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第 7 章绘制三维图形
随着 CAD 技术的普及,越来越多的 CAD 用户已不满足于使用计算机进行传统的二
维绘图设计。虽然二维 CAD 技术能够提高绘图效率,但仍然像传统手工绘图那样用投影
图来描述对象。二维投影图实际是立体形状的间接表达。在图形的交流和生产实践中,人
们需要根据投影图想象其所表示的立体形状。而有些立体形状(如高档汽车的流线型外壳
等)则很难以二维投影图的方式表示。
计算机的三维造型技术不仅可以使人们在计算机提供的模拟三维空间中,直接创建立
体模型,而且还具有二维绘图无可比拟的优点。所谓三维造型技术,是指用计算机绘制三
维图形的技术。根据其造型方法及在计算机中的存储方式,由三维造型得到的模型分为三
种类型:线框模型、表面模型和实体模型。本节将详细介绍创建线框模型和表面模型的操
作方法,以及在 AutoCAD 中编辑三维图形的技巧。
三维绘图基础
三维坐标系
预
备
二维绘图的创建基本三维面
知绘制三维图形
识
基础操作
创建特殊曲面
编辑表面模型
本章学习目标:
了解三维绘图的相关术语
设置和管理三维坐标系
绘制基本的三维面
绘制特殊的三维面
编辑三维对象
三维绘图基础
在绘制三维图形时,用户首先需要了解几个非常重要的概念,如视点、三维坐标系、
三维坐标等。其次,还应了解一些三维绘图的基本知识,如设置视点、调整三维视图等。
同时,用户在创建三维模型前,还应该了解下面的一些术语,如图 7-1 所示。
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视点
视线
厚度
高度和XY 平面的夹角
XY 平面角度
图7-1 三维绘图术语
视点:视点是指用户观察图形的方向。假定用户绘制一个正方体,如果用户当前
位于平面坐标系,即 Z 轴垂直于屏幕,则此时仅能看到正方体在 XY 平面上的
投影。如果调整视点至当前坐标系的左上方,则可以看到一个立体的正方体,如
图 7-2 所示。实际上,视点和用户绘制的图形对象之间没有任何关系,即使用户
绘制的是一幅平面图形,用户也可以进行视点设置,但这样做没有任何意义。
图7-2 视点改变效果
XY 平面:它是一个平滑的二维面,仅包含 X 轴和 Y 轴,即 z 坐标为 0。
Z 轴:Z 轴是三维坐标系中的第三轴,它总是垂直于 XY 平面。
平面视图:当视线与 Z 轴平行时,用户看到的 XY 平面上的视图即为平面视图。
高度:高度为 z 坐标值。
厚度:对象的厚度指对象沿 Z 轴测得的长度。
相机位置:如果用照相机比喻,观察者通过照相机观察三维模型,照相机的位置
相当于视点。
目标点:用户通过照相机看某物体,聚集到一个清晰点上,该点就是目标点。在
AutoCAD 中,坐标系原点即为目标点。
视线:这是假想的线,它把相机位置与目标点连接起来。
和 XY 平面的夹角:即视线与其在 XY 平面的投影线之间的夹角。
XY 平面角度:即视线在 XY 平面的投影线与 X 轴之间的夹角。
三维造型分类
在 AutoCAD 中,可以利用 3 种方法创建三维图形,即线框模型方式、表面模型方式
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和实体模型方式。
线框模型是三维对象的轮廓描述,由描述对象的线段和曲线组成,如图 7-3 所示。
图7-3 线框模型示例
线框模型结构简单,但构成模型的各条线需要分别来绘制。此外,线框模型没有面和
体的特征,即不能对其进行面积、体积、重心、转动惯量、惯性矩等的计算,也不能进行
消隐、渲染等操作。
表面模型用面描述三维对象,它不仅定义了三维对象的边界,而且还定义了表面,即
具有面的特征。图 7-4 给出了表面模型的几个示例。
图7-4 表面模型示例
AutoCAD 的表面模型用多边形网格定义表面中的各个小平面,这些小平面组合起来
即可近似构成曲面。很显然,多边形网格越密,曲面的光滑程度越高。
用户可以直接编辑构成表面模型的各多边形网格。由于表面模型具有面的特征,因此
可以对它进行计算面积、消隐、着色、渲染、求两表面交线等操作。表面模型适合于构造
复杂曲面,如模具、发动机叶片、汽车、飞机等复杂零件的表面,以及地形、地貌、矿产
资源、自然景物模拟、计算结果显示等。
实体