吳連成

（龍巖技師學(xué)院，福建 龍巖364000）

淺談AutoCAD三維實體建模的技巧

吳連成

（龍巖技師學(xué)院，福建 龍巖364000）

AutoCAD是目前最受歡迎的電腦制圖軟件之一，在多個領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，比如機械、電子、建筑等領(lǐng)域，擁有完善的二維繪圖及三維建模功能。通過實例從UCS、布爾運算、視口等方面介紹了AutoCAD三維實體建模的技巧，旨在提高三維建模效率。

AutoCAD；三維實體建模；UCS；布爾運算

AutoCAD是由美國Autodesk公司開發(fā)出來的計算機繪圖和計算機輔助設(shè)計的軟件，在多個領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，比如機械、電子、建筑等領(lǐng)域。由于其強大的功能和良好的性能，受到人們的青睞，也得到職業(yè)學(xué)校學(xué)生的歡迎。該軟件不僅具有強大的二維繪圖及編輯功能，也具有完善的三維建模功能。其三維建模功能雖不如Pro/Engineer、UG、Catia等高級建模軟件強大，但具有簡單易學(xué)、入手快的特點。對于具有AutoCAD二維繪圖基礎(chǔ)的教師或技術(shù)人員，利用AutoCAD進行三維建模，是一個不錯的選擇。本文通過實例從UCS、布爾運算、視口等方面介紹了AutoCAD三維實體建模的技巧，旨在提高三維建模效率。

1 三維建模概述

三維模型包括三種：線框模型、表面模型和實體模型。其中實體模型含有線、面、體的所有信息，具有質(zhì)量、體積等物理屬性，是三種模型中最高級的一種。它更加接近真實物體，能進行并集、交集、差集等布爾運算，所以能建立更為復(fù)雜的三維模型。另外，實體模型還可以生成二維平面視圖、剖視圖和斷面圖，并且實體模型可以進行數(shù)據(jù)分析及數(shù)控加工程序生成等操作[1]。

2 AutoCAD三維實體建模技巧

2.1 熟練應(yīng)用UCS

在默認(rèn)狀態(tài)下，AutoCAD系統(tǒng)為用戶提供了世界坐標(biāo)系，簡稱WCS，有3個相互垂直相交的坐標(biāo)軸：X軸、Y軸和Z軸。這是一個默認(rèn)的坐標(biāo)系統(tǒng)，其坐標(biāo)原點與方向不會改變，所以又稱絕對坐標(biāo)系。雖然WCS不可更改，但可以從任意角度、任意方向來觀察或旋轉(zhuǎn)。AutoCAD還提供了可變的用戶坐標(biāo)系（UCS），用戶可以通過“ucs”命令來對UCS坐標(biāo)系進行定義、保存、恢復(fù)和移動等一系列操作，并可根據(jù)需要創(chuàng)建無限數(shù)量的坐標(biāo)系統(tǒng)。默認(rèn)情況下，UCS和WCS相重合。

因為AutoCAD的所有操作只能在X、Y平面內(nèi)，但三維建模中需要在不同的X、Y平面內(nèi)進行實體建模和實體編輯，所以WCS無法滿足用戶需要，繪圖者需要運用UCS來輔助建模。創(chuàng)建UCS有多種方法，如通過面建立UCS、通過三點建立UCS、通過繞坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)建立UCS等方式。熟練應(yīng)用UCS能讓三維實體建模達到事半功倍的效果。下面就以圖1為例說明如何應(yīng)用UCS來進行三維實體建模。

圖1 UCS的操作

其UCS具體操作步驟：將坐標(biāo)軸繞Y軸旋轉(zhuǎn)-90°，繪制如圖1（b）所示的T形塊→將坐標(biāo)軸繞X軸旋轉(zhuǎn)90°，繪制如圖1（c）所示的長方塊→將坐標(biāo)系返回上一個UCS，繪制如圖1（d）所示的半圓孔→將坐標(biāo)系變成WCS，繪制如圖1（e）所示的圓孔。

此外，三維圖形的繪制復(fù)雜，需要建立較多的UCS，為了避免頻繁的坐標(biāo)變換，用戶可以事先通過UCS管理器將UCS在不同方向預(yù)先保存好，隨時在需要時調(diào)用。

2.2 布爾運算的靈活應(yīng)用

布爾運算是數(shù)學(xué)中的一種邏輯運算。特別是在繪制更復(fù)雜的圖形時，它對提高繪圖效率起著重要作用。布爾運算包括并集運算、差集運算和交集運算。并集運算是將兩個或多個已有的實體的全部體積合并起來形成組合實體；差集運算是從一個實體刪除與另一個實體的公共部分；交集運算是使用兩個或多個實體重疊的公共部分來創(chuàng)建組合實體。靈活應(yīng)用布爾運算可以大大提高AutoCAD三維實體建模的效率。繪制復(fù)雜圖形時，使用布爾運算應(yīng)遵循“先并后差”原則，即先將需要合并在一起的實體進行并集，再與需要除去的實體進行差集。如此操作方能提高效率，避免重復(fù)操作。下面就以圖2為例說明如何應(yīng)用布爾運算來進行三維實體建模。

圖2 布爾運算的應(yīng)用

其布爾運算具體操作步驟：先繪制出模型b、c、d，然后將它們并集再一起→接下來繪制模型e、f→將合并后的模型b、c、d與分別與模型e、f差集，最后得到模型a.

2.3 使用視口工具

視口在AutoCAD中指的是設(shè)置了不同視角的繪圖區(qū)域。默認(rèn)情況下，AutoCAD只有一個視口，就是整個繪圖區(qū)域，但是用戶可以根據(jù)需要來創(chuàng)建多個視口并定義每個視口為不同的視角。每個視口顯示模型不同的觀察角度，從而更清楚地反映模型結(jié)構(gòu)和形狀。在進行AutoCAD三維實體建模時，除了通過應(yīng)用UCS來進行繪圖平面切換，也可以應(yīng)用多個視口命令，在各個視口定義不同視圖，從而無需頻繁切換UCS，達到提高建模效率的效果。而且應(yīng)用多個視口命令后，可以定義視口為主視圖、俯視圖與左視圖，其理念及效果與機械制圖的三視圖一致，便于學(xué)生對制圖知識的遷移，也方便AutoCAD初學(xué)者對三維實體建模知識的理解和掌握[2]。下面就以圖3為例說明多個視口命令的使用。

圖3 多個視口的應(yīng)用

其視口具體操作步驟：

（1）執(zhí)行菜單命令：“視圖”→“視口”→“四個視口”。

（2）按照機械制圖三視圖原理分別設(shè)置視口為主視圖、俯視圖、左視圖和西南等軸測圖。

（3）在主視圖繪制梯形塊，在俯視圖繪制帶兩個圓孔和倒角的方形塊。

（4）在左視圖繪制三角形塊，經(jīng)過并集后完成模型繪制。

2.4 熟練應(yīng)用拉伸與旋轉(zhuǎn)命令

如果繪制的是球體、圓柱體、長方體等此類簡單實體，可以直接調(diào)用實體繪制命令。但對于不規(guī)則的實體，就必須應(yīng)用拉伸或旋轉(zhuǎn)命令完成建模。先將繪圖平面設(shè)置好，接著繪制好截面，然后通過拉伸或旋轉(zhuǎn)命令完成實體創(chuàng)建。需要注意的是：截面必須為一個整體，當(dāng)截面是分散時，無法完成實體創(chuàng)建，可以運用編輯多段線或面域命令合并截面。下面就以圖4、圖5說明拉伸與旋轉(zhuǎn)命令的應(yīng)用。

圖4 拉伸法建模

圖5 旋轉(zhuǎn)法建模

其拉伸建模具體步驟：設(shè)置好繪圖平面，按尺寸繪制好圖4a→選擇外圍矩形進行面域，選擇四個小圓和中間大圓進行面域→將矩形面與五個圓面進行差集→選擇實體拉伸命令，選擇圖4a為截面，按照尺寸拉伸出模型，如圖4b所示。

其旋轉(zhuǎn)建模具體步驟：設(shè)置好繪圖平面，按照尺寸繪制好圖5a→將圖5a進行面域→選擇實體旋轉(zhuǎn)命令，選擇圖5a為截面，選擇左邊直線為旋轉(zhuǎn)軸，設(shè)置旋轉(zhuǎn)角度為360°，得到如圖5b所示的模型。

2.5 利用圖層輔助建模

圖層是AutoCAD中管理圖形的重要工具，可以按照圖形的不同屬性，比如顏色、線寬、線型等信息對圖形進行分類管理。圖層在AutoCAD中相當(dāng)于在繪圖中使用了重疊的圖紙，通常一個完整的CAD圖形由一個或幾個圖層構(gòu)成。AutoCAD把線型、顏色、線寬等信息作為圖形的基本特性，運用圖層工具來管理這些基本特性。三維圖形與二維圖形比較更加復(fù)雜，有一定的視覺干擾性，所以更需要運用圖層來管理模型。三維實體模型在繪制時可按照外形分析法，將模型中的不同的實體對象放在不同的層上，并以不同的顏色進行區(qū)分，以便更清晰地繪制，從而便于后續(xù)的著色處理和材質(zhì)賦予。在發(fā)生視覺干擾時，可以通過關(guān)閉或凍結(jié)圖層使某些實體不可見，以便其他實體對象可以被選擇或定位。此外，在運用圖層管理三維模形時，不應(yīng)急于將不同圖層中的實體進行布爾運算，除非已經(jīng)完成了整個三維模形的創(chuàng)建，不然不便于后續(xù)的編輯操作[3]。

3 結(jié)束語

隨著時代發(fā)展，AutoCAD在三維建模功能方面越來越完善，也越來越強大。只有深入學(xué)習(xí)，加強練習(xí)，掌握其方法和技巧，才能提高建模的效率并能創(chuàng)建復(fù)雜的模型，為學(xué)習(xí)更高級建模軟件打下基礎(chǔ)。同時，也要勇于嘗試與研究，不斷挖掘AutoCAD新的三維建模功能，方能掌握更多建模技巧。

[1]張圣敏，陳紅中.AutoCAD三維建模方法和技巧探討[J].黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2011（2）：44-47.

[2]章 鴻.多視口在AutoCAD三維建模中的應(yīng)用[J].機械工程師，2011（11）：79-81.

[3]段志琪.AUTOCAD三維實體建模初探[J].職業(yè)技術(shù)，2009（3）：26.

Talking About the Skills of 3D Solid Modeling of AutoCAD

WU Lian-cheng
（Longyan Technician College，Longyan Fujian 364000，China）

AutoCAD is one of the most popular computer graphics software at present.It has been widely used in many fields，such as machinery，architecture，electronics and so on.It has perfect 2D drawing and 3D modeling function.This paper from UCS， Boolean operation， and viewport introduces the AutoCAD 3D modeling techniques，in order to improve the efficiency of 3D modeling.

autoCAD；3D solid modeling；UCS；boolean peration

TP319

B

1672-545X（2017）09-0207-03

2017-06-21

吳連成（1985-），男，福建漳州人，工學(xué)學(xué)士，講師，主要研究方向：計算機輔助繪圖、智能制造。