第14章三维画图基础.docx
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第14章三维画图基础
第14章三维画图基础
本章要点
三维坐标系统
用户坐标系（UCS）
三维视图
通过运用以前章节的知识，咱们已经能够顺利完成二维制图工作了，可是二维图形毕竟直观性较差，要想更好的表现设计者的设计思想，还要运用三维立体图形，中望CAD2008为咱们提供了三维画图功能。
本章将介绍三维模型的创建、编辑的有关命令的利用。
三维坐标系统
中望CAD2008的坐标系统采用的是笛卡尔坐标系，下面介绍有关的概念。
14.1.1笛卡尔坐标系统
笛卡尔坐标系统是由彼此垂直的X轴、Y轴、Z轴三个坐标轴组成的，如图14-1所示。
图14-1世界坐标系的X、Y和Z轴
它是利用这三个彼此垂直的轴来肯定三维空间的点，图中的每一个位置都可由相对于称作原点的（0，0，0）坐标系的点来代表，所有的中望CAD2008图形均利用一个固定的坐标系，称作世界坐标系（WCS）。
图中每一点都可用世界坐标系的一组特定（X，Y，Z）坐标值代表。
也能够在三维空间任意位置概念任一个坐标系，这些坐标系称作用户坐标系（UCS）位于WCS的某一名置和某一方向。
为了有助于绘制三维图元，可创建任意数量的用户坐标系，存储或重概念它们。
通过在WCS内概念UCS的方式，能够用组合二维图元的方式简单地生成三维图元。
为了帮忙识别当前坐标系，程序会显示坐标系图标。
当打开一张新的图形文件时，程序自动地位于世界坐标系（WCS）用字母W标识图标，当在平面视点展示图形时，坐标系图标将从顶部显示，Z轴朝向利用者。
当不是用平面视点显示三维图形时，坐标系图标将反映视点的改变，如图14-2所示。
技能：
轴的可见部份是正方向
中望CAD2008中缺省的坐标系称为WCS（世界坐标系），如图14-1所示为三个坐标轴，如图14-2所示为显示在屏幕上的坐标系图标。
WCS图标平面UCS图标三维视点WCS图标
图14-2显示在屏幕上的坐标系图标
要形象地说明中望CAD2008工作的三维空间，可利用一种称作右手准则的技能。
如图14-3（a）所示，掌心向自己，右手捏成拳头，伸出大拇指代表X轴正方向，食指向上代表Y轴正方向，中指指向自己代表Z轴正方向，此刻三根指头正好代表了X、Y和Z的正方向。
还可用右手准则来肯定旋转正方向，如图14-3（b）所示，用大拇指来代表要旋转的轴的正方向，其他手指弯曲指向拳心手指弯曲的方向即为旋转正方向。
（a）（b）
图14-3右手准则的技能
14.1.2坐标格式
正如点在二维平面中能够用直角坐标或极坐标两种形式来表示，在三维空间中则有直角坐标、柱坐标和球坐标三种格式，表14-1给出了这些格式的含义及表示形式。
表14-1直角坐标、柱坐标和球坐标
格式名称
绝对坐标形式
相对坐标形式
（绝对坐标前加@）
举例
直角坐标
[X]，[Y]，[Z]
@[X]，[Y]，[Z]
3，2，5
极坐标
[距离]＜[角度]
@[距离]＜[角度]
5＜60
柱坐标
[XY平面上的距离]＜[与X轴的夹角]，[Z轴上的距离]
@[XY平面上的距离]＜[与X轴的夹角]，[Z轴上的距离]
5＜60，6
球坐标
[距离]＜[与X轴的夹角]＜[与XY平面的夹角]
@[距离]＜[与X轴的夹角]＜[与XY平面的夹角]
8＜60＜30
WCS坐标
坐标形式前加*
@后加*
注意：
在座标前加﹡前缀，表示世界坐标系下的坐标值。
如图14-4所示，直角坐标3，2，5表示点相对于原点沿X轴方向3个单位，沿Y轴方向2个单位，沿Z轴方向5个单位。
柱坐标能够理解为用该点在座标系XY平面上的投影的极坐标及Z坐标来表示，柱坐标5<60，表示该点投影到XY平面后与原点的距离为5，与X轴夹角为60°，而且到XY平面的距离（Z坐标）为6。
球坐标格式需要表示出点到原点的距离，点与原点的连线在XY平面上的投影与X轴的夹角，和该点到原点的连线与XY平面的夹角，球坐标8<60<30表示点到坐标系原点距离为8，点与原点的连线在XY平面上的投影与X轴的夹角为60°，与XY平面的夹角为30°。
例如，将对象沿Z轴正向移动30个单位，在输入肯定位移的第二点时，用直角坐标表示应键入＠0，0，30，用柱坐标格式表示则键人＠0<0，30，用球坐标格式表示则键人＠30＜0＜90°。
直角坐标柱坐标球坐标
图14-4三维空间坐标
14.1.3XYZ点过滤器的利用
点过滤器提供一个在图形中,不须指定整个坐标就可找到一点相对于另一点位置的方式，利用一个点过滤器，你可输入部份坐标，接着程序会提示你其它坐标信息。
以如下格式的一个过滤器回答一个点坐标提示,以便利用xyz点过滤器:
.coordinate
coordinate是一个或多个字母x,y与z程序接着会针对已过滤坐标做提示，例如,你输入.xy,程序提示你选一个xy坐标是你要的点,再提示你z坐标。
过滤器.x,.y,.z,.xy,.xz和.yz皆为有效过滤器。
1.二维空间中利用点过滤器
当你在二维环境作图时,能够利用点过滤器找到相对于原有实体的点位置,例如,在一个矩形中心画一个圆，如图14-5可作如下操作：
命令:
Circle
两点（2P）/三点（3P）/半径-相切-相切（RTT）/弧线（A）/多次（M）/<圆中心（C）>:
.Y
选择Yof:
Mid
捕捉到中点of:
（选择矩形左侧A）
仍需XZof:
Mid
捕捉到中点of:
（选择矩形右边B）
直径（D）/<半径（R）>:
（指定圆的半径）
2.三维空间利用点过滤器
在立体空间作业时,可利用点过滤器找到点的二维平面位置,再指定z轴坐标作为xy平面上的高度,例如要画一条直线，如图14-6所示直线起点为沿Z轴方向距某圆圆心100个单位的点,第一画一个圆,再开始指令Line，其操作如下：
命令:
Line
回车利用上一次点/跟踪（F）/<线的起始点>:
.xy
选择XYof:
cen
仍需Zof:
100
角度（A）/长度（L）/跟踪（F）/闭合（C）/撤消（U）/<终点>:
（指定直线的终点）
图14-5在一个矩形中心画一个圆图14-6画一条直线
用户坐标系（UCS）
到目前为止，咱们一直是在利用一个坐标系即WCS（世界坐标系）即输入的坐标是WCS的坐标，二维的操作也都是在WCS的XY平面上进行的。
可是要有效地成立3D图形，用户的二维操作平面可能是空间中的任意一个面。
UCS（UserCoordinateSystem用户坐标系）的作用就是让用户设定坐标系的位置和方向，从而改变工作平面，便于坐标输入。
正确地运用UCS命令将简化3D进程是建模的关键。
因此重点介绍UCS命令及相关的操作。
14.2.1UCS命令概念用户坐标
1.命令功能
UCS命令用于设置用户创建三维模型时所需要的自概念坐标系统。
用户绘制三维图形时，为了在形体的不同表面上作图，必需调整当前作图面的位置，UCS命令可帮忙完成这项工作。
2.选项说明
执行UCS命令后，命令行提示：
“?
/3点（3）/删除（D）/对象（E）/起始（O）/前次（P）/还原（R）/保留（S）/视图（V）/X/Y/Z/Z轴（ZA）/<世界（W>：
”。
？
：
用户能够利用该选项查询系统中存储的所有坐标系的情形。
3点（3）：
选择此项后，用户能够在命令行的提示下别离指定坐标系原点位置、X轴方向和Y轴方向，最后肯定整个坐标系。
用户在输入三个点的坐标时应注意，这三点不能位于同一直线上。
删除（D）：
选择此选项后，用户能够直接输入以前存储的UCS名称来删除这些坐标系。
一次可删除多个UCS坐标系，在输入名称时用逗号隔开即可。
对象（E）：
选择此选项后，用户能够利用点选法选择屏幕上已有的形体来肯定UCS坐标系。
用户能够选择的形体及肯定坐标系的方式在表14-2中列出。
起始（O）：
直接输入一个坐标值，肯定新的坐标系原点位置，以后所有点将以此原点为准计算图形中点的坐标值，新坐标系中的X、Y、Z轴方向与原坐标系中X、Y、Z轴方向相同。
前次（P）：
选择此选项后，用户能够将当前坐标系恢复到前一次所设置的坐标系位置。
用户能够持续执行那个命令，直到将坐标系恢复为WCS为止。
还原（R）：
选择此选项后，用户可输入一个已存入系统文件中的UCS坐标系的名称来挪用已命名保留的UCS坐标系。
保留（S）：
选择此选项后，用户能够命名存储当前所设置的参数，为以后挪用该坐标系提供方便。
视图（V）：
选择此选项后，用户能够创建新的坐标系，新坐标系XOY平面与屏幕平行，坐标系原点不变。
X／Y／Z：
原坐标系坐标平面别离绕X、Y、Z轴旋转而形成新的坐标系。
输入的角度能够使正值和负值，用右手定则肯定绕该轴旋转的正方向。
Z轴（ZA）：
选择此选项后，用户能够在命令行的提示下指定新坐标系原点位置和新坐标系中Z轴的正半轴上的一点，从而肯定新坐标系。
世界坐标（W）：
选择世界坐标系作为当前坐标系，用户能够从任何一种UCS坐标系下返回到世界坐标系状态。
表14-2
对象
确定UCS的方法
圆弧
弧的圆心为坐标原点，X轴通过靠近选择点的弧的端点
圆
圆的圆心为新的坐标系原点，X轴通过选择点
尺寸
尺寸文本的中点为新的坐标系原点，X轴的方向平等于标注尺寸的坐标系的X轴
线
靠近选择点的线的端点为新的坐标系原点。
中望CAD选择新的X轴使得该线位于新坐标系的XZ平面内（即线的第二个端点的Y坐标为0）
点
该点为新的坐标系的原点
二维多段线
多段线的起点为新坐标系的原点，X轴方向为从多段线的起点向第二点延伸的方向
二维填充
填充体的第一点为坐标系的原点，X轴为前两点的连线方向
宽线（lrace）
宽线的FROM点为坐标系原点，X轴位于它的中心线上
三维面
第一点为坐标系原点，X轴为第一点到第二点的连线方向，第一点到第四点连线为Y轴正向方向，2轴遵从右手定则
形、文字、块参照、属性定义
物体的插入点（Tbeinsertionpoint）为坐标系的原点，旋转方向为X轴，该物体在新的坐标系的旋转角度为0
14.2.2用Dducsp命令利用预设的用户坐标系
1.命令功能
命令行：
Dducsp
中望CAD2008提供预设UCS，通过沿X、Y、Z轴观察方向排定六个平面，即俯视、左视、前视、仰视、右视、后视概念UCS。
既可通过WCS也可通过UCS选择这些工具起作用。
另外，程序还提供选择前一UCS，指定为当前UCS或设置到WCS。
被选择一个UCS时，十字光标方向及UCS图标也会改变以反映新的UCS。
除非选择了“将视图改变到所选UCS的平面视图”框，不然显示不发生转变。
2.选项说明
命令执行后，出现用户坐标系统（UCS）对话框，如图14-7所示。
A指定是相对于当前UCS仍是世界坐标系（WCS）概念新的UCS
B选择将视图改变到所选UCS的平面视图
C选择前一UCS
D选择所需的预设UCS
E选择设置到WCS
F选择当前视图作UCS
G显示中望CAD2008资源管理器
图14-7用户坐标系统（UCS）对话框
14.2.3坐标系管理
下拉菜单：
[工具]→[命名UCS]
命令行：
DDUCS
执行命令后出现UCS对话框，如图14-8（a）、（b）、（c）所示。
1）“命令UCS”选项卡：
如图14-8（a）所示。
显示已命名UCS及详细信息，并可将选定UCS置为当前。
2）“正交UCS”选项卡：
如图14-8（b）所示。
可设定相对选定坐标系的6个正交坐标系。
图示为相对于WCS。
若是存在用户命名的UCS，在“相对于”窗口当选中UCS，6个正交坐标系则按该UCS成立。
图14-8（a）“命令UCS”选项卡图14-8（b）“正交UCS”选项卡
3）“设置”选项卡：
如图14-8（c）所示。
UCS图标设置可设定的开关、显示位置，应用范围。
UCS设置中，选中第一选项可使当前UCS信息与视口其他信息一并保留；选中第二选项，当设定新的UCS时视口图形随之更新。
图14-8（c）“设置”选项卡
提示：
执行Dducsp，出现用户坐标系统（UCS）对话框，点选“UCS管理”按钮后出现如图14-9所示的资源管理器--坐标系统对话框。
图14-9坐标系统对话框
通过下拉菜单：
“编辑”→“新建”→“UCS”能够弹出UCS创建菜单，能够创建、存储、管理用户坐标UCS。
14.2.4用户坐标系应用举例
要绘制如图14-10所示的楔形体图，必需用UCS协助进行，其步骤如下：
1．绘制楔形体
图14-10绘制的楔形体图
用DDUCSP命令打开“坐标系统资源管理器”。
别离创建六个UCS：
1）创建“UCS底面”：
用“3点”方式，前后选点B’、B、C’。
2）创建“UCS前面”：
用“3点”方式，前后选点B、C、A。
3）创建“UCS后面”：
用“3点”方式，前后选点B’、C’、A’。
4）创建“UCS左面”：
用“3点”方式，前后选点B’、B、A’。
5）创建“UCS右面”：
用“3点”方式，前后选点C’、C、A’。
6）创建“UCS当前视图”：
用“视图（V）”方式。
2．将“UCS底面”设为当前，用Ecircle命令在楔形体底面画一个圆，并用Dtext命令写上“底面”二字。
3．将“UCS前面”设为当前，用Ecircle命令在楔形体前面画一个圆，并用Dtext命令写上“前面”二字。
4．将“UCS后面”设为当前，用Ecircle命令在楔形体后面画一个圆，并用Dtext命令写上“后面”二字。
5．将“UCS左面”设为当前，用Ecircle命令在楔形体左面画一个圆，并用Dtext命令写上“左面”二字。
6．将“UCS右面”设为当前，用Ecircle命令在楔形体右面画一个圆，并用Dtext命令写上“右面”二字。
7．将“UCS当前视图”设为当前，用Ecircle命令在楔形体之外另画一个圆，并用Dtext命令写上“当前视图UCS”几个字，然后用Dtext命令再给楔形体各个极点别离标上字母“A”、“B”、“C”、“A’”、“B’”、“C’”。
三维视图的创建
1.三维视图
长方形若沿Z坐标方向赋以一个高度，就可形成一个四棱柱，如图14-11所示。
圆如沿Z轴也赋以一个高度，就可生成一个圆柱体，如图14-12所示。
图14-11四棱柱图14-12圆柱体
2.三维视图的创建
三维视图最简单创建的方式就是利用基面命令。
命令行：
Elev
命令功能：
设置当前画图基准面高度和以此基准面为基准的物体延伸厚度，厚度为正，向上延伸，厚度为负，向下延伸。
操作格式：
命令:
Elev
新当前标高<0>：
基面高当前值，直接回车标高为0
新当前厚度<0>：
厚度当前值，三维肯定有厚度
如图14-11所示，设沿Z轴方向基准高度为0，若厚度为-10，则物体向下延伸-10，若设基准高度为-10，厚度为+10，即物体向上延伸，其最终结果是一致的。
3.实例
画如图14-13所示的凸台，其基准高度设在大圆柱体下部，则命令操作如下：
命令:
Elev
新当前标高<0>：
新当前厚度<0>：
20
命令:
Circle
…/<圆心（C）>：
（选圆心坐标）
直径（D）/<半径（R）>：
80
命令:
Elev
新当前标高<0>：
20
新当前厚度<0>：
30
命令:
Circle
…/<圆心（C）>：
（选圆心坐标）
直径（D）/<半径（R）>：
40
图14-13两个图柱体的立体图
4．中望CAD的三维视图观察
图14-14飞机三维图形
中望CAD除具有3D功能外，还具有由用户任选视点（Vpoint）的功能。
也能够通过“视图”→“三维视图”→各类位置视点，每当用户选择一个新的视点，中望CAD就自动生成一个与视点方向相一致的新的三维图形。
如图14-14及图14-15所示。
图14-15衡宇建筑图
消隐命令
当三维图形生成后，中望CAD还提供了消除隐藏线的命令（Hide），能自动将生成的图形中看不见的线段消去。
消隐命令能自动地生成消隐后的图形功能。
对于单个物体，能自动删除不可见的轮廓线，对于多个物体，能自动删除被前面物体遮挡的线段，如图14-16所示。
图14-16消隐后的图形
三维形体
三维形体是一些由三维面组成的圆锥体、球、圆环等物体。
主要用于快速绘制这种的图形实体。
中望CAD提供的三维形体可通过菜单上选择三维形体创建指定的三维形体。
如图14-17所示。
通过这些曲面图标，能够创建不同的三维几何形体。
任何复杂的几何形体，都可分解为上面的大体几何体，也能够说，复杂的形体总能够通过大体几何体进行并交差运算而取得。
读者只要多加练习，即可掌握三维形体的创建，直观形象的展示你的设计。
图14-17中望CAD的曲面图标
下面介绍其中的一部份：
1.长方体（Box）
用于创建长方体，提示与选项如下：
中心（C）/<方体的角><0,0,0>:
立方体（C）/长度（L）/<对边>:
长方体高度:
长方体旋转角度:
该命令通过指定空间两点的位置来创建长方体。
选取命令的不同选项后，按照提示操作即可。
应当注意的是：
该命令创建的实体的长、宽、高其方向均与当前UCS的X、Y、Z轴平行。
若输入数值为正，则沿着坐标轴正方向创建实体；若输入数值为负，则沿着坐标轴负方向创建实体。
2.楔体（Wedge）
用于创建楔体表面，提示与选项如下：
中心（C）/<楔的边><134,238,0>:
立方体（C）/长度（L）/<对边>:
楔高：
该命令通过指定空间楔体底面两对角点的位置来创建楔体底面，楔高创建楔体的高度。
3.棱锥面
用于创建棱锥面，提示与选项如下：
方锥体底面第一点:
第二点:
第叁点:
四面体（T）/<底面最后点>:
脊（R）/顶面（T）/<方锥体极点（A）>:
4.圆锥面（Cone）
用于创建圆锥面或圆台体，提示与选项如下：
圆锥体底面中心:
直径（D）/<底面半径（R）>:
直径（D）/<顶面半径（R）><0>:
圆锥体高度:
圆锥体分割数<16>:
5.球面（Sphere）
用于创建球面，提示与选项如下：
球面中心:
直径（D）/<球面半径（R）>:
经度向截面数<16>:
纬度向截面数<16>:
6.半球面（dome）
提示与选项如下：
圆顶中心:
直径（D）/<半球半径（R）>:
圆顶分割数<16>:
顶-底分割数<8>:
7.圆环面（Torus）
用于创建圆环形实面，提示与选项如下：
直径（D）/<外圆半径（R）>:
直径（D）/<内圆半径（R）>:
内圆分割数<16>:
外圆分割数<16>:
8.旋转曲面（Revsurf）
选择一旋转线性对象:
选择旋转的轴线:
起始旋转面的角度<0%%d0'>:
起始旋转面的角度<0%%d0'>:
旋转对象角度（+逆时针,-表顺时针<360>:
9.拉曲面（Tabsurf）
选择要拉伸的对象:
选择直线或切断的多段线作为拉伸路径:
读者可按照提示，多练习，肯定有新的发觉！
三维视图
三维视图是在三维空间中从不同视点方向上观察到的三维模型的投影，咱们能够通过不同指定视点取得三维视图。
按照视点位置的不同，能够把投影视图分为标准视图、等轴测视图和任意视图。
标准视图即为制图学中所说“正投影视图”，别离指俯视图（将视点设置在上面）、仰视图（将视点设置在下面）、左视图（将视点设置在左面）、右视图（将视点设置在右面）、主视图（将视点设置在前面）、后视图（将视点设置在后面）。
等轴测视图是指将视点设置为等轴测方向，即从45°方向观测对象，别离有西南等轴测、东南等轴测、东北等轴测和西北等轴测。
任意视图是在空间任意设置一个视点取得的视图。
中望CAD2008的缺省显示视图为XY平面视图，是从Z轴正方向无穷远处向Z轴负无穷远处看去取得的投影图，也就是俯视图。
图14-19为视图工具对话框，其中14个立方体图标别离代表6个标准视图和8个等轴测视图，阴影面表示投影平面。
在视图工具条上你能够通过以下方式来设置一个三维视图：
1．设置视点
2．动态视点控制
3．平面视图
读者能够通过改变视图的方式来实现从不同的视点来观察图形，或从不同方位对三维模型进行操作。
14.6.1任意视点设置命令（Vpoint）
1.命令功能
下拉菜单：
[视图]→[三维视图]→[视点]
命令行：
Vpoint
视点命令功能，用于任意设置和改变视点，从而取得任意三维视图。
在Elev命令设置后，只在屏幕显示一个二维的图形，这时要用Vpoint命令来选择一个视点，并从该视点来观察物体，尔后即能在屏幕生成一个从相应视点投影而得的三维图形。
2.选项说明
执行此命令，命令行提示：
“平面（P）/旋转（R）/<视点><0,0,1>:
”
视点：
输入一个任意的空间坐标点作为视点，从而取得一个三维视图，其投影方向为由视点指向原点。
3.选择视点
中望CAD提供了二种选择视点的方式。
由键盘输入视点坐标，命令格式如下：
命令:
Vpoint
透视（PE）/平面（P）/旋转（R）/<视点><0,0,1>：
1,2,3
<>中为当前X,Y,Z视点的坐标值，1,2,3为输入视点的新坐标，每当新坐标输入后，屏幕上的二维图形消失，中望CAD提示你正在从头生成新的图形，稍等片刻，屏幕就生成一个从该视点投影的轴测图。
如图14-18所示。
图14-18新的视点位置
提示：
在利用Vpoint命令前，需要以下几点：
1．VpoinT命令所设视点的投影为轴测投影图，而不是透视投影图，其投影方向是视点A（X,Y,Z）与坐标原点O的连线。
2．视点只指定方向，不指定距离，也就是说，在OA直线及其延长线上选择任意一点作为视点，其投影效果是相同的。
3．一旦利用Vpoint命令选择一个视点以后，那个位置一直维持到从头利用Vpoint命令改变它为止，或利用“ViewRestore”或“ZoomPrevious”恢复到前一个视点。
14.6.2正轴测图和正投影图设置命令（Setvpoint）
1.命令功能
命令行：
Setvpoint
用此命令能够利用预设视点，从而能够取得八种正轴测图和六种正投影图。
2.选项说明
执行此命令，出现预设视点对话框，如图14-19所示。
其中“轴视图”则为正投影图。
图14-19预设视点对话框
图14-20是通过下拉菜单：
[视图]→[三维视图]→[东南等轴测]显示的大巴。
图14-20东南等轴测]显示的大巴
14.6.3动态的设置视点命令（Ddvpoint）
1.命令功能
下拉菜单：
[视图]→[三维视图]→[视点预置]
命令行：
Ddvpoint
此命令用于动态的设置视点。
图14-21预设视点对话框
14.6.4实时运动观察图形
图14-22三维动态观察器
下拉菜单：
[视图]→[三维动态观察器]
工具栏：
[标准工具栏]
命令行：
Rtpan、Rtzoom、Rtrot
此命令用于动态的设置视点，从而实现对三维模型进行动态的平移、缩放、旋转的观察效果。
如图14-22所示。
14.6.5显示平面视图命令（Plan）
1.命令功能
下拉菜单：
[视图]→[三维视图]→[平面视图]
命令行：
Plan
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