蘭寶利

摘 要：進(jìn)入到計(jì)算機(jī)數(shù)字化信息時(shí)代，傳統(tǒng)的手繪制圖被計(jì)算機(jī)三維制圖所取代。目前計(jì)算機(jī)三維制圖技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到諸如工程的設(shè)計(jì)、動(dòng)畫的設(shè)計(jì)以及電腦圖形的設(shè)計(jì)等領(lǐng)域當(dāng)中。文章針對(duì)計(jì)算機(jī)三維制圖設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)；三維制圖；設(shè)計(jì)

隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的普及，各種繪圖軟件被研制開發(fā)出來，推動(dòng)著制圖技術(shù)快速發(fā)展?；仡欀茍D的歷史，傳統(tǒng)的繪圖方式是手工操作，進(jìn)入到二十一世紀(jì)，計(jì)算機(jī)制圖開始在各行各業(yè)得到普遍的應(yīng)用，但是，起初是計(jì)算機(jī)的二維繪圖技術(shù)。近些年來，計(jì)算機(jī)二維制圖技術(shù)逐漸被取代，三維繪圖技術(shù)配合手工繪圖技術(shù)成為了制圖首選方式。

1 計(jì)算機(jī)三維制圖設(shè)計(jì)的意義

我國(guó)的一些企業(yè)中，在機(jī)械設(shè)計(jì)上，會(huì)應(yīng)用一些更為先進(jìn)的軟件，諸如Solidworks、Pro/E、UG等來進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)。使用計(jì)算機(jī)三維繪圖技術(shù)，是將三維設(shè)計(jì)繪圖軟件與有關(guān)機(jī)械設(shè)備相互連接，當(dāng)根據(jù)必要的參數(shù)進(jìn)行三維建模之后，機(jī)械加工設(shè)備就能夠按照設(shè)計(jì)要求將產(chǎn)品直接生產(chǎn)出來，在工序流程上簡(jiǎn)化了很多，而且從設(shè)計(jì)圖紙到生產(chǎn)出來的產(chǎn)品都會(huì)達(dá)到最優(yōu)的質(zhì)量?？梢娪?jì)算機(jī)制圖使機(jī)械設(shè)計(jì)趨向于更為完美，并推動(dòng)企業(yè)不斷地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新。但是，從計(jì)算機(jī)制圖設(shè)計(jì)本身而言，其是作為一種輔助的技術(shù)手段加以利用的。對(duì)于企業(yè)的產(chǎn)品，通過CAD技術(shù)，可以對(duì)于產(chǎn)品的建模進(jìn)行構(gòu)思，根據(jù)產(chǎn)品的要求不斷地調(diào)整和完善，省去了實(shí)用手繪制圖而造成的重復(fù)勞動(dòng)。所以，實(shí)用計(jì)算機(jī)三維技術(shù)進(jìn)行制圖，不僅是設(shè)計(jì)圖紙，而且也是設(shè)計(jì)人員的一種思維表達(dá)。

2 計(jì)算機(jī)三維繪圖設(shè)計(jì)中需要掌握的要點(diǎn)

在工程繪圖中，計(jì)算機(jī)繪圖經(jīng)歷了二維繪圖和三維繪圖兩個(gè)階段?，F(xiàn)在對(duì)于三維制圖設(shè)計(jì)已經(jīng)達(dá)成了共識(shí)，主要是采用三維幾何坐標(biāo)進(jìn)行建模，而二維繪圖則是三維建模的基礎(chǔ)，三維繪圖技術(shù)是在二維繪圖的基礎(chǔ)之上擴(kuò)展開來的。以AutoCAD軟件繪圖為例。

2.1 坐標(biāo)系統(tǒng)

被世界上所認(rèn)同的AutoCAD默認(rèn)坐標(biāo)系為WCS，AutoCAD的另一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)為UCS坐標(biāo)系。在計(jì)算機(jī)操作上，AutoCAD三維繪圖所建立的是笛卡爾直角坐標(biāo)系，使用右手的大拇指操作Z軸，其他的四個(gè)手指操作X軸和Y軸，使兩者之間呈現(xiàn)出90°直角。WCS坐標(biāo)系使用“W”來表示，坐標(biāo)的原點(diǎn)（0，0）則是“+”符號(hào)。

在計(jì)算機(jī)三維制圖中，世界坐標(biāo)系WCS是使用的坐標(biāo)系，它在使用中表現(xiàn)出固定不變的特性，不需要對(duì)坐標(biāo)系有所改變，但是卻可以通過旋轉(zhuǎn)的方式來觀察，或者是將觀察的角度改變，達(dá)到需要的效果。從計(jì)算機(jī)屏幕上觀察，在屏幕的左下角位置就可以找到坐標(biāo)的原點(diǎn)，X軸是水平正方向，向右；Y軸是垂直正方向，向上；Z軸則以屏幕為二維平面，指向觀察者。

UCS用戶坐標(biāo)系統(tǒng)是建立在世界坐標(biāo)系WCS的基礎(chǔ)之上的。與世界坐標(biāo)系WCS有所不同，其是一種相對(duì)的坐標(biāo)系。用戶在使用其進(jìn)行繪圖的時(shí)候，可以根據(jù)自己的需要來調(diào)整坐標(biāo)系中X軸、Y軸和Z軸的方向。值得一提的是，在UCS用戶坐標(biāo)系統(tǒng)中，Z軸的方向是可以自動(dòng)確定的，只要X軸、Y軸的方向在坐標(biāo)原點(diǎn)的基礎(chǔ)上被確定下來，Z軸的方向就能夠自動(dòng)生成。將世界坐標(biāo)系WCS與UCS用戶坐標(biāo)系統(tǒng)相比較，在進(jìn)行三維繪圖設(shè)計(jì)的時(shí)候，使用用戶坐標(biāo)系統(tǒng)UCS會(huì)將原本復(fù)雜的工作變得簡(jiǎn)單了很多。

從三維制圖設(shè)計(jì)的效果上來看，使用世界坐標(biāo)系WCS設(shè)計(jì)建筑陽臺(tái)，需要對(duì)于陽臺(tái)的每一個(gè)角度都要計(jì)算，特別是對(duì)于陽臺(tái)有特殊設(shè)計(jì)要求的傾斜角度，都要逐一計(jì)算，而且數(shù)據(jù)必須精確。使用用戶坐標(biāo)系統(tǒng)UCS取而代之，則要簡(jiǎn)便很多，因?yàn)獒槍?duì)陽臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，每一個(gè)角度的畫面都相當(dāng)于是一幅二維的平面圖。操作起來會(huì)非常的簡(jiǎn)單，而且設(shè)計(jì)效果更好。另外，由于世界坐標(biāo)系WCS具有坐標(biāo)系固定不變的特性，所以對(duì)于一些三維圖形的設(shè)計(jì)會(huì)存在著一定的局限性。比如，在二維平面坐標(biāo)系中可以設(shè)計(jì)出一個(gè)圓，但是如果使用三維坐標(biāo)系畫出三個(gè)同心圓，則很難于實(shí)現(xiàn)。因?yàn)閺氖澜缱鴺?biāo)系WCS的坐標(biāo)系設(shè)計(jì)上來看，要使用三個(gè)不同的坐標(biāo)系才能夠完成。

2.2 視點(diǎn)

在三維空間中，用戶所觀察的角度是非常重要的，其可以使三維設(shè)計(jì)呈現(xiàn)出不同的視覺效果，因此，在進(jìn)行計(jì)算機(jī)三維制圖設(shè)計(jì)的時(shí)候，選擇一個(gè)恰當(dāng)?shù)囊朁c(diǎn)非常必要。在三維坐標(biāo)中，觀察的視點(diǎn)就是可以指向原點(diǎn)的矢量，由于視點(diǎn)的選擇并不會(huì)影響到圖形設(shè)計(jì)，因此可以根據(jù)X軸、Y軸和Z軸的坐標(biāo)來進(jìn)行確定。

在視點(diǎn)的選擇上，計(jì)算機(jī)二維制圖設(shè)計(jì)與三維制圖設(shè)計(jì)的差別在于，二維繪圖一般會(huì)使用正視圖，視角的位置是默認(rèn)的，處于平面的正上方，以俯視圖為主。三維制圖設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)為三維立體效果，所以所使用的是斜視圖。那么在視角的選擇上，會(huì)更為靈活一些，以能夠有效地觀察設(shè)計(jì)圖形的三維效果為標(biāo)準(zhǔn)。在計(jì)算機(jī)三維制圖設(shè)計(jì)中，對(duì)于視角或者是視點(diǎn)的設(shè)置可以通過VPOINT命令來完成，根據(jù)設(shè)計(jì)者對(duì)于三維制圖設(shè)計(jì)效果的需求，也可以使用3DORBIT或DVIEW命令來設(shè)置視點(diǎn)，對(duì)于三維制圖設(shè)計(jì)效果進(jìn)行動(dòng)態(tài)地觀察。值得一提的是，用戶在使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行三維制圖設(shè)計(jì)的時(shí)候，一定不可以選擇將2D的高度進(jìn)行拉伸的方式，使其平面試圖成為3D對(duì)象來進(jìn)行觀察。必要的時(shí)候，可以將視點(diǎn)根據(jù)需要進(jìn)行改變，重新選擇一個(gè)合適的幾何特征點(diǎn)。

2.3 布局設(shè)計(jì)

打開CAD軟件之后，要進(jìn)行布局設(shè)計(jì)，可以點(diǎn)擊“布局”標(biāo)簽，此時(shí)會(huì)呈現(xiàn)出矩形框圖。按照順序點(diǎn)擊視圖、視口和新建視口，就會(huì)看見有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)視口彈出來。如果要使用三維設(shè)計(jì)制圖，就需要在“設(shè)置”對(duì)話框中進(jìn)行選擇，點(diǎn)擊“三維線框”就可以了。當(dāng)回到“布局”頁(yè)面之后，光標(biāo)就會(huì)變成“十”字型。此時(shí)，就可以進(jìn)行繪圖操作了。

CAD三維作圖效果

3 計(jì)算機(jī)三維繪圖設(shè)計(jì)的應(yīng)用

使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行三維繪圖設(shè)計(jì)，在工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域廣泛使用并實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新。比如SolidWorks，是一款功能更為強(qiáng)大的三維CAD系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了高效快捷的三維設(shè)計(jì)。當(dāng)設(shè)計(jì)師使用這種軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，就會(huì)創(chuàng)造出產(chǎn)品等級(jí)的工程圖。而且在用戶使用這種工具的時(shí)候，對(duì)于每一個(gè)裝配圖并不需要對(duì)其逐一加載，就可以將大型的裝配視圖創(chuàng)建出來。作為繪圖工具，使用SolidWorks，可以實(shí)現(xiàn)完整的工程圖設(shè)計(jì)，并且在進(jìn)行圖紙的修改時(shí)，其它關(guān)聯(lián)圖紙能夠做到自動(dòng)更新。無論是繪圖的三維模型，還是裝配體，都能夠自動(dòng)完成。工程圖首先是從三維模型中所產(chǎn)生的，其剖視圖效果明顯增強(qiáng)。另外，這種高品質(zhì)的視覺效果還可以生成品質(zhì)圖片文件，以備日后交流。

4 結(jié)束語

綜上所述，計(jì)算機(jī)制圖已經(jīng)逐漸取代了手繪制圖的方式，不但提高了工作效率，而且推動(dòng)了有關(guān)技術(shù)軟件的研制和開發(fā)。較為常見的是工程制圖，并已經(jīng)延伸到各個(gè)相關(guān)設(shè)計(jì)領(lǐng)域當(dāng)中，其覆蓋面之廣，已經(jīng)使三維繪圖設(shè)計(jì)成為了設(shè)計(jì)領(lǐng)域中不可缺少的設(shè)計(jì)工具。

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