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1、第15章 绘制三维机械模型,学习目标 本章要点上机练习 习 题,学习目标,许多三维机械模型看起来比较复杂，但它们都是由长方体、圆柱体、球体、楔形等基本的三维对象组成。本章将详细讲解各种基本三维对象的绘制方法及相关参数的含义，并将结合机械设计的需要对三维对象的布尔运算和编辑修改命令进行讲解。通过本章的学习，读者可以独立完成较复杂的三维零件模型的绘制，并可对三维模型进行着色和渲染等处理。,本章要点,绘制基本三维对象布尔运算编辑三维实体三维模型后期处理,绘制基本三维对象,三维基本对象包括长方体、楔体、球体、圆柱体、圆锥体和圆环体等，这些三维形体在AutoCAD中被称为实体对象。实体对象表示整个对象的
2、体积。,绘制基本三维对象,绘制长方体 绘制楔体 绘制球体 绘制圆柱体 绘制圆锥体 绘制圆环体,绘制长方体,在几何学中，长方体指所有相交边都两两成直角的三维六面体，长方体的底面总与当前UCS的XY平面平行。长方体绘制命令有如下几种调用方法：,绘制长方体,【例15-1】创建一个大小为20mm12mm6mm的长方体并对其视图旋转。,绘制楔体,楔体绘制命令有如下几种调用方法：,绘制楔体,【例15-2】创建一个大小为30mm20mm40mm的楔体并对其视图旋转。,绘制球体,球体是由球心和半径值确定的几何形体。球体的显示效果依赖于线框密度的数值。可以通过ISOLINES命令设置线框密度。球体绘制命令有如下
3、几种调用方法：,绘制球体,【例15-3】设置线框密度为12，然后创建一个球心位于原点，半径大小为30mm的球体并对其视图旋转。,绘制圆柱体,圆柱体是指底面为圆形（或椭圆）的柱体，其显示效果根据不同的线框密度也有所不同。圆柱体绘制命令有如下几种调用方法：,绘制圆柱体,执行上面任一命令后，如果选择“椭圆（E）”选项，可以绘制底面为椭圆的圆柱体，否则绘制的图形为正圆形底面的圆柱体。【例15-4】设置线框密度为36，然后创建一个底面圆心位于原点，底面半径大小为20mm，高为30mm的圆柱体并对其视图旋转。,圆柱体,绘制圆锥体,圆锥体是指底面为圆形（或椭圆）的锥体，其显示效果根据不同的线框密度也有所不同
4、。圆锥体绘制命令有如下几种调用方法：,绘制圆锥体,执行上面任一命令后，如果选择“椭圆（E）”选项，可以绘制底面为椭圆的圆锥体，否则绘制图形为正圆形底面的圆锥体。【例15-5】设置线框密度为36，然后创建一个底面圆心位于点（100，100，0），底面半径大小为20mm，高为50mm的圆锥体并对其视图旋转。,圆锥体,圆环体,圆环体的形状类似一条弯曲后首尾相接的圆管。圆环体的底面投影为圆环（两个同心圆），横切面为圆形。圆环体绘制命令有如下几种调用方法：,圆环体,【例15-6】创建中心位于原点，圆环体半径大小为50mm，切面圆半径为20mm的圆环体并对其视图旋转。,将二维对象转换为三维对象,将二维对象
5、转换为三维对象的方法有拉伸和旋转两种，本节将分别介绍两种方法的操作过程和绘制原理。拉伸 旋转,拉伸,在AutoCAD中，可以使用EXTRUDE拉伸命令来拉伸选定的对象以创建实体。可以拉伸闭合的对象，例如多段线、多边形、矩形、圆、椭圆、闭合的样条曲线、圆环和面域。不能拉伸三维对象、包含在块中的对象、有交叉或横断部分的多段线，或非闭合多段线。可以沿路径拉伸对象，也可以指定高度值和斜角。,拉伸,旋转面创建实体的命令主要有如下几种调用方法。,拉伸,【例15-7】在视图中绘制一个二维矩形和一个二维圆形，（光盘：源文件第11章图15-7.dwg）所示。然后使用EXTRUDE拉伸命令绘制三维模型，使用“三维
6、动态观察器”旋转视图。,二维图形和拉伸后的效果,旋转,旋转面创建实体的命令有如下几种调用方法：,旋转,旋转对象是将二维图形作为三维实体对象的一个半截面，通过旋转成为三维实体，如矩形可以旋转成为圆锥体，直角三角形可以旋转成为圆锥体。在旋转面的过程中，命令行会提示指定旋转轴线，该轴线以第一选取的点为原点，第二点为轴线的正向。因此，选择旋转轴时，点的选取顺序决定旋转方向。,旋转,【例15-8】将（光盘：源文件第11章图15-9.dwg）所示的二维图形通过旋转命令REVOLVE绘制成一个铆钉的三维模型，使用“三维动态观察器”旋转视图。,二维图形和三维模型,布 尔 运 算,很多复杂的模型都是由简单的基本
7、几何体经过交集、并集和差集结合而成的。布尔运算包括UNION、SUBTRACT和INTERSECT等命令。并集运算 差集运算 交集运算 应用举例绘制三维压板,并集运算,并集运算可以将两个以上的面域或实体连接成组合面域或复合实体而形成一个整体。并集运算命令有如下几种调用方法：,并集运算,并集运算的选择集可包含位于任意多个不同平面中的面域或实体。【例15-9】绘制一个起始角点为原点，边长为50mm的立方体，再绘制一个底面圆心位于点（50，50，0），底面半径为20mm、高度为50mm的圆柱体。然后使用UNION（UNI）命令将两个几何体结合在一起。,立方体和圆柱体和UNION命令结合体,差集运算,
8、差集运算是指从第一个选择集中的对象减去第二个选择集中的对象，然后创建一个新的实体或面域。差集运算的命令主要有如下几种调用方法：,差集运算,差集运算可以应用于三维实体或面域对象。如果进行差集运算的对象是面域，则两个面域必须位于同一平面上；但在不同的平面上选择面域集，可同时执行多个SUBTRACT操作，程序会在每个平面上分别生成减去的面域。如果没有其他选定的共面面域，则该面域将被拒绝。,差集运算,【例15-10】绘制一个起始角点为原点，边长为50mm的立方楔体，再绘制一个底面圆心位于点（25，25，0），底面半径为16mm、高度为60mm的圆柱体，如图15-13所示。然后使用SUBTRACT（SU
9、）命令将圆柱体从楔体中减去。,差集运算,交集运算,交集运算可以由两个或多个现有面域的重叠面积和两个或多个现有实体的公用部分创建组合实体。交集运算命令有如下几种调用方法：,交集运算,【例15-11】绘制一个起始角点为原点，边长为50mm的立方楔体，再绘制一个球心坐标为（50，0，0），半径长度为30mm的球体。然后使用INTERSECT（IN）命令求两对象的交集。,交集运算,应用举例绘制三维压板,本例将绘制一个简单的三维压板模型（光盘：源文件第15章图15-17.dwg）。,编辑三维实体,许多编辑二维对象的命令也可用于三维实体对象编辑，另外还有一些三维对象的专用编辑命令。三维实体的操作主要包括倒
10、角、圆角、分解实体以及剖切实体等编辑命令。,编辑三维实体,三维倒角三维圆角 分解实体剖切实体 创建截面,三维倒角,倒角就是使用成角的直线连接两个对象，它通常用于表示角点上的倒角边。如果要被倒角的两个对象都在同一图层，则倒角线将位于该图层。否则，倒角线将位于当前图层上。倒角距离是每个对象与倒角线相接或与其他对象相交而进行修剪或延伸的长度。如果两个倒角距离都为0，则倒角操作将修剪或延伸这两个对象直至它们相交，但不创建倒角线。选择对象时，可以按住Shift键，以便使用值0替代当前倒角距离。,三维倒角,三维倒角命令与二维倒角命令相同，只是在操作时稍有差异。【例15-12】使用CHAMFER命令，对长方
11、体（光盘：源文件第15章图15-23.dwg）进行倒角处理，设置倒角距离为5，完成后的效果（光盘：源文件第15章图15-24.dwg）。,三维倒角,三维圆角,圆角命令的原理是使用与对象相切并且具有指定半径的圆弧连接两侧对象，三维圆角和二维圆角的原理和命令都一样。三维圆角命令有如下几种调用方法：,三维圆角,【例15-13】使用圆角FILLET(F)命令，对（光盘：源文件第15章图15-25.dwg）长方体进行圆角处理，设置圆角半径为5，完成后的效果（光盘：源文件第15章图15-26.dwg）。,三维圆角,分解实体,在二维绘图中，多段线、多线、多边形等复合几何对象和块对象等都可以通过分解命令EXP
12、LODE将其分解为多个对象。在三维制图过程中，也可以使用同样的方法对三维实体进行分解。不同的是，三维实体对象进行分解将成为面域。分解实体命令有如下几种调用方法：,分解实体,分解实体,【例15-14】使用EXPLODE对象分解命令将圆角长方体（光盘：源文件第15章图15-27.dwg）进行分解，分解前后选择对象的对比效果（光盘：源文件第15章图15-28.dwg）。,圆角立方体和分解后的圆角立方体,剖切实体,剖切实体命令可以切开现有实体并移去指定部分，从而创建新的实体。剖切实体会保留原实体的图层和颜色特性。剖切实体的默认方法是：先指定三点定义剪切平面，然后选择要保留的部分。也可以通过其他对象、当
13、前视图、Z 轴或XY、YZ、ZX平面来定义剪切平面。,剖切实体,剖切实体的命令有如下几种调用方法：,剖切实体,【例15-15】使用SLICE剖切实体命令（光盘：源文件第15章图15-29.dwg）所示的零件模型进行剖切，剖切完成后剩下部分（光盘：源文件第15章图15-30.dwg）所示。,零件模型和剖切效果,创建截面,创建截面命令可以创建穿过面域或三维实体的相交截面。默认方法是指定三个点定义一个面。也可以通过其他对象、当前视图、Z轴或XY、YZ、ZX平面来定义相交截面平面。创建的截面将放置在当前图层。创建截面命令有如下几种调用方法：,创建截面,创建截面,【例15-16】使用SECTION创建截
14、面命令，在零件模型（光盘：源文件第15章图15-31.dwg）中创建一个截面（光盘：源文件第15章图15-32.dwg），完成后创建的截面（光盘：源文件第15章图15-33.dwg）所示。,创建截面,三维模型后期处理,在前面讲解三维建模的过程中发现未经处理的三维模型显示效果很粗糙，为了达到较好的显示效果，需要对三维模型进行消隐、着色和渲染等操作。消隐和着色渲染 应用举例渲染机械零件,消隐和着色,消隐和着色都是为了使创建的三维模型更加美观、明了地显示在AutoCAD绘图区中。下面将分别对消隐和着色进行详细讲解。消隐 着色,消隐,消隐是指隐藏被前景对象遮掩的背景对象，使图形的显示更加简洁、清晰。消
15、隐命令的调用方法有如下几种：,消隐,【例15-17】打开机械零件模型（光盘：源文件第15章图15-34.dwg），然后对视图使用HIDE消隐命令。,零件模型和零件模型,着色,着色操作就是为当前视口中显示的对象生成简单的着色图片。虽然通过消隐操作隐藏直线可以增强图形的效果并使设计更简洁，但着色可以为模型生成更逼真的图像。着色命令有如下几种调用方法：选择“视图/着色”命令下的相应子命令。单击“着色”工具栏中的相应按钮。在命令行中输入SHADEMODE命令。,着色,着色命令可以针对多种类型的图形对象，如二维线框、三维线框、实体对象等。另外对于已经着色的对象进行重生成图形操作不会影响着色。可以按照常规
16、方式选择着色对象对他们进行编辑。选择着色对象后，着色面上将显示线框和夹点。着色对象后，可以保存图形并重新打开，对象着色不会发生变化。,着色,【例15-18】打开机械零件模型（光盘：源文件第15章图15-36.dwg），然后分别使用三维线框着色命令、平面着色命令、体着色命令、带线框平面着色命令和带线框体着色命令对该零件进行着色。,机械零件模型和三维线框着色,平面着色和体着色,带线框平面着色和带线框体着色,渲染,渲染就是运用几何图形、光源和材质将模型转换为最具真实感的三维图像的过程。如果将三维模型理解为现实中的物体和景物，那么渲染的过程就相当于使用照相机进行拍照，获得的渲染图像就相当于照片。渲染命
17、令可以渲染AutoCAD中定义的场景、选定对象或当前视图。,渲染,材质 灯光 渲染,材质,为了使渲染更具真实感，可以在模型的表面应用材质，如钢和塑料。可以将材质附着到单个对象、具有特定ACI编号的所有对象、块或图层等。AutoCAD中材质的编辑和附着通常都是通过“材质”对话框进行设置的。打开“材质”对话框命令有如下几种调用方法：,材质,“材质”对话框,材质,材质,材质,灯光,在AutoCAD中，灯光的创建和编辑通常都是通过“光源”对话框进行设置的。“光源”对话框。打开“光源”对话框命令有如下几种调用方法：,“光源”对话框,灯光,执行上面任一命令后，打开的“光源”对话框，其中各主要选项含义如下：
18、光源：列出当前图形中的所有光源。,灯光,灯光,渲染,渲染就是将三维模型转换为二维图像的过程。渲染程序运用几何图形、光源和材质将模型渲染为具有真实感的图像。AutoCAD中渲染的参数设置通常都是通过“渲染”对话框进行设置的。打开“光源”对话框命令有如下几种调用方法：,渲染,“渲染”对话框,渲染,AutoCAD提供了3种渲染类型：一般渲染：基本渲染选项，可以获得最佳性能。照片级真实感渲染：照片级真实感扫描线渲染程序，可以显示位图材质和透明材质，并产生体积阴影和贴图阴影。照片级光线跟踪渲染：照片级真实感光线跟踪渲染，它使用光线跟踪产生反射、折射和更加精确的阴影。,渲染,通过“渲染”对话框可以定义渲染
19、的场景、过程、选项、目标、采样以及其他设置。如果未指定场景或选择集，RENDER程序将使用图形中的当前视图和所有光源，如果图形中没有光源，RENDER将假定一个强度为1的默认“与肩齐平”的平行光源。“渲染”对话框中主要选项含义如下：要渲染的场景：列出可以选择用于渲染的场景，包括当前视图。场景由命名视图和一个或多个光源组成。,渲染,渲染选项：控制渲染显示。选中平滑着色复选框将对多面体表面外观粗糙的边作平滑处理；选中应用材质复选框将应用用户定义的表面材质并将其附着到图形中的一个对象或AutoCAD颜色索引（ACI）中；选中阴影复选框将生成阴影；选中渲染高速缓存复选框可指定将渲染信息写入硬盘上的缓存
20、文件中。在第一次进行渲染期间，可渲染对象的显示列表将被缓存到一个临时文件中。该缓存文件将被用于随后的渲染操作，在连续渲染多个模型时，这样可以提高渲染速度。,渲染,目标：控制显示驱动程序用于渲染的图像输出设置。选择“视口”选项将渲染到视口；选择“文件”选项在渲染过程中会将渲染图像保存在磁盘上。,应用举例渲染机械零件,打开机械零件模型（光盘：源文件第15章图15-45.dwg），然后使用RENDER命令进行渲染。,零件模型和渲染图像,上 机 练 习,下面将本章所学知识综合应用，完成两个零件模型的绘制练习。绘制三维活塞 绘制三维连杆,绘制三维活塞,本例将绘制一个简单的三维活塞模型（光盘：源文件第15章图15-49.dwg）。,活塞模型,使用本章学习的基本三维实体绘制命令、布尔运算命令以及三维编辑相关知识，绘制一个简单的三维连杆模型（光盘：源文件第15章图15-56.dwg）。,连杆模型,习 题,（1）打开（光盘：源文件第15章图15-60.dwg）的平面图形。使用Exrude命令将其拉伸（其中矩形拉伸厚度为1.5mm，倒角矩形拉伸厚度为0.75mm，圆拉伸厚度为6mm），然后调整位置（光盘：源文件第15章图15-61.dwg）所示。（2）根据（光盘：源文件第15章图15-62.dwg）的平面图形，绘制一个简单的三维模具模型。,习 题,
