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(共113张PPT)
模块9　三维图形的绘制与编辑
9.1.1　三维几何模型的分类
1.线框模型
线框模型是一种轮廓模型，它用线（3D空间的直线及曲线）来表达三维实体。由于不包含面及体的信息，不能使该模型消隐或着色，如图9-1　线框模型
9.1　三维几何模型的分类与用户坐标系的建立
图9-1　线框模型
9.1.1　三维几何模型的分类
9.1　三维几何模型的分类与用户坐标系的建立
9.1.1　三维几何模型的分类
2.表面模型
表面模型是用物体的表面表示物体。表面模型具有面及三维实体边界信息，表面不透明，能遮挡光线，可以进行渲染及消隐。图9-2所示为两个表面模型的消隐效果，前面的薄片圆筒遮住了后面长方体的一部分。
9.1　三维几何模型的分类与用户坐标系的建立
图9-2　表面模型
9.1.1　三维几何模型的分类
9.1　三维几何模型的分类与用户坐标系的建立
9.1.1　三维几何模型的分类
3.实体模型
实体模型包括了线、面和体的全部信息，如图9-3所示。
9.1　三维几何模型的分类与用户坐标系的建立
图9-3　实体模型
9.1.1　三维几何模型的分类
这也是利用AutoCAD 2012绘制复杂实体图的主要方法。通过比较这三种三维几何模型，可以发现实体模型不仅具有较好的立体感，而且其信息最完整，如图9-4所示。
9.1　三维几何模型的分类与用户坐标系的建立
图9-4　三种几何模型的比较
9.1.1　三维几何模型的分类
9.1　三维几何模型的分类与用户坐标系的建立
9.1.2　用户坐标系的建立
绘制三维图形时建立用户坐标系，还有以下原因：
（1）绝大多数二维绘图命令仅在与XY面平行的面内有效（也有少数命令不受此限制，如终点捕捉、端点捕捉、延长和延伸命令等）。
（2）便于将尺寸转换为坐标值。例如，建立图9-6所示的用户坐标系以后，矩形EFGH的边长就是G点的坐标值。
9.1　三维几何模型的分类与用户坐标系的建立
图9-5　用户坐标系
9.1　三维几何模型的分类与用户坐标系的建立
9.1.2　用户坐标系的建立
图9-6　将尺寸转换为坐标值
9.1　三维几何模型的分类与用户坐标系的建立
9.1.2　用户坐标系的建立
9.1.2　用户坐标系的建立
建立用户坐标系的原理和作用与数学中的坐标变换相同。下面通过3个示例来介绍建立用户坐标系的方法。
【例9-1】　在BCGF面内画圆，如图9-7所示。
【例9-2】　在图9-7所示的EFGH面内画正六边形，效果如图9-8所示。
【例9-3】　在图9-7所示的四边形ABFE面内画一个矩形，最终效果如图9-9所示。
9.1　三维几何模型的分类与用户坐标系的建立
图9-7　建立用户坐标系示例1
9.1　三维几何模型的分类与用户坐标系的建立
9.1.2　用户坐标系的建立
9.2.1　三维视图的显示方法
在绘制三维图形时，由于观察和绘图的需要，必须经常变换方位 ， 为此AutoCAD 2012设置了各种视图显示方法。图9-10所示为隧道改变观察方向前后的效果。
9.2　三维视图的显示
图9-10　隧道改变观察方向前后的效果
9.2.1　三维视图的显示方法
9.2　三维视图的显示
9.2.1　三维视图的显示方法
在已打开的工具栏上右击，在弹出的快捷菜单中选择“视图”命令， 弹出“视图”工具栏， 该工具栏提供了上述10种显示方式，如图9-11所示。
9.2　三维视图的显示
图9-11　“视图”工具栏
9.2.1　三维视图的显示方法
9.2　三维视图的显示
用户也可通过选择“视图”→“三维视图”命令下的子命令来获得所需的显示方式，如图9-12 所示。
图9-12　“三维视图”子菜单
9.2.2　与三维视图显示相关的变量
9.2　三维视图的显示
1.改变三维图形的曲面轮廓素线
当实体（如球体和圆柱体等）中包含弯曲面时，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。
该值为零时，表示曲面没有素线。若增加素线的条数，则会使图形看起来更接近三维实物，如图9-13所示。
9.2.2　与三维视图显示相关的变量
9.2　三维视图的显示
图9-13　不同ISOLINES值对实体显示的影响
9.2.2　与三维视图显示相关的变量
9.2　三维视图的显示
2.以线框形式显示实体轮廓
使用系统变量DISPSILH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“消隐”命令或“视觉样式”命令将曲面的小平面隐藏。不同DISPSILH值对实体轮廓显示的影响如图9-14所示。
9.2.2　与三维视图显示相关的变量
9.2　三维视图的显示
图9-14　不同DISPSILH值对实体轮廓显示的影响
9.2.2　与三维视图显示相关的变量
9.2　三维视图的显示
3.改变实体表面的平滑度
在执行“消隐”“视觉样式”或“渲染”命令时，可通过修改系统变量FACETRES的值改变实体表面的平滑度。不同FACETRES值对实体表面平滑度的影响如图9-15所示。
9.2.2　与三维视图显示相关的变量
9.2　三维视图的显示
图9-15　不同FACETRES值对实体表面平滑度的影响
9.3.1　面域
9.3　面域与布尔运算
启用“面域”命令有以下3种方法：
（1）执行“绘图”→“面域”命令。
（2）单击“绘图”工具栏中的“面域”按钮。
（3）输入命令REG（region），并按Enter键。
9.3.2　布尔运算
9.3　面域与布尔运算
通过编辑面域可以创建边界复杂的图形。在AutoCAD 2012中可对面域进行布尔运算 ， 即“并集”“差集” “交集”3种布尔运算，其效果如图9-16所示。
9.3.2　布尔运算
9.3　面域与布尔运算
图9-16　“面域”布尔运算
9.4.1　绘制多段体
9.4　三维实体的绘制
像绘制连续折线或画多段线一样创建出来的实体称为多段体。多段体看起来是由矩形薄板组成的，板的高度和厚度可以设定。多段体示例如图9-18所示。
9.4.1　绘制多段体
9.4　三维实体的绘制
图9-18　多段体示例
9.4.2　绘制长方体
9.4　三维实体的绘制
长方体是基本的实体模型之一，其应用非常广泛。使用 “长方体” 命令可以绘制长方体或立方体。 执行“绘图”→“建模”→“长方体”命令，或单击“建模”工具栏中的“长方体”按钮，按尺寸要求绘制长方体，其示例如图9-19所示。
9.4　三维实体的绘制
图9-19　长方体示例
9.4.2　绘制长方体
9.4.3　绘制楔形体
9.4　三维实体的绘制
执行“绘图”→“建模”→“楔体”命令，或单击“建模”工具栏中的“楔体”按钮，按尺寸要求绘制楔形体，其示例如图9-20所示。
图9-20　楔形体示例
9.4.4　绘制圆锥体
9.4　三维实体的绘制
执行“绘图”→“建模”→“圆锥体”命令，或单击“建模”工具栏中的“圆锥体”按钮，按尺寸要求绘制圆锥体，其示例如图9-21所示。
图9-21　圆锥体示例
9.4.5　绘制球体
9.4　三维实体的绘制
执行“绘图”→“建模”→“球体”命令，或单击“建模”工具栏中的“球体”按钮，按尺寸要求绘制球体，如图9-22（a）所示。图9-22（b）所示为球体的二维线框显示。
图9-22　球体示例
9.4.6　绘制圆柱体
9.4　三维实体的绘制
执行“绘图”→“建模”→“圆柱体”命令，或单击“建模”工具栏中的“圆柱体”按钮，按尺寸要求绘制圆柱体，如图9-23（a）所示。图9-23（b）所示为圆柱体的二维线框显示。
图9-23　圆柱体示例
9.4.7　绘制圆环体
9.4　三维实体的绘制
执行“绘图”→“建模”→“圆环体”命令，或单击“建模”工具栏中的“圆环体”按钮，按尺寸要求绘制圆环体，如图9-24（a）所示。图9-24（b）所示为圆环体的二维线框显示。
图9-24　圆环体示例
9.4.8　绘制棱锥体
9.4　三维实体的绘制
执行“绘图”→“建模”→“棱锥体”命令，或单击“建模”工具栏中的“棱锥体”按钮，按尺寸要求绘制棱锥体，如图9-25（a）所示。图9-25（b）所示为棱锥体的二维线框显示。
图9-25　棱锥体示例
9.4.9　绘制螺旋
9.4　三维实体的绘制
执行“绘图”→“螺旋”命令，或单击“建模”工具栏中的“螺旋”按钮，按尺寸要求绘制螺旋，其示例如图9-26所示。
图9-26　螺旋示例
9.5.1　通过布尔运算创建复杂实体
9.5　三维实体的编辑
执行“修改”→“实体编辑”→“并集”命令或单击“实体编辑”工具栏中的“并集”按钮，可进行并集操作。在使用该命令时，只需要依次选择待合并的对象即可，如图9-28（a）、图9-28（b）所示。
9.5.1　通过布尔运算创建复杂实体
9.5　三维实体的编辑
图9-28　用布尔运算创建复杂实体模型的示例
9.5.2　剖切实体
9.5　三维实体的编辑
执行“修改”→“三维操作”→“剖切”命令或单击“实体编辑”工具栏中的“剖切”按钮，即可进行剖切实体的操作，其示例如图9-29所示。
9.5.2　剖切实体
9.5　三维实体的编辑
图9-29　剖切实体示例
9.5.3　三维倒角
9.5　三维实体的编辑
执行“修改”→“倒角”命令或单击“修改”工具栏中的“倒角”按钮，即可进行三维倒角操作，其示例如图9-30所示。
9.5　三维实体的编辑
图9-30　三维倒角示例
9.5.3　三维倒角
9.5.4　三维倒圆角
9.5　三维实体的编辑
执行“修改”→“圆角”命令或单击“修改”工具栏中的“圆角”按钮，即可进行三维倒圆角操作，其示例如图9-31所示。
9.5.4　三维倒圆角
9.5　三维实体的编辑
图9-31　三维倒圆角示例
9.5.5　三维阵列
9.5　三维实体的编辑
执行“修改”→“三维操作”→“三维阵列”命令，即可进行三维阵列操作，其示例如图9-32所示。
图9-32　三维阵列示例
9.5.6　三维镜像
9.5　三维实体的编辑
执行“修改”→“三维操作”→“三维镜像”命令，即可进行三维镜像操作，其示例如图9-33所示。
图9-33　三维镜像示例
9.5.7　三维旋转
9.5　三维实体的编辑
执行“修改”→“三维操作”→“三维旋转”命令或单击“建模”工具栏中的“三维旋转”按钮，即可进行三维旋转操作，其示例如图9-34所示。
图9-34　三维旋转示例
9.5.8　三维移动
9.5　三维实体的编辑
执行“修改”→“三维操作”→“三维移动”命令或单击“建模”工具栏中的“三维移动”按钮，即可进行三维移动操作，其示例如图9-35所示。
图9-35　三维移动示例
9.5.9　抽壳
9.5　三维实体的编辑
执行“修改”→“实体编辑”→“抽壳”命令或单击“实体编辑”工具栏中的“抽壳”按钮，即可进行抽壳操作，其示例如图9-36所示。
图9-36　抽壳示例
9.5.10　面的编辑
9.5　三维实体的编辑
1.移动面
执行“修改”→“实体编辑”→“移动面”命令或单击“实体编辑”工具栏中的“移动面”按钮，即可进行移动面操作。用“移动面”命令，将实体的顶面A向上移动，并把孔B移动到新的位置，如图9-37所示。
9.5.10　面的编辑
9.5　三维实体的编辑
图9-37　移动面示例
9.5.10　面的编辑
9.5　三维实体的编辑
2.偏移面
执行“修改”→“实体编辑”→“偏移面”命令或单击“实体编辑”工具栏中的“偏移面”按钮，即可进行偏移面操作。例如，使用“偏移面”命令把顶面A向下偏移，再将孔B的表面向外偏移，如图9-38所示。
9.5.10　面的编辑
9.5　三维实体的编辑
图9-38　偏移面示例
9.5.10　面的编辑
9.5　三维实体的编辑
3.删除面和复制面
（1）删除面。使用“删除面”命令既可以删除孔或删除圆角、倒角创建的面，也可以改变面的颜色。
执行“修改”→“实体编辑”→“删除面”命令或单击“实体编辑”工具栏中的“删除面”按钮，即可进行删除面操作，如图9-39所示。
9.5.10　面的编辑
9.5　三维实体的编辑
3.删除面和复制面
（2）复制面。使用“复制面”命令可以复制三维实体对象上的面。
执行“修改”→“实体编辑”→“复制面”命令或单击“实体编辑”工具栏中的“复制面”按钮，即可进行复制面操作，如图9-40所示。
9.5.10　面的编辑
9.5　三维实体的编辑
图9-39　删除面示例
9.5.10　面的编辑
9.5　三维实体的编辑
图9-40　复制面示例
9.5.10　面的编辑
9.5　三维实体的编辑
4.拉伸面
执行“修改”→“实体编辑”→“拉伸面”命令或单击“实体编辑”工具栏中的“拉伸面”按钮，即可进行拉伸面操作。例如，使用“拉伸面”命令可以拉伸工字钢，如图9-41所示。
9.5.10　面的编辑
9.5　三维实体的编辑
图9-41　拉伸面示例
9.5.10　面的编辑
9.5　三维实体的编辑
5.旋转面
执行“修改”→“实体编辑”→“旋转面”命令或单击“实体编辑”工具栏中的“旋转面”按钮，即可进行旋转面操作。例如，使用“旋转面”命令可以将面A的倾斜角修改为120°，并把槽B旋转90°，如图9-42所示。
9.5.10　面的编辑
9.5　三维实体的编辑
图9-42　旋转面示例
9.6.1　拉伸法建模
9.6　三维实体的建模方法
1.功能
使用“拉伸”（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，从而生成三维实体模型。
2.操作
绘制台阶时，可先使用“多段线”命令绘制平面图（见图9-43），创建面域后再拉伸一定的长度即可，如图9-44所示。
9.6.1　拉伸法建模
9.6　三维实体的建模方法
图9-43　绘制台阶平面图
图9-44　拉伸台阶
9.6.2　布尔运算法建模
9.6　三维实体的建模方法
1.功能
在AutoCAD 2012中，可以通过组合简单的实体来创建复杂实体，可对三维实体和二维面域进行“并集”“差集”和“交集”布尔运算。
9.6.2　布尔运算法建模
9.6　三维实体的建模方法
2.操作
（1）“并集”布尔运算。某组合实体由4个台阶和1个平台合并而成，如图9-45（a）所示，将5个立方体合并为一个实体，如图9-45（b）所示。
9.6.2　布尔运算法建模
9.6　三维实体的建模方法
图9-45　“并集”布尔运算
9.6.2　布尔运算法建模
9.6　三维实体的建模方法
2.操作
（2）“差集”布尔运算。例如，洗涤池的形成是大长方体减去两个小长方体，如图9-46所示。
（3）“交集”布尔运算。两个立方体进行“交集”布尔运算后得到的实体是它们的公共部分，如图9-47所示。
9.6.2　布尔运算法建模
9.6　三维实体的建模方法
图9-46　“差集”布尔运算
9.6.2　布尔运算法建模
9.6　三维实体的建模方法
图9-47　“交集”布尔运算
9.6.2　布尔运算法建模
9.6　三维实体的建模方法
3.说明
例如，绘制空心楼板时可先使用“多段线”命令绘制楼板（见图9-48），再使用“拉伸”命令拉伸楼板外围及5个圆孔（见图9-49），最后在实心楼板中用“差集”布尔运算减去5个圆柱体，从而得到空心楼板，着色后的效果如图9-50所示。
图9-48　绘制楼板
9.6.2　布尔运算法建模
9.6　三维实体的建模方法
图9-49　拉伸楼板外围和圆孔
图9-50　楼板着色
9.6.3　旋转法建模
9.6　三维实体的建模方法
1.功能
使用“旋转”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）。
2.操作
单击“建模”工具栏中的“旋转”按钮，先选择要旋转的对象，再选择旋转轴即可生成三维实体，如图9-51所示。
9.6.3　旋转法建模
9.6　三维实体的建模方法
图9-51　将外轮廓轨迹绕旋转轴旋转的示例
9.6.4　标高法建模
9.6　三维实体的建模方法
1.功能
在AutoCAD 2012中，可以为对象设置标高和厚度，如同用二维绘图方法得到三维图形一样方便。
2.操作
选择对象，输入命令elev，并按Enter键，按提示输入标高值。
9.6.4　标高法建模
9.6　三维实体的建模方法
3.说明
通过elev命令可以设置物体几何对象的基准面标高和厚度，从而得到三维模型。立方体下面的4个圆柱体是以立方体的下表面为基准面，用负标高拉伸得到的，如图9-52所示。用样条曲线绘制等高线时 ， 可先定标高，再绘制等高线，如图9-53所示。用轴测图观察等高线时的效果如图9-54所示。
9.6.4　标高法建模
9.6　三维实体的建模方法
图9-52　标高法建模示例
9.6.4　标高法建模
9.6　三维实体的建模方法
图9-53　定标高绘制等高线
图9-54　用轴测图观察等高线
9.6.4　标高法建模
9.6　三维实体的建模方法
如果要修改建筑物的标高，可先选中建筑物的平面图形（见图9-55），然后打开“特性”选项板，将标高改为100，按两次Esc键即可得到所需结果，如图9-56所示。
9.6.4　标高法建模
9.6　三维实体的建模方法
图9-55　选中建筑物平面图形
图9-56　修改标高后的结果
9.6.5　镜像法建模
9.6　三维实体的建模方法
1.功能
镜像法可以创建相对于某一平面的镜像图像。
2.操作
执行“修改”→“三维操作”→“三维镜像”命令，根据提示选择对象和对称面。
9.6.5　镜像法建模
9.6　三维实体的建模方法
3.说明
在绘制具有对称性质的图形时，可只绘制一半，利用“三维镜像”命令得到另一半。图9-57所示的灶盘就是使用“三维镜像”命令绘制的。
9.6.5　镜像法建模
9.6　三维实体的建模方法
图9-57　使用“三维镜像”命令绘制灶盘
9.6.6　阵列法建模
9.6　三维实体的建模方法
1.功能
阵列法可以创建有规律的行、列、层图像。“三维阵列”命令虽然与“阵列”命令是两个不同的命令，但需要输入的参数基本相同。
9.6.6　阵列法建模
9.6　三维实体的建模方法
2.操作
执行“修改”→“三维操作”→“三维阵列”命令，根据提示选择对象，输入阵列类型、行数、列数、层数及间距。使用“三维阵列”命令绘制鞋架，如图9-58所示。
9.6　三维实体的建模方法
图9-58　使用“三维阵列”命令绘制鞋架
9.6.6　阵列法建模
9.6.6　阵列法建模
9.6　三维实体的建模方法
3.说明
有规律的阵列关键是要确定阵列的行数、列数、层数及间距，使用“三维阵列”命令可以在三维空间中创建对象的矩形阵列或环形阵列。
环形阵列需要确定旋转轴，在某些情况下，确定旋转轴时需要做辅助线，如图9-59所示
9.6　三维实体的建模方法
图9-59　使用“环形阵列”命令绘制凳子
9.6.6　阵列法建模
9.6.7　厚度法建模
9.6　三维实体的建模方法
1.功能
厚度法可以将平面图形修改厚度后变为三维模型。
2.操作
如图9-60(a)所示，选中对象，通过“特性”选项板将厚度修改为500，按两次Esc键即可得到三维实体，如图9-60(b)所示。
9.6　三维实体的建模方法
图9-60　厚度法建模示例
9.6.7　厚度法建模
9.6.8　三维放样建模
9.6　三维实体的建模方法
单击“建模”工具栏中的“放样”按钮，选取横截面曲线上的一组曲线进行放样，创建三维曲面，结果如图9-61所示。放样时可以指定放样操作的路径，这样可以更好地控制放样实体或曲面的形状，如图9-62所示；也可以通过指定导向曲线来控制点匹配相应的横截面，以防止出现不希望看到的效果，如图9-63所示。
9.6　三维实体的建模方法
图9-61　创建三维曲面
9.6.8　三维放样建模
9.6　三维实体的建模方法
图9-62　指定操作路径进行放样
9.6.8　三维放样建模
9.6　三维实体的建模方法
图9-63　指定导向曲线进行放样
9.6.8　三维放样建模
9.6　三维实体的建模方法
图9-64　“放样设置”对话框
9.6.8　三维放样建模
9.6.9　三维扫掠建模
9.6　三维实体的建模方法
单击“建模”工具栏中的“扫掠”按钮，选择横截面和曲线路径创建三维新实体，如图9-65所示。若沿一条路径扫掠开放曲线，则生成曲面。
9.6　三维实体的建模方法
图9-65　三维扫掠建模
9.6.9　三维扫掠建模
建模实例
9.8　三维实体的建模实例
（1）二维图形转换为三维图形前的准备工作。除“墙线”和“基础”图层保持打开外，其余图层全部关闭，如图9-70所示。
（2）选择“东南等轴测”视图，以方便观察和绘制，如图9-71所示。
9.6　三维实体的建模方法
9.6.9　三维扫掠建模
（3）创建面域，把墙线转化为多段线。在绘图过程中会用到“直线”或“多段线”命令，但在拉伸前一定要使用“面域”命令。本图共形成7个面域。
（4）拉伸。拉伸墙线形成墙体。输入正值，沿Z轴正向拉伸，拉伸墙线3 220 mm；输入负值，沿Z轴负向拉伸，如拉伸基础时输入“-130”，如图9-72所示。
9.6　三维实体的建模方法
9.6.9　三维扫掠建模
图9-70　只打开“墙线”和“基础”图层
9.6　三维实体的建模方法
9.6.9　三维扫掠建模
图9-70　只打开“墙线”和“基础”图层
9.6　三维实体的建模方法
9.6.9　三维扫掠建模
图9-72　拉伸墙线和基础
9.6　三维实体的建模方法
9.6.9　三维扫掠建模
（5）建立用户坐标系，制作门和窗上的墙体，如图9-73所示。
（6）绘制室内地面。根据平面图和立面图可知，室内地面和室外高度差为20 mm，用“多段线”命令在平面图内绘制封闭图线，然后拉伸20 mm，如图9-74所示。
9.6　三维实体的建模方法
9.6.9　三维扫掠建模
图9-73　制作门和窗上的墙体
9.6　三维实体的建模方法
9.6.9　三维扫掠建模
图9-74　绘制室内地面并拉伸
9.6　三维实体的建模方法
9.6.9　三维扫掠建模
（7）绘制窗台。先在图外单独绘制窗台，然后用“移动”命令将其移动并复制到适当位置。注意，采用的基点都为中点，如图9-75和图9-76所示。
9.6　三维实体的建模方法
9.6.9　三维扫掠建模
图9-75　绘制窗台
图9-76　移动并复制窗台
9.6　三维实体的建模方法
9.6.9　三维扫掠建模
（8）绘制屋顶。通过房屋三视图分析可知，屋顶和基础都是长方体，大小一样，选择屋顶和基础的对应点，在坐标系中高度差为3 350 mm，其余坐标一样，所以用“复制”命令输入“@0,0,3350”可绘制屋顶，如图9-77所示。
9.6　三维实体的建模方法
9.6.9　三维扫掠建模
图9-77　绘制屋顶
9.6　三维实体的建模方法
9.6.9　三维扫掠建模
（9）布尔运算。通过并集运算形成整体，如图9-78所示。
（10）三维模型的后期处理。创建三维实体后，默认是以线框方式显示的。为了进一步获得逼真的模型图像，通常需要设置消隐，或者赋予材质并渲染，以观察所建模型是否符合要求，如图9-79所示。
9.6　三维实体的建模方法
9.6.9　三维扫掠建模
图9-78　通过并集运算形成整体
9.6　三维实体的建模方法
9.6.9　三维扫掠建模
图9-79　渲染房屋模型
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