汉交通职业学院教师教案(8)课程名称(章、节) 第 8 章 三维建模基础教学目的要求了解三维用户坐标系的概念掌握视图观测点的设置方法理解三维图形的消隐和视觉样式掌握三维线框的绘制方法掌握三维网格的绘制方法教学重点 三维线框和三维网格的绘制教学难点 用户坐标系的概念及视图观测点的设置教学方法与 手 段1.讲课:采用多媒体课件教学手段2.实验:学生上机,互动式教学,边讲边练学时分配 讲课 2 学时,实验 4 学时作 业 第七章思考与练习教学内容第 8 章 三维建模基础8.1 三维用户坐标系8.1.1 UCS 图标AutoCAD 提供了两种坐标系统。一种是固定的不变的世界坐标系(WCS) ;另一种

2、是用户定义的、可以改变的用户坐标系(UCS)。在默认情况下,用户坐标系(UCS)与世界坐标系(WCS) 重合。在三维空间中绘图时,需要经常改变 UCS 的原点位置和坐标方向,以满足绘图要求。为了指示 UCS 的位置和方向, AutoCAD 在 UCS 原点或当前视口的左下角显示 UCS 图标。1) 命令菜单栏:“视图”|“显示” |“UCS 图标”| 级联子菜单选项命令行:UCSICON2) 功能可以关闭或显示 UCS 图标,可以将“UCS 图标”设置在原点位置。从“特性”子菜单中,可打开“UCS 图标” 对话框以设置图标特性,如图 8.1 所示。3) 分析用户可以选择 3 种图标样式之一来表

3、示 UCS,如图 8.2 所示。在任意时刻,只有一个当前 UCS,坐标输入和屏幕显示均是相对于当前 UCS 定位的,新对象只能绘制在当前UCS 的 XY 平面上。由于立体图具有多个平面,用户为了完成在不同平面上绘图,并将图素完整地绘制在正确的平面上,有时需要制定新的用户坐标原点、X 轴、Y 轴和 Z 轴,即确定新的用户坐标系。AutoCAD 的坐标系符合右手定则,即大拇指所指方向为 X 轴正方向,其他四指所指方向为 Y 轴正方向,掌心所对方向为 Z 轴正方向。图 8.1 “UCS 图标”对话框图 8.2 坐标系图标显示8.1.2 新建和改变 UCS1) 命令菜单栏:“工具”|“新建 UCS”|

4、级联子菜单选项命令行:UCS2) 功能用于重新确定坐标系原点和 X 轴、Y 轴、Z 轴方向。3) 分析执行 UCS 命令,系统提示如下。指定 UCS 的原点或 面(F)/命名(NA)/对象(OB)/上一个(P)/视图(V)/ 世界(W)/X/Y/Z/Z 轴(ZA) :各选项含义如下。(1)“指定 UCS 的原点”:使用一点、两点或三点定义一个新的 UCS。 如果指定单个点,当前 UCS 的原点将会移动而不会更改 X、 Y 和 Z 轴的方向。(2) Z 轴矢量:用指定的 Z 轴正半轴定义 UCS。 (3)“X”、“Y”、“Z”:绕指定轴旋转当前 UCS。 (4)“世界”:从当前的用户坐标系恢复到

5、世界坐标系。(5)“面”:将 UCS 与实体对象的选定面对齐。新 UCS 的 X 轴将与找到的实体面上的最近的边对齐。(6)“对象”:将 UCS 的 XY 平面与绘制该对象所在的平面对齐。新 UCS 的原点将位于离选定对象最近的顶点处,并且 X 轴与一条边对齐或相切。该选项不能用于三维多段线、三维网格和构造线。4) 提示一量定义了 UCS,则可以为其命名并在需要再次使用时恢复。8.2 三维视图显示8.2.1 设置视点1) 标准视图在绘制三维图形时,一个视图一般不能完全反映物体的真实形状。AutoCAD 提供了10 种标准视图供用户选择:俯视、仰视、左视、右视、主视、后视、西南等轴测、东南等轴测

6、、东北等轴测和西北等轴测。选择菜单“视图”|“三维视图 ”|级联子菜单命令,可从指定的视点观察图形。在“视图”工具栏中有对应的命令按钮,如图 8.3 所示。图 8.3 “视图”工具栏2) 使用罗盘设置视点选择菜单“视图”|“三维视图 ”|“视点”命令(VPIONT),可利用光标拖动旋转的三轴架以设置用户指定的视点。该视点是相对于 WCS 坐标系的,如图 8.4 所示。光标在罗盘上移动,可调整视点在 XY 平面上的角度以及与 XY 平面的夹角。3) 视点预置选择菜单“视图”|“三维视图 ”|“视点预置”命令(DDVPOINT),可利用“视点预置”对话框设置视点,如图 8.5 所示。对话框中,左图

7、表示视线在 XY 平面上的投影与 X轴正向的夹角;右图表示视线与投影线之间的夹角。单击“设置为平面视图”按钮可将视图设置为平面视图。默认情况下,观察角度是相对于 WCS 坐标系俯视的。图 8.4 使用罗盘设置视点 图 8.5 “视点预置”对话框8.2.2 动态观察显示1) 命令菜单栏:“视图”|“动态观察 ”|级联子菜单选项命令行:3DORBIT 或 3DFORBIT 或 3DCORBIT2) 功能用于在三维空间中交互式地查看对象,即动态观察视图。3) 分析(1) 受约束动态观察。如图 8.6 所示,通过拖动光标可以动态观察模型。观察模型时,其目标位置保持不动,相机位置围绕目标移动。如果水平拖

8、动光标,相机将沿平行于世界坐标系的 XY 平面观察目标。如果垂直拖动光标,相机将沿 Z 轴方向观察目标。(2) 自由动态观察。与“受约束动态观察”命令类似,但其视点不约束于沿 XY 平面或 Z 轴移动,可在任意方向上进行动态观察,如图 8.7 所示。(3) 连续观察。用于连续动态观察图形。 只要在绘图区域沿任意方向单击并拖动光标,就可使对象在该方向上移动,释放鼠标左键,就可在指定方向上连续观察图形。光标移动的速度决定了对象旋转的速度。再次单击或拖动光标可以改变对象的旋转轨迹。图 8.6 受约束动态观察 图 8.7 自由动态观察8.2.3 使用相机1) 创建相机相机是 AutoCAD 2007

9、引入的一个新对象,利用相机,用户可以自行定义 3D 透视图。选择命令 CAMERA,可以在视图中创建相机,当指定相机位置和目标位置后,系统提示如下。输入选项 ?/名称(N)/ 位置(LO)/ 高度(H)/ 目标(T)/ 镜头(LE)/剪裁(C)/视图(V)/退出(X) : 选择选项可指定相机名称、相机位置、相机高度、目标位置、镜头长度、剪裁方式以及是否切换到相机视图。(1) 镜头长度定义相机镜头的比例特性。镜头长度( 即焦距)越大,视野越窄。(2) 剪裁方式是指可以通过定位前向剪裁和后向剪裁平面来创建图形的剖面视图。2) 相机特性编辑相机创建后,单击相机,将打开“相机预览”窗口,有多种方法可以

10、改变相机设置,对相机特性进行编辑。(1) 利用夹点可以调整相机焦距或视野的大小,对相机重新定位。(2) 使用动态输入,在“动态输入 ”界面的工具栏提示下,输入 X、 Y、 Z 坐标值,可调整相机位置、目标位置及焦距大小。(3) 可以使用特性选项板,在“相机特性”选项板中修改相机特性。(4) 选择菜单“视图”|“相机”|“调整视距”命令,垂直拖动光标向上或向下,可以使相机靠近或远离对象,从而使对象显示变大或变小。(5) 选择菜单“视图”|“相机”|“回旋”命令,可在拖动方向上模拟相机平移,使目标位置更改。回旋方向为沿 XY 平面或 Z 轴移动。3) 运动路径动画选择菜单“视图”|“运动路径动画

11、”命令( ANIPATH),可以创建相机沿路径运动,观察图形的动画。执行 ANIPATH 命令,将打开“运动路径动画”对话框,如图 8.9 所示。对话框有 3 个区域。(1)“相机”区域:设置相机在图形中的位置或运动路径。(2)“目标”区域:设置目标的位置或运动路径。(3)“动画设置”区域:设置动画的帧率、帧数、持续时间、分辨率和动画输出格式等。图 8.9 “运动路径动画”对话框8.2.4 漫游与飞行1) 命令菜单栏:“视图”|“漫游和飞行 ”| 级联子菜单命令命令行:3DWALK/3DFLY 或 WALKFLYSETTINGS2) 功能在 AutoCAD 2007 中,用户可以模拟在三维图形

12、中漫游和飞行。3) 分析(1) 执行 3DWALK/3DFLY 命令,将打开“三维漫游导航映射”对话框和“定位器”选项板,如图 8.12 所示。“三维漫游导航映射”对话框显示了用于导航的快捷键及其对应的功能。在“定位器”选项板的“预览”窗口中,可对位置指示器和目标指示器的位置进行编辑和修改,在“基本”选项组中,可对其特性进行设置。漫游模型时,用户是沿 XY 平面移动的。飞越模型时,用户将不受 XY 平面的约束,所以,看起来像“飞”过模型中的区域。(2) 执行 WALKFLYSETTINGS 命令,将打开“漫游和飞行设置”对话框。在该对话框中,可 设 置 指 令 窗 口 显 示 的 时 机 ,

13、窗 口 显 示 的 时 间 , 漫 游 飞 行 的 步 长 和 每 秒 步 数 , 如 图8.13 所 示。图 8.12 “三维漫游导航映射”对话框和“定位器”选项板 图 8.13 “漫游和飞行设置”对话框8.3 三维图形的视觉样式8.3.1 三维图形的消隐1) 命令菜单栏:“视图”|“消隐”命令行:HIDE2) 功能用于隐藏三维表面或实体中被遮盖的线条。消隐前后的效果如图 8.14 所示。图 8.14 消隐前后的效果3) 说明执行 HIDE 命令后,系统将自动对当前视口中的所有对象进行消隐,图形越复杂,消隐所需的时间越长。消隐后,用户暂时不能执行实时“缩放”和“平移”命令,需重新生成图形。8

14、.3.2 三维图形的精度显示1) 实体表面的平滑度系统变量 FACETRES 可以控制实体表面的平滑度,其取值范围是 0.0110,默认值为 0.5。数值越大,曲面越平滑,同时生成图形的时间也越长。2) 三维图形的曲面轮廓素线系统变量 ISOLINES 可以控制实体表面的轮廓素线,其取值范围是 02047,默认值为 4,取值越大,实体形状效果越好,立体性越强,同时生成图形的时间也越长。8.3.3 使用视觉样式1) 命令菜单栏:“视图”|“视觉样式 ”|级联子菜单选项命令行:SHADEMODE2) 功能用于控制视口中对象的边和着色的显示。3) 说明AutoCAD 2007 提供了 5 种视觉样式

15、。用户选定了一种视觉样式后,就可在视口中观察其效果。如图 8.15 所示,为使用“概念”视觉样式的效果。图 8.15 使用“概念”视觉样式的效果8.3.4 视觉样式设置1) 命令菜单栏:“视图”|“视觉样式 ”|“视觉样式管理器”命令行:VISUALSTYLES2) 功能用于创建和修改视觉样式,并将视觉样式应用到视口中。3) 分析执行 VISUALSTYLES 命令,将打开“视觉样式管理器”选项板。在此选项板中,可对视觉样式进行管理,如图 8.16 所示。在“图形中的可用视觉样式”列表框中,显示了系统默认的 5 种视觉样式。选定某一样式后,单击“将选定的视觉样式应用于当前视口”按钮 ,即可将该

16、样式应用到当前视口中。在参数设置区域中,用户可设置选定样式的面、材料和颜色、环境、边等相关信息。用户还可创建新的视觉样式,并设置相关参数。图 8.16 “视觉样式管理器”选项板8.4 三维线框模型线框模型描述三维对象的框架,是三维模型中最简单的一种模型。线框模型中,没有面、体的特征,它是由描述对象边界的点、直线和曲线组成的。线框模型显示的速度快,但不能进行消隐等操作。点、直线、样条曲线和三维多段线都可创建线框模型。8.4.1 创建三维坐标点三维点的位置是用三维坐标来表示的,三维坐标是在二维坐标的基础上增加 Z 轴坐标构成的。二维坐标的表达方法,三维坐标都能适用。此外,AutoCAD 还提供了三

17、维柱坐标和三维球坐标。1) 三维柱坐标柱坐标的 3 个要素是:该点在 XY 平面上的距离、在 XY 平面上的角度和该点的 Z 坐标,如图 8.17 所示,其格式如下。绝对坐标:XY 平面距离XY 平面角度,Z 坐标。相对坐标: XY 平面距离XY 平面角度,Z 坐标。2) 三维球坐标球坐标的 3 个要素是:该点到坐标原点的距离、在 XY 平面上的角度和与 XY 平面的夹角,如图 8.18 所示,其格式如下。绝对坐标:XYZ 距离XY 平面角度XY 平面夹角。相对坐标: XYZ 距离XY 平面角度XY 平面夹角。图 8.17 柱坐标系 图 8.18 球坐标系8.4.2 绘制三维直线和样条曲线两点

18、确定一条直线。在三维空间中,指定两点的三维坐标,连接这两点的直线即为3D 直线。同理,在三维空间中,定义若干不共面的点,使用“样条曲线”命令,可以绘制复杂的 3D 样条曲线。8.4.3 绘制三维多段线1) 命令菜单栏:“绘图”|“三维多段线 ”命令行:3DPLOY2) 功能用于在三维空间中创建多段线。3) 分析三维多段线的绘制方法与二维多段线的类似,但在其使用过程中不能设置线宽,也不能绘制弧线。4) 提示三维多段线绘制好后,可以使用 PEDIT 命令对三维多段线进行编辑。图 8.19 所示为三维多段线和拟合后的空间样条曲线。图 8.19 三维多段线和拟合后的空间样条曲线8.4.4 绘制三维螺旋线1) 命令菜单栏:“绘图”|“螺旋”

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