基于AutoCAD的三维实体建模探讨（一）

　　随着计算机技术的飞速发展，三维CAD软件日趋成熟，三维实体造型开始广泛应用于产品或工程设计。目前，常用的三维建模软件主要有AutoCAD、Pro／Engineer、UG、Solidwork、CAXA等。虽然在上述几种软件中三维建模功能相AutoCAD对较弱，对形状复杂的形体难以构建，且不便修改，但对于具有AutoCAD二维绘图基础的教师或技术人员，简单易学，容易掌握，上手快。下面笔者结合AutoCAD三维实体建模的教学实践，谈几点体会。

　　1三维实体模型概述

　　三维模型包括线框模型、表面模型和实体模型。其中实体模型包括线、面、体的全部信息，是三种模型中最高级的一种。它不仅具有质量、体积等物理属性，更接近于真实物体，而且实体之间能进行并、交、差等布尔运算，建立更加复杂的实体模型，并能进行消隐、着色和渲染。此外，实体模型还可以生成二维平面视图、剖视图和断面图，通过AutoCAD输出的实体模型数据还可以提供给后续的数控加工和有限元分析。

　　2 AutoCAD的三维实体建模

　　2.1建模思路及方法

　　创建三维实体模型时，首先对模型的结构进行分析，无论模型的结构多么复杂，它总是由若干个简单实体构成。因此，复杂模型的建立过程实际上是不断创建简单实体并将其组合的过程。当然，建立复杂模型的方案可能有好几种，应选择一种较方便、合理的方案进行建模。然后使用基本体或将二维图形经拉伸或旋转生成各个简单实体。最后将各个简单实体之间进行并、差、交等布尔运算和各种编辑操作获得更加复杂的实体。

　　2.2建模技巧

　　2.2.1学会建立和管理用户坐标系

　　在AutoCAD中，坐标系分为世界坐标系(WCS)和用户坐标系(ucs)两种。二维绘图中使用的坐标系大都是世界坐标系，它是唯一且不变的。但在三维绘图过程中，为了便于绘制和观察图形，除WCS外，用户可以根据需要建立自己的坐标系--用户坐标系(ucs)，这样的坐标系其原点位置和x、y、z轴方向可以任意移动和旋转，甚至可以依赖于图形中某个特定的对象而变化。学会建立用户坐标系将简化三维建模过程，是三维建模的关键。

　　如图1所示三维实体模型，绘制圆柱体A时采用图中的世界坐标系(wcs)，而绘制圆柱体B时，当前坐标系应绕茹轴旋转900，绘制圆柱体C时，当前坐标系应绕y轴旋转90。，绘制圆柱体D时，应指定面或三点建立UCS。

　　另外，绘制复杂的三维图形，由于需要建立的UCS数目较多，为了避免频繁地进行坐标系变换，用户可以通过UCS管理器将不同方向的UCS预先定义和保存好，在需要时随时调用。

　　2.2.2台理设置图层

　　图层(Layer)是AutoCAD组织管理图形对象最为有效的工具之一。通过将不同性质的对象放置在不同的层上，可以方便地通过控制层的特性来显示和编辑对象。三维图形较二维图形更为复杂，视觉干扰更大，因此更应借助图层来管理图形。三维实体模型的分层可按照形体分析法，把组成该模型的各个实体对象放置在不同的层上，并以不同颜色加以区分，以便更清晰地作图，为后续的着色处理和材质的分配带来方便。当发生干扰时，可通过关闭或冻结某些图层使一些实体不可见，以便其他实体对象的定位或选择。另外，借助图层管理三维图形时，一般不要急于对不同图层间的实体对象做布尔运算，除非已完成整个三维图形的绘制，否则不利于后面的编辑工作。

　　2.2.3多视口的应用

　　绘制复杂的三维图形时，可以在一个三维视图中直接进行，但往往会出现表达不方便和效率低等问题。这些问题，通过建立多视口即可解决。AutoCAD允许将绘图区域划分为多个窗口(视口)，并允许在不同的视口中使用不同的UCS。因此，在绘制和观察复杂的三维图形时，将绘图区域划分为多个视口，每个视口中根据需要建立或使用不同的UCS，设置不同的观测点或选择显示不同的视图等，如图2的四个视口中分别显示了三维图形的主视图、俯视图、左视图及等轴测图，这样既可在不同视口中绘制和观察图形的不同部分，极大地减少了UCS坐标系和视图的转换工作，而且不论在那个视口中绘图或修改，最终结果在其他视口中也将同时显示。当组成三维实体的简单实体之间有干涉时，也可在不同视口中绘制不同的简单实体。