李正茂,朱 顏
(聊城大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院,山東聊城252059)
隨著計(jì)算機(jī)軟件和硬件技術(shù)的發(fā)展,以及數(shù)學(xué)方法的引入,計(jì)算機(jī)三維技術(shù)得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用,包括機(jī)械、建筑、電子、土木、航空航天等工程領(lǐng)域,CAD三維建模技術(shù)已在生產(chǎn)實(shí)際中發(fā)揮了巨大的作用。如何提高CAD三維建模繪圖效率,成為人們普遍關(guān)注的問題。為此,本文介紹了一些CAD三維建模的一些繪圖技巧,以期實(shí)現(xiàn)高效繪圖。
在二維繪圖中,我們很少涉及坐標(biāo)系的問題,其實(shí)我們一直是在CAD系統(tǒng)默認(rèn)的坐標(biāo)系WCS下工作的。但三維繪圖則不一樣,在三維實(shí)體建模的作圖過程中,要經(jīng)常地變換坐標(biāo)系統(tǒng),從而有利于作圖。
一方面,世界坐標(biāo)系是CAD在作圖時(shí),用于確定平面或空間點(diǎn)位置的一個(gè)笛卡爾坐標(biāo)體系,每一個(gè)坐標(biāo)的正向和另兩個(gè)坐標(biāo)的旋向,必須符合右手定則。CAD在平面作圖時(shí)的三維世界坐標(biāo)系標(biāo)志,是坐標(biāo)符號(hào)圖中有一“W”字樣。一般將X-Y平面理解為水平面,Z軸方向表示高度距離,就是說“Z”值等同于用來確定X-Y水平面高度的標(biāo)高命令“ELEV”。無論是“Z”值還是“ELEV”值,其“+”值表示在 X-Y 面上方,而“-”值表示在X-Y面的下方。在作圖時(shí)要切記這一點(diǎn)。
另一方面,用戶坐標(biāo)系的命令為“UCS”,UCS是一種可變動(dòng)的坐標(biāo)系統(tǒng)。大多數(shù)CAD的編輯命令取決于UCS的位置和方向。UCS命令設(shè)置用戶坐標(biāo)系在三維空間中的X、Y、Z三個(gè)方向,它還定義了二維對(duì)象的拉伸方向。它可以完成平移、新建坐標(biāo)方向、旋轉(zhuǎn)等功能。通常CAD的世界坐標(biāo)系是不變的,主要是用戶坐標(biāo)系的變換。
柱面坐標(biāo)和球面坐標(biāo),主要適用于三維建模作圖,而且在三維模型空間較為直觀。尤其是在渲染效果圖中,用來確定燈光的位置十分方便。
柱面坐標(biāo)的形式為:(R<角度1,H),相對(duì)坐標(biāo)形式為:(@R<角度1,H),其中R為柱面的半徑,角度1為柱面上的點(diǎn)在X-Y平面上的投影點(diǎn)與X軸正向的夾角,H為距X-Y平面的高度值。利用柱面坐標(biāo),很容易在圓柱實(shí)體的表面上確定某點(diǎn)的位置。
球面坐標(biāo)的形式為:(R<角度1<角度2),相對(duì)坐標(biāo)形式為:(@R<角度1<角度2),其中R為球面的半徑,角度1為球面上的點(diǎn)X-Y平面上的投影點(diǎn)與X軸正向的夾角,X-Y平面應(yīng)過球面中心,角度2為球面上的點(diǎn)與X-Y平面的夾角。主要用于在球體表面上定點(diǎn)較為容易。
另外在柱面和球面坐標(biāo)下,可以繪制三維空間折線,尤其是繪制圓柱和球面螺旋線時(shí)更為方便。
過濾坐標(biāo),就是在作圖過程中為確定某一點(diǎn)的位置,而該點(diǎn)(X,Y,Z)坐標(biāo)的某一個(gè)值想借助另一點(diǎn)的同名坐標(biāo),則可用坐標(biāo)過濾的辦法來完成。即可以分別逐個(gè)過濾,也可一次過濾兩個(gè)。如圖1所示,要在矩形的正上方繪制一個(gè)圓柱體,而圓柱體的底部圓心距離矩形中心的高度為50 mm。則執(zhí)行過程為:
(1)執(zhí)行畫圓柱體命令,命令提示,輸入“.X”回車后捕捉1點(diǎn)。
(2)再輸入“Y”回車后捕捉2點(diǎn)。
(3)接著直接輸入Z坐標(biāo)值50,最后完成圓柱體的作圖。
這里也可以一次過濾兩個(gè)坐標(biāo),一般是“XY”,選定一個(gè)參考點(diǎn)后,再給出Z值即可。
圖1 分別過濾X、Y坐標(biāo)
圖2 圓柱陣列圖
純正的二維繪圖命令,應(yīng)理解為沒有寬度和厚度的圖線,因此又稱為二維線框命令。這些命令只能在X-Y面上或與該坐標(biāo)面平行的平面上作圖,它們是:圓及圓弧、橢圓和圓環(huán),多義線及多段線、多邊形和矩形、文字及尺寸標(biāo)注。所以,在使用這些命令時(shí),要弄清楚是在哪個(gè)平面上工作。而直線、射線和構(gòu)造線,可在三維空間任意畫線。
對(duì)于二維編輯命令,如復(fù)制、移動(dòng)、斷開及延長等,均可在三維空間使用,但必須在X-Y平面內(nèi),只有鏡像、陣列和旋轉(zhuǎn)在三維空間還有不同的使用方法。
執(zhí)行三維鏡像命令,可由下拉“修改”菜單——選“三維操作”后選“三維鏡像”;或直接鍵入“Mirror3D”命令。執(zhí)行此命令后,屏幕將提示用戶先選擇要鏡像的實(shí)體,然后提示用戶選定作為鏡像基準(zhǔn)的平面,確定該平面的方法有許多種,用戶可任意確定。
執(zhí)行三維陣列命令,可由下拉“修改”菜單——選“三維操作”——選“三維陣列”;或直接鍵入“3 Darray”命令。執(zhí)行此命令后,屏幕將提示用戶先選擇要陣列的實(shí)體,選定后回車,屏幕提示用戶選擇要陣列的形式,即是矩形陣列還是環(huán)形陣列。其中矩形陣列,是將三維實(shí)體按幾行幾列和幾層排布,行、列、層數(shù)至少取1,不得為0;而環(huán)形陣列,是將三維實(shí)體按一軸線作圓周分布。如一圓柱體,進(jìn)行1行6列4層的矩形陣列。所輸入的列間距為30個(gè)單位,層間距為40個(gè)單位,陣列后如圖2所示。若是有行數(shù),用戶還需要輸入行間距,其數(shù)值要大于圓柱的長度,否則行與行之間將發(fā)生重疊現(xiàn)象,從而影響圖形的整體清晰性。需要注意的是,二維陣列命令在三維建模時(shí)仍可使用,但只能在X-Y平面內(nèi)執(zhí)行;而三維陣列命令是在空間執(zhí)行,即增加了層。
執(zhí)行三維旋轉(zhuǎn)命令,可由下拉“修改”菜單——選“三維操作”——再選“三維旋轉(zhuǎn)”;或直接鍵入“Rotate3D”命令。執(zhí)行此命令后,屏幕將提示用戶先選擇要旋轉(zhuǎn)的實(shí)體,這時(shí)用戶要選擇一項(xiàng)。較為常用的是選擇“對(duì)象(O)”和分別繞“X、Y、Z”軸或“兩點(diǎn)(2)”旋轉(zhuǎn)。如果選擇“對(duì)象(O)”將提示:選擇直線、圓、圓弧、或二維多段線線段,若選擇其中的圓或圓弧,則實(shí)體將繞與圓或圓弧垂直的軸線旋轉(zhuǎn),圖3所示是同一實(shí)體繞不同軸旋轉(zhuǎn)后的情況。需要指出的是實(shí)體繞X、Y、Z軸旋轉(zhuǎn)是指方向,具體軸的位置由用戶選擇一基準(zhǔn)點(diǎn)確定。
圖3 三維實(shí)體旋轉(zhuǎn)
用CAD畫出三維圖來并不難,關(guān)鍵是要力求簡便、快捷。CAD的每一個(gè)命令中,都蘊(yùn)涵著各自的技巧,對(duì)其需要好好探索和熟練,需要充分發(fā)掘并優(yōu)化其使用功能,以真正實(shí)現(xiàn)高效繪圖。
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