基于AutoCAD的三維實體建模探討（一）

　　隨著計算機技術的飛速發展，三維CAD軟件日趨成熟，三維實體造型開始廣泛應用于產品或工程設計。目前，常用的三維建模軟件主要有AutoCAD、Pro／Engineer、UG、Solidwork、CAXA等。雖然在上述幾種軟件中三維建模功能相AutoCAD對較弱，對形狀復雜的形體難以構建，且不便修改，但對于具有AutoCAD二維繪圖基礎的教師或技術人員，簡單易學，容易掌握，上手快。下面筆者結合AutoCAD三維實體建模的教學實踐，談幾點體會。

　　1三維實體模型概述

　　三維模型包括線框模型、表面模型和實體模型。其中實體模型包括線、面、體的全部信息，是三種模型中最高級的一種。它不僅具有質量、體積等物理屬性，更接近于真實物體，而且實體之間能進行并、交、差等布爾運算，建立更加復雜的實體模型，并能進行消隱、著色和渲染。此外，實體模型還可以生成二維平面視圖、剖視圖和斷面圖，通過AutoCAD輸出的實體模型數據還可以提供給后續的數控加工和有限元分析。

　　2 AutoCAD的三維實體建模

　　2.1建模思路及方法

　　創建三維實體模型時，首先對模型的結構進行分析，無論模型的結構多么復雜，它總是由若干個簡單實體構成。因此，復雜模型的建立過程實際上是不斷創建簡單實體并將其組合的過程。當然，建立復雜模型的方案可能有好幾種，應選擇一種較方便、合理的方案進行建模。然后使用基本體或將二維圖形經拉伸或旋轉生成各個簡單實體。最后將各個簡單實體之間進行并、差、交等布爾運算和各種編輯操作獲得更加復雜的實體。

　　2.2建模技巧

　　2.2.1學會建立和管理用戶坐標系

　　在AutoCAD中，坐標系分為世界坐標系(WCS)和用戶坐標系(ucs)兩種。二維繪圖中使用的坐標系大都是世界坐標系，它是唯一且不變的。但在三維繪圖過程中，為了便于繪制和觀察圖形，除WCS外，用戶可以根據需要建立自己的坐標系--用戶坐標系(ucs)，這樣的坐標系其原點位置和x、y、z軸方向可以任意移動和旋轉，甚至可以依賴于圖形中某個特定的對象而變化。學會建立用戶坐標系將簡化三維建模過程，是三維建模的關鍵。

　　如圖1所示三維實體模型，繪制圓柱體A時采用圖中的世界坐標系(wcs)，而繪制圓柱體B時，當前坐標系應繞茹軸旋轉900，繪制圓柱體C時，當前坐標系應繞y軸旋轉90。，繪制圓柱體D時，應指定面或三點建立UCS。

　　另外，繪制復雜的三維圖形，由于需要建立的UCS數目較多，為了避免頻繁地進行坐標系變換，用戶可以通過UCS管理器將不同方向的UCS預先定義和保存好，在需要時隨時調用。

　　2.2.2臺理設置圖層

　　圖層(Layer)是AutoCAD組織管理圖形對象最為有效的工具之一。通過將不同性質的對象放置在不同的層上，可以方便地通過控制層的特性來顯示和編輯對象。三維圖形較二維圖形更為復雜，視覺干擾更大，因此更應借助圖層來管理圖形。三維實體模型的分層可按照形體分析法，把組成該模型的各個實體對象放置在不同的層上，并以不同顏色加以區分，以便更清晰地作圖，為后續的著色處理和材質的分配帶來方便。當發生干擾時，可通過關閉或凍結某些圖層使一些實體不可見，以便其他實體對象的定位或選擇。另外，借助圖層管理三維圖形時，一般不要急于對不同圖層間的實體對象做布爾運算，除非已完成整個三維圖形的繪制，否則不利于后面的編輯工作。

　　2.2.3多視口的應用

　　繪制復雜的三維圖形時，可以在一個三維視圖中直接進行，但往往會出現表達不方便和效率低等問題。這些問題，通過建立多視口即可解決。AutoCAD允許將繪圖區域劃分為多個窗口(視口)，并允許在不同的視口中使用不同的UCS。因此，在繪制和觀察復雜的三維圖形時，將繪圖區域劃分為多個視口，每個視口中根據需要建立或使用不同的UCS，設置不同的觀測點或選擇顯示不同的視圖等，如圖2的四個視口中分別顯示了三維圖形的主視圖、俯視圖、左視圖及等軸測圖，這樣既可在不同視口中繪制和觀察圖形的不同部分，極大地減少了UCS坐標系和視圖的轉換工作，而且不論在那個視口中繪圖或修改，最終結果在其他視口中也將同時顯示。當組成三維實體的簡單實體之間有干涉時，也可在不同視口中繪制不同的簡單實體。