大学课程《AutoCAD 2008 中文版机械制图实例教程》教学PPT课件：第七章 三维表面建.ppt

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第七章第七章三维表面建模三维表面建模（三通阀体三通阀体）制作：

惠文本章导读本章导读AutocAD2008支持三种类型的三维建模：

线框模型、曲面模型和实体模型。

每种模型都有自己的创建方法和编辑技术。

线框模型描绘三维对象的骨架，模型中没有面，只有描绘对象边界的点、直线和曲线。

曲面建模比线框建模更为复杂，它不仅定义三维对象的边而且定义面。

在AutocAD中，曲面模型使用多边形网格定义镶嵌面。

本章案例是一个阀体的表面模型，以此讲述AutocAD2008的表面建模方法和思路。

学习要点学习要点立体空间中绘制三维线框边界曲面的运用技巧直纹曲面的运用技巧面域的制作与编辑渲染图形的应用71案例分析案例分析本章所绘制的阀体表面模型如图7-2所示，这是一个比较典型的三通阀体，结构相对比较简单，主要由三个出入口部分与管道相连组成。

图7-2本章实例效果图一、三通阀的特点：

（1）三通阀有3个出入口与管道相连，相当于两台单座阀合成一体。

（2）三通合流阀有两个入口，一个出口。

（3）三通分流阀有一个入口，两个出口，将一种介质经过阀后分成两路。

（4）三通阀是由单、双座阀改型而成，并利用阀芯自身导向。

（5）三通阀阀芯与套筒阀的套筒一样，其节流面积的提供有开窗口和打孔。

二、绘图技术分析1首先是要建立三维线框模型，然后在线框模型的基础上生成曲面模型。

2在制作线框模型的时候，要不断地调整空间视角和用户坐标系（UCS）。

3利用线框模型生成曲面模型，线框模型的线条必须是多段线，如果不是多段线则需要转化为多段线。

72水平管图形制作水平管图形制作1启动AutoCAD2008，创建一幅新图鼠标左键双击电脑桌面的AutocAD2008快捷图标，或者单击Windows窗口状态栏中的“开始”按钮，然后从“所有程序”列表中选择AutocAD2008的执行程序即可。

2把视图转换为主视图单击下拉菜单栏中的“视图”选项，调出“视图”下拉菜单，选择其中“三维视图”选项，然后在“三维视图”的子菜单中选择“主视图”选项即可。

3创建图层执行Layer命令，在弹出的“图层特性管理器”中新建3个图层，并重命名为：

三维线框、点划线、曲面。

7.2.1设置绘图环境7.2.2创建水平管的基本图形1绘制井旋转辅助直线

（1）把“点划线”图层设为当前图层，使用“直线”命令绘制两条正交直线指定下一点或放弃（U）:

（2）旋转直线。

旋转效果如图7-4所示。

图7-4绘制辅助线2绘制轴孔

（1）把“三维线框”图层设置为当前图层，然后以辅助直线的交点为圆心，绘制一个半径为40的圆，即图中的大圆；捕捉大圆的圆心，绘制一个半径为20的小圆。

（2）绘制阀体的连接圆孔。

分别捕捉半径为40的大圆、半径为20的小圆与辅助线的交点之间的中点，绘制四个小圆。

（3）绘制同心圆。

此处使用Offset命令对半径为20的小圆偏移2后，得到一个半径为22的同心圆。

结果如图7-5所示。

图7-5绘制圆（4）删除所有的辅助直线，结果如图7-6所示。

图7-6绘制圆弧7.2.3创建三维线框1复制图形。

（1）把视图转换为“东南等轴测”视图。

（2）把用户坐标系绕x轴旋转90度。

结果如图7-7所示：

图7-7转换视图及用户坐标（3）复制图形复制以后的结果如图7-8所示。

图7-8复制图形的结果2删除多余的圆删除图7-8中外侧的半径为22的圆9，删除上图中内侧的半径为20的圆8，结果如图7-9所示。

图7-8删除多余的圆73垂直管图形制作垂直管图形制作1绘制并平移辅助直线

（1）绘制水平辅助直线将点划线图层设为当前图层，打开正交功能，使用“直线”命令绘制如图7-9所示的辅助直线。

7.3.1绘制圆柱部分图7-9绘制辅助直线图

（2）绘制垂直辅助直线此时的正交功能应该没有被关掉，注意检查正交是否为开。

垂直辅助直线结果如图7-10所示。

（3）平移辅助直线。

平移直线以后的结果如图7-11所示。

7-10绘制垂直辅助直线图7-11平移辅助直线2绘制垂直管的圆

（1）绘制垂直管下部分的圆把“三维线框”图层设置为当前图层，以平移以后的辅助线的交点为圆心，分别绘制半径为16和18的同心圆。

结果如图7-12所示。

这里如果不能绘制出图7-12中的圆的形状，请用UCS命令调整用户坐标系，目的是为了使用户坐标系的XY平面辅助线1-2所在的水平面重合，以便绘制处于该平面的圆。

图7-12绘制三通管下部分的圆

（2）绘制垂直管上部分的圆以平移以后的辅助线的上端点为圆心，分别绘制半径为16和18的同心圆，结果如图7-13所示。

图7-13绘制垂直管上部分的圆7.3.2绘制绘制垂直管管帽1将坐标转换为俯视图。

2绘制辅助线并旋转辅助线

（1）绘制辅助线将当前图层切换到“点划线”图层，打开正交功能，绘制水平方向的辅助线。

（2）旋转辅助线3绘制正方形以所作的辅助线的两个端点为顶点，点击矩形按钮，绘制正方形。

图7-15图7-15绘制正方形转换视图4绘制固定孔小圆

（1）转换视图把视图转换为“东南等轴测”视图，具体方法为：

单击下拉菜单栏中的“视图”选项，调出“视图”下拉菜单，选择其中“三维视图”选项，然后在“三维视图”的子菜单中选择”东南等轴测”视图选项。

（2）绘制辅助线将当前图层设置为“点划线”，分别拾取辅助直线的1-2端点和2-4端点绘制辅助直线。

结果如图7-16所示：

图7-16绘制辅助线（3）绘制上端固定孔小圆本次操作一共有四个半径为3的小圆，圆心分别拾取半径为16的内侧圆和辅助线的交点与辅助线端点间的中点，即图7-17中端点1-5、2-6、2-7、3-8的中点，注意使用shift键。

结果如图7-18所示：

图7-17定位圆孔的圆心图7-18绘制上端固定孔小圆（4）删除辅助线直接删除上面绘制的两条辅助线1-2及2-4，结果如图7-19所示。

（5）将绘制的正方形进行圆角输入fillet命令或者从修改菜单中选择“圆角”选项，对正方形进行圆角，圆角半径为5，结果如图7-20所示。

图7-19删除辅助线图7-20对正方形进行圆角（6）复制图形执行copy（复制）命令，选取圆角后的矩形、中心的两个圆以及四个小圆孔，将这7个对象沿Z轴复制-10，并删除原对象中的大圆，复制后的对象中的小圆，结果如图7-21所示。

图821复制图形74三维制作1调整线框密度网格密度控制镶嵌面的数目，它由包含M乘N个顶点的矩阵定义，M和N分别指定给定顶点的列和行的位置，在二维和三维中都可以创建网格，但主要在三维空间中使用。

Surftab1和Surftab2均用于设置网格密度，可以为Rulesurf和Tabsurf命令设置生成的列表数目，同时为Revsurf和Edgesurf命令设置在M方向的网格密度。

（1）设置在M方向的线框密度。

命令：

Surftab1输入SURFTAB1的新值：

24.

（2）设置在N方向的线框密度。

命令：

Surftab2输入SURFTAB2的新值：

247.4.1绘制三维曲面2生成直纹曲面Rulesurf（直纹曲面）是最常用的创建多边形网格的命令，用于在两条曲线间创建直纹曲面。

直纹网格以2N多边形网格的形式构造，RULESURF将网格的半数顶点沿着一条定义曲线均匀放置，将另半数顶点沿着另一条曲线均匀放置，等分数目由SURFTAB1系统变量指定，此数值对每个曲线都是相同的，因此，如果曲线不等长，那么两条曲线上顶点之间的距离不相等。

在菜单“绘图（D）”下的“建模（M）”下的“网格（M）”中选择“直纹网格（R）”，或者直接在命令提示下，输入rulesurf并回车，生成直纹曲面。

（1）制作水平管帽的直纹曲面。

命令：

Rulesurf当前线框密度：

SURFTAB1=24选择第一条定义曲线：

（选择最左边大圆），选择第二条定义曲线：

（选择左起第二个大圆）。

命令：

Rulesurf当前线框密度：

SURFTAB1=24选择第一条定义曲线：

（选择最右边大圆），选择第二条定义曲线：

（选择右起第二个大圆）。

（2）制作水平管的直纹曲面。

（3）制作垂直管帽的直纹曲面。

（4）制作垂直管的直纹曲面。

（5）采用相同的方式生成各固定孔的直纹曲面，结果如图7-22所示。

图7-22制作三维曲面7.4.2创建面域1把图7-22中以虚线表示的图形对象均转化为面域

（1）关闭“曲面”图层，只显示“三维线框”图层。

（2）创建面域。

RegiON（创建面域）:

将包含封闭区域的对象转换为面域对象。

面域是使用形成闭合环的对象创建的二维闭合区域。

环可以是直线、多段线、圆、圆弧、椭圆、椭圆孤和样条曲线的组合。

组成环的对象必须闭合或通过与其他对象共享端点面形成闭合的区域，面域可以被填充和着色；也可以进行布尔运算。

从菜单中选择“绘图”下的“面域”或直接在命令提示符下输入命令并回车，按提示创建面域，面域结果如图7-23所示。

命令：

Region选择对象：

（选择图像对象）找到1个，选择对象：

（选择图像对象）找到1个，总计2个，选择对象：

（选择图像对象）找到1个，总计37个，选择对象：

（选择图像对象）找到1个，总计38个选择对象：

，已提取38个环。

已创建38个面域。

图7-23制作面域2编辑面域编辑面域

（1）布尔求差运算。

Subtract（差集）命令：

这是布尔运算中的差集运算，用于通过减操作合并选定的面域或实体，在执行该命令时，可分为两个阶段，第一阶段是选择要从中减去的实体或面域并在完成时按按键盘回车键键确认，第二阶段是选择要从第一个选择集内减击的实体或面域并在完成时按按键盘回车键确认。

菜单“修改（M）”下的“实体编辑（N）”选择“差集（S）”或者直接在命令提示符下输入Subtract命令并回车，也可以从面板和工具栏中单击对应的按钮来执行差集操作。

命令：

Subtract选择要从中减去的实体或面域选择对象：

（选择面域A）找到1个，选择对象：

，选择要减去的实体或面域选择对象：

（选择面域B）找到1个，选择对象：

。

（2）继续使用Subtract命令对其他的面域进行差集运算，把所有的小面域从大面域中挖掉从而生成带圆孔的面域。

3调整图形布局

（1）打开“曲面”图层，并适当调整图形位置。

（2）打开“视图”下拉菜单，然后选择其中的“消隐”选项，对表面模型作消隐处理，结果如图7-24所示。

图7-24三通阀的三维曲面模型75渲染图形渲染图形“渲染”面板使用户可以快速访问基本的渲染功能。

首次打开图形时，“渲染”面板通常处于收拢状态。

在这种状态下，用户可以渲染整个视图、渲染修剪的部分视图，也可以选择渲染预设以及取消正在进行的渲染任务。

渲染进度表（也位于“渲染”窗口上）还显示了渲染的进度，在“渲染预设”菜单上，还可以打开“渲染预设管理器”，从中可以创建或修改自定义渲染预设。

7.5.1“渲染”面板介绍如果需要更多控件，可以通过单击茶壶图标来展开“渲染”面板。

使用展开的“渲染”面板上的控件可以访问更多高级渲染功能和设置，包括调整亮度、对比度、中色调和室外日光，设置雾化效果和景深效果，查看图像以及与当前图形一起保存的渲染历史记录条目，渲染更详细或更粗略的图像，设置输出分辨率等等。

图7-25“渲染”面板7.5.2给阀体赋予材质在“视图”下拉菜单的”渲染”中选择“材质”选项，系统弹出“材质”对话框，在对话框中设置“高级”材质，其余选项采用系统默认。

向对象添加材质会增强模型的真实感。

在渲染环境中，材质描述对象如何反射或发射光线，在材质中，贴图可以模拟纹理、凹凸效果、反射或折射。

从“高级渲染设置”选项板中，可以打开或关闭材质、打开或关闭材质过滤以及控制如何渲染对象表面。

使用材质包括的几个步骤：

（1）定义材质，包括定义颜色、反射或光泽度；

（2）为图形中的对象附着材质；（3）从材质库输入或输出材质。

AutoCAD为用户提供了多种材质，用户可以直接使用，也可以在原有的材质的基础上进行自定义，也可以自己建立新的材质。

AutoCAD中的材质的使用要注意以下三个方面：

（使用颜色）；

（2）使用透明度；（3）修改材质。

图7-26材质7.5.3设置灯光一般情况，如果对光源的要求不是很高，可以采用系统的默认光源设置。

如果需要，可以在“视图”下拉菜单的”渲染”中选择“光源”下的选项进行设置。

7.5.4设置渲染环境在“视图”下拉菜单的“渲染”中选择“渲染环境”选项，系统弹出“渲染环境”对话框，在该对话框将“开启雾化”选项设为“开”，设置“颜色”选项为个人认为合适的颜色作为背景，将“雾化背景”选项设为开，其余选项可以根据情况进行设置。

本例中采用默认设置。

图7-27渲染环境7.5.5高级渲染设置在“视图”下拉菜单的“渲染”中选择“高级渲染设置”选项，系统弹出“高级渲染设置”对话框，在该对话框中进行一些高级设置，主要是光源、采样、材质等。

“基本”部分包含了影响模型的渲染方式、材质和阴影的处理方式以及反锯齿执行方式的设置，“光线跟踪”部分控制如何产生着色，“间接发光”部分用于控制光源特性、场景照明方式以及是否进行全局照明和最终采集，还可以使用诊断控件来帮助了解图像没有按照预期效果进行渲染的原因。

7.5.6进行渲染完成各选项设置以后，在“视图”下拉菜单的“渲染”中选择“渲染”选项，系统开始渲染图形，渲染效果如图7-29所示。

图7-29渲染效果图本章小结本章小结:

三维曲面建模具有一定的难度，读者需要仔细体会不同命令之间的差异，这样才能达到熟练运用三维造型命令的目的。

对于每一个命令，它都有自己的特点和长处。

所以要把握每一个命令的特点，这样就能够因地制宜，避免不必要的麻烦。

虽然创建三维模型比创建二维对象的三维视图更困难、更费时间，但三维建模有诸多优势。

用户可以从任何有利位置查看模型，可以自动生成可靠的标准或辅助二维视图，可以消除隐藏线并进行真实感着色等。

思考题利用表面建模方法绘制下图：