1、第10章 三维绘图,利用AutoCAD不仅能够绘制平面图形，还可以绘制立体图形，如产品的造型图、建筑效果图等。在AutoCAD中，学好三维绘图的关键主要有三点：首先，用户必须树立良好的空间观念，即能够想像；其次，用户必须熟悉与三维绘图相关的一些基本概念和基本操作，如在三维空间拾取点的方法，以及在三维空间拾取点与在二维空间拾取点的异同，三维视图的调整方法，以及各种三维视图的意义；最后，用户还必须熟悉用于绘制和编辑三维图形的各种命令。,教学目标,通过本章的学习，读者应了解并掌握线宽、曲面和实体模型的特点和绘制方法、平面视图和三维视图效果，掌握观察三维图形的方法，变换坐标系的方法，以及在三维空间拾取
2、点的方法。,教学重点与难点,熟悉平面视图与三维视图的转换。熟悉使用消隐或调整视觉样式来观察三维图形的方法。掌握怎样调整三维视图与设置合适的视觉样式。 掌握使用动态观察交互查看三维对象。 重点掌握变换坐标系的方法和在三维空间拾取点的方法。,本章学习要点,三维模型的特点 三维绘图基础 创建实体 编辑实体 三维对象的渲染,10.1 三维模型的特点,在AutoCAD中，用户可以创建线框模型、曲面模型和实体模型3种类型的三维模型。下面首先简要介绍一下这3种模型的特点。,线框模型没有面、体特征，它仅是三维对象的轮廓，由点、直线、曲线等对象组成。创建对象的三维线框模型，实际上是在空间中通过指定各点的三维坐标
3、来绘制各种边线。,1. 线框模型,2. 曲面模型,顾名思义，曲面模型只有面信息，而没有体信息。在AutoCAD中，我们可以通过拉伸或旋转平面对象创建曲面模型，可以通过拉伸其夹点改变曲面形状。,实体模型具有线、面、体等特征，可进行消隐、渲染等操作，包含体积、质心、转动惯量等质量特性。用户能直接创建长方体、球体、锥体等基本立体，还可通过旋转、拉伸二维对象形成三维实体。各实体对象间可以执行各种运算操作，从而创建各种复杂的实体对象。,3. 实体模型,10.2 三维绘图基础,在AutoCAD中，掌握观察三维图形的方法、灵活建立和使用三维坐标系、准确地在三维空间拾取点是绘制三维绘图的关键。本节就对它们进行
4、详细介绍。,在AutoCAD中，从不同角度观察三维对象时，都可以得到不同的观察效果，因此，要想绘制好三维图形，必须首先学会观察三维视图。,10.2.1 平面视图与三维视图,例如，如果在平面坐标系中绘制球体，此时Z轴垂直于屏幕，视点位于屏幕正前方，此时仅能看到球体在XY平面上的投影，如左图所示。如果选择【视图】【三维视图】【西南等轴测】菜单，调整视点至当前坐标平面的西南方，这时将看到一个三维球体，如右图所示。,球体在平面视图和三维视图中显示的效果,10.2.2 图形消隐与视觉样式,1消隐图形,在绘制三维实体时，为了更好地观察效果，可执行HIDE命令暂时隐藏位于实体背后而被遮挡的部分，如图10-4
5、所示。要执行HIDE命令，可选择【视图】【消隐】菜单，单击“渲染”工具栏中的“隐藏”工具，或直接在命令行中输入HI。,2视觉样式,视觉样式是一组设置，用来控制视口中边和着色的显示。要选择视觉样式，可选择【视图】【视觉样式】菜单中的各菜单项，如右图所示,各种视觉样式的特点如下，其效果如下图所示。,三维线框：用直线和曲线表示对象边界，反白显示,三维隐藏：以三维线框方式显示对象并消隐图形,真实：着色多边形平面间对象，并使对象的边平滑化。此时显示已附着到对象的材质。,概念：着色多边形平面间对象，并使对象的边平滑化。着色时使用金属质感样式，一种冷色和暖色之间的过渡。,二维线框：默认的对象显示方式，用直线
6、和曲线表示对象边界，此时光栅、OLE对象、线型和线宽均可见。,10.2.3 与三维视图显示相关的变量,1改变三维图形的曲面轮廓素线,当实体中包含弯曲面时（如球体和圆柱体等），则曲面在线框模式下用线条的形式来显示，这些线条称为素线。使用ISOLINES系统变量可以设置显示曲面所用的素线条数，如下图所示。,ISOLINES=4,ISOLINES=32,2以线框形式显示实体轮廓,使用DISPSILH系统变量可以以线框形式显示实体轮廓。此时需要将其值设置为1，并用HIDE或SHADEMODE命令将曲面的小平面隐藏，或者选择【视图】【视觉样式】【三维隐藏】菜单，来显示实体轮廓 。,DISPSILH=0,
7、DISPSILH=1,3改变实体表面的平滑度,在执行HIDE、SHADEMODE或RENDER命令时，可通过修改FACETRES系统变量值来改变实体表面的平滑度。该变量用于设置曲面的面数，取值范围为0.0110，默认值为0.5。其中，值越大时，实体表面越平滑 。,FACETRES=0.5,FACETRES=10,10.2.4 使用动态观察交互查看三维对象,选择【视图】【动态观察器】菜单中的各子菜单项，可通过模拟相机（视点）移动，在三维空间动态观察对象。,在三维空间动态观察对象,受约束的动态观察：系统将显示三维动态观察光标图标。此时将沿XY平面或Z轴约束三维动态观察。如果水平拖动光标，相机将平行
8、于XY平面移动。如果垂直拖动光标，相机将沿Z轴移动,自由动态观察：不参照平面，在任意方向上进行动态观察。通过将光标移至不同位置，可将相机绕目标点（视口中心）上下、左右或其他方向旋转,连续动态观察：连续地进行动态观察。可以在绘图区域中单击并沿任意方向拖动鼠标。释放鼠标按钮后，开始动画演示。再次单击鼠标，可结束动画演示,10.2.5 变换坐标系的方法,【上一个】：返回到上一个坐标系。 【面】：根据实体面调整UCS。,绘制三维图形时，需要经常变换坐标系。要变换坐标系，可选择【工具】【新建UCS】菜单中的各子菜单项，这些子菜单项的意义如下。,【视图】：可以设置当前的UCS平行于当前视图，原点不变。,【
9、Z轴矢量】：可以通过定义Z轴的正向来设置当前XY平面。 【三点】：可以通过在三维空间的任意位置指定3点来定义坐标系，其中第一点定义了坐标系原点，第二点定义了X轴正向，第三点定义了Y轴正向。,此外，在AutoCAD 2008中还可以利用动态 UCS，临时将UCS的XY平面与三维实体的平面对齐。这样，用户便无需手动更改UCS方向了。单击“状态栏”中的工具，可启动动态UCS功能。,1.新建一个图形文件，选择【视图】【三维视图】【西南等轴测】菜单，调整三维视图。打开“建模”工具栏，单击“楔体”工具，依次指定楔体底面对角点和楔体的高度，绘制一个锲体,2.选择【视图】【动态观察】【受约束的动态观察】菜单，
10、适当调整视图显示,3.单击“建模”工具栏中的“圆柱体”工具，将光标移至锲体的斜面，待该斜面边线显示为虚线后，继续移动光标，然后单击确定圆柱底面圆心，继续移动光标并单击，确定圆柱体的半径和高度,10.2.6 在三维视图中拾取点的方法,键入Z值：当用户通过给定X、Y坐标值来指定点时，AutoCAD自动用当前高度值（默认为0）作为点的Z坐标值。因此，在三维空间定位点的简单方法就是，在指定点的X、Y坐标的同时指定点的Z坐标值。 使用对象捕捉：使用对象捕捉来拾取点时，无论当前高度设置为多少，AutoCAD将使用选择点的X、Y、Z坐标值。,如前所述，在AutoCAD中通常不能依赖观察来确定三维空间中的点，
11、而只能通过键入点的Z坐标值或使用对象捕捉等方法来定位点，其特点如下：,10.3 创建实体,在AutoCAD中，除了可以直接使用系统提供的命令创建多段体、长方体、球体等基本实体外，还可通过拉伸、旋转二维对象创建一些复杂实体。要创建实体，可选择【绘图】【建模】菜单中的相关菜单项，或单击“建模”工具栏中工具。,创建实体的菜单项和工具栏,1绘制多段体,10.3.1 创建基本实体,在AutoCAD中，可以方便地绘制出一些基本实体模型，如多段体、长方体、球体、圆柱体、圆锥体、楔体、圆环体、棱锥面、螺旋以及平面曲面。,多段体类似我们生活中的屏风，它始终具有矩形截面轮廓。,多段体,2绘制长方体,使用BOX命令
12、可以绘制长方体或立方体。执行BOX命令后，当指定长方体的角点或中心点之后，在命令行输入C并按【Enter】键，然后指定长度，可绘制立方体。,绘制长方体,通过指定长方体底面对角点绘制长方体,通过指定长方体中心点和底面一个角点绘制长方体,通过指定长方体的长、宽和高绘制长方体,3绘制球体,使用SPHERE命令可以绘制球体。执行SPHERE命令后，只需指定球体球心坐标和球体半径或直径即可。,4绘制圆柱体,使用CYLINDER命令可以绘制圆柱体。执行 CYLINDER 命令后，需要指定圆柱体底面的中心点、底面半径及其高度。此外，使用该命令还可以绘制椭圆柱体 。,5绘制圆锥体,使用CONE命令可以绘制圆锥
13、或椭圆锥。执行CONE命令后，需要指定圆锥体底面的中心点、底面半径及圆锥高度。,同样，我们还可以利用夹点功能改变圆锥体的各项参数，例如，选中该图中红色夹点，沿其所指方向拖动即可改变圆锥体顶面半径，从而创建圆台。,6绘制楔体,使用CONE命令可以绘制圆锥或椭圆锥。执行CONE命令后，需要指定圆锥体底面的中心点、底面半径及圆锥高度。,通过指定楔体底面对角点绘制楔体,通过指定楔体中心和底面一个角点绘制楔体,通过指定楔体的长、宽和高绘制楔体,绘制楔体,7绘制圆环体,使用TORUS命令可以绘制圆环体。如右图所示。,8绘制棱锥体,使用PYRAMID命令可以绘制棱锥体。执行PYRAMID命令后，需要指定棱锥
14、体底面中心位置和棱锥体底面半径。此外，执行命令时也可以输入332之间的数绘制多面棱锥体 。,9绘制螺旋,使用HELIX命令可以绘制螺旋，利用螺旋可以创建弹簧或螺钉。执行HELIX命令后，需要指定螺旋底面中心位置、底面半径、顶面半径、螺旋高度、螺旋圈数或圈高。,10绘制平面曲面,使用PLANESURF命令可以绘制平面曲面。执行PLANESURF命令后，需要指定平面曲面的两个角点。此外，也可以利用现有对象创建各种平面曲面。,10.3.2 通过拉伸创建实体或曲面,使用EXTRUDE命令可以将二维对象沿Z轴或某个方向矢量拉伸成实体或曲面。要启动EXTRUDE命令，可选择【绘图】【建模】【拉伸】菜单，单
15、击“建模”工具栏中的“拉伸”工具，或直接在命令行中输入EXT。,拉伸单击“建模”工具栏中的“拉伸”工具，单击选择图形并按【Enter】键,指定拉伸高度为20，按【Enter】键确认。指定拉伸的倾斜角度为0并按【Enter】键,10.3.3 通过按住并拖动创建实体,使用PRESSPULL命令，可以通过拾取封闭区域，然后单击并拖动鼠标来创建实体。要启动PRESSPULL命令，可单击“建模”工具栏中的“按住并拖动”工具，直接在命令行中输入PRESSPULL，或按住【Ctrl+Alt】组合键。,执行拉伸操作时，如果封闭区域由多个对象组成，则拉伸时将生成一组曲面，而此命令仍将生成实体。 执行拉伸操作时必
16、须选中对象，而执行此命令时，只需将光标移至封闭区域（无论它是由一个还是多个对象组成），系统会自动分析边界。,该命令与拉伸类似，但又有所不同：,执行“按住并拖动”操作时，只需将光标移至封闭区域，系统会自动分析边界,执行拉伸操作时需选中对象,拉伸与PRESSPULL命令拉伸由多个对象组成的封闭区域的效果对比,执行拉伸操作时，原对象被删除，执行此命令时原对象被保留。 执行拉伸操作时，只能创建新实体。执行此命令时，如果生成的实体与另一个实体相交，则系统会自动执行布尔差集操作，即从已有实体中减去新生成的实体。,10.3.4 通过扫掠创建实体或曲面,使用SWEEP命令，可以通过沿开放或闭合的二维或三维路径
17、扫掠开放或闭合的平面曲线（轮廓）来创建新实体（扫掠封闭对象）或曲面（扫掠开放对象）。,要启动SWEEP命令，可选择【绘图】【建模】【扫掠】菜单，单击“建模”工具栏中的“扫掠”工具，或直接在命令行中输入SWEEP。,1.单击“建模”工具栏中的“扫掠”工具，选择封闭小圆并按【Enter】键,2.选择螺旋，按【Enter】键结束对象选择,3.输入N并按【Enter】键，以保留定义对象,10.3.5 通过旋转创建实体或曲面,使用REVOLVE命令，可以将二维对象绕某一轴旋转生成实体（对应封闭对象）或曲面（对应开放对象）。用于旋转的二维对象可以是直线、多段线、圆、椭圆、圆弧、样条曲线及面域等。但是，包含
18、在块中的对象、自相交的多段线不能被旋转。要启动REVOLVE命令，有如下3种方法：,选择【绘图】【建模】【旋转】菜单 单击“建模”工具栏中的“旋转”工具 直接在命令行中输入REV,1.单击“建模”工具栏中的“旋转”工具，选择封闭多段线并按【Enter】键,2.输入Y并按【Enter】键，指定旋转角度为360并按【Enter】键,10.3.6 通过放样创建实体或曲面,使用LOFT命令，可以通过对包含两条或两条以上横截面曲线的一组曲线进行放样来创建三维实体或曲面。要启动LOFT命令，可选择【绘图】【建模】【放样】菜单，单击“建模”工具栏中的“放样”工具，或直接在命令行中输入LOFT。,单击“建模”
19、工具栏中的“放样”工具，选择四个横截面并按【Enter】键,弹出的选项列表中单击“路径”，选择放样路径并按【Enter】键,10.4 编辑实体,在AutoCAD中，不仅可以通过布尔运算创建复杂实体，对实体进行修圆角与倒角，还可以利用SOLIDEDIT命令对实体的面进行编辑。,10.4.1 通过布尔运算创建复杂实体,在AutoCAD中，可以通过组合简单的实体来创建复杂实体，主要有并集、差集、交集、干涉检查四种方法。,1. 对对象求并集,使用UNION命令，可以通过组合多个实体生成一个新实体。该命令主要用于将多个相交或相接触的对象组合在一起。当组合一些不相交的实体时，其显示效果看起来还是多个实体，
20、但实际上却被当作一个对象。,选择【修改】【实体编辑】【并集】菜单 单击“实体编辑”工具栏中的“并集”工具 直接在命令行中输入UNI,要启动UNION命令，有如下3种方法：,待求并集的实体,求并集后的效果,2. 对对象求差集,使用SUBTRACT命令，可以通过从一个或多个实体中减去一个或多个实体而生成一个新的实体。要启动SUBTRACT命令，有如下3种方法：,选择【修改】【实体编辑】【差集】菜单 单击“实体编辑”工具栏中的“差集”工具 直接在命令行中输入SU,单击“实体编辑”工具栏中的“差集”工具，选择长方体和大圆柱体作为被减实体并按【Enter】键,选择小圆柱体作为减去的实体，按【Enter】
21、键确认,3.对对象求交集,使用INTERSECT命令，可以创建一个实体，该实体是两个或多个实体的公共部分。要启动INTERSECT命令，有如下3种方法：,选择【修改】【实体编辑】【交集】菜单 单击“实体编辑”工具栏中的“交集”工具 直接在命令行中输入IN,10.4.2 对实体修圆角与倒角,使用FILLET命令可为实体的棱边修圆角，使相邻面间通过生成的曲面圆滑过渡。在为几条交于同一个点的棱修圆角时，如果圆角半径相同，则会在该公共点上生成球面的一部分。,使用CHAMFER命令可为实体的棱边修倒角，该命令可应用于实体上的任何边，以在两相邻曲面间生成一个平坦的过渡面。,10.4.3 编辑实体的面、边与
22、体,在AutoCAD中，使用SOLIDEDIT命令，或选择【修改】【实体编辑】菜单中的相关菜单项，可以对实体面进行拉伸、移动、偏移、删除、着色和复制等操作，对实体边执行压印、着色和复制操作，对实体执行清除、分割、抽壳和检查操作。,选择【修改】【实体编辑】菜单中的相关菜单项，可以对实体边进行着色和复制。不过，对于没有边的三维实体（如球体），不能复制边。,1.实体边的着色和复制,选择【修改】【实体编辑】菜单中的相关菜单项，还可以对实体进行压印、清除、分割、抽壳和检查操作。,2.实体的压印、清除、分割、抽壳和检查,10.4.4 实体的其他编辑方法,在AutoCAD中，我们除了可以使用SOLIDEDI
23、T命令编辑实体、实体面和实体边以外，还可以使用系统提供的三维移动、三维阵列、三维镜像等命令来编辑实体。,1.三维移动,选择【修改】【三维操作】【三维移动】菜单，可以使用“移动夹点工具”，把对象方便准确地移动到指定位置。,移动夾点工具,2.三维旋转,选择“修改”“三维操作”“三维旋转”菜单，可以使对象绕三维空间中任意轴（X、Y或Z轴）、视图、对象或两点旋转。,3.三维对齐,选择【修改】【三维操作】【三维对齐】菜单，可以在三维空间中通过移动、旋转或倾斜对象来使该对象与另一个对象对齐。,对齐后效果,对齐对象时需为源对象指定一个、两个或三个点。 然后，可以为目标对象指定一个、两个或三个点。 将移动和旋
24、转选定的对象，使三维空间中的源和目标的基点、X 轴和 Y 轴对齐。,4.三维镜像,选择“修改”“三维操作”“三维镜像”菜单，可以以某一平面作为镜像平面镜像复制对象。其中，镜像平面可以通过对象、Z轴、视图、XY、YZ、ZX平面或指定三点来定义。,三维镜像效果,5.三维阵列,选择【修改】【三维操作】【三维阵列】菜单，可以在三维空间中通过矩形阵列或环形阵列复制对象。,三维阵列圆柱体,环形阵列复制圆柱体,6.剖切实体,使用SLICE命令，可以用某一切割面来剖切实体。其中，切割面可以通过三点定义，或是平行于XY、YZ、ZX的平面，或者某个对象。被剖切的实体可以保留其中某一部分。,要启动SLICE命令，有
25、如下2种方法：,选择【修改】【三维操作】【剖切】菜单 直接在命令行中输入SL,10.5 三维对象的渲染,在AutoCAD中，要执行渲染操作，可选择【视图】【渲染】菜单中的各子菜单项，或通过 “渲染”工具栏中的各个工具。,10.5.1 设置光源,在AutoCAD中，正确的光源设置对于着色三维模型和创建渲染非常重要。AutoCAD为用户提供了默认光源、自定义光源、阳光等几类光源，这些光源的特点如下。,1.默认光源,默认情况下，AutoCAD为视口提供了一个默认光源，又称环境光。使用默认光源时，模型中所有的面均被照亮。默认情况下，默认光源是打开的，但是一旦创建了自定义光源，系统会自动关闭默认光源。,
26、自定义光源,阳光,阳光是一种类似于平行光的特殊光源。 用户为模型指定的地理位置以及指定的日期和当日时间定义了阳光的角度。可以更改阳光的强度和太阳光源的颜色。默认情况下，太阳光源是关闭的。通过选择【视图】【渲染】【光源】【阳光特性】菜单，可打开“阳光特性”选项板对其进行设置。,通过为场景设置自定义光源，可改善场景的渲染效果，从而使物体看起来更加真实。要新建自定义光源，可选择【视图】【渲染】【光源】菜单中的相关子菜单项。,10.5.2 设置渲染环境和材质,通过选择【视图】【渲染】【渲染环境】菜单或直接执行RENDERENVIRONMENT命令，可以在渲染时为图像增加雾化效果。执行此命令时，系统将打开“渲染环境”对话框。,渲染对象时，我们还可以通过为对象赋予材质来改善渲染效果。为方便用户，AutoCAD提供了一些预先定义的材质库，它们都位于工具选项板中。,10.5.3 渲染视图,要渲染视图，方法很简单，选择【视图】【渲染】【渲染】菜单就可以了。执行该操作后，系统将自动打开“渲染”窗口。另外，在“渲染”窗口中选择【文件】【保存】菜单，可将渲染结果保存起来。,渲染窗口,10.6 上机实践绘制底座并标注尺寸,通过前面的学习，我们对绘制三维图形的关键知识已有了一些了解，下面就来通过绘制底座模型，来帮助读者进一步理解和巩固所学知识。,
