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1、第11章三维绘图概述第1页，共32页，编辑于2022年，星期日11.1 在三维空间绘图 o11.1.1 世界三维坐标系 在前面的第三章中详细介绍了什么是世界坐标系，世界二维坐标系模型一样适用于世界三维坐标系。可以将世界三维坐标系理解为由三个世界二维坐标系组成，因为二维坐标系的概念以及转换方式前面章节已经详细叙述过，因此三维坐标系的概念与转换方式这里不再详细叙述。o11.1.2 输入X、Y和Z坐标 在前面已经介绍过在绘制平面图形时可利用直角坐标或极坐标方法来定位点，在绘制三维图形时，仍然可以使用上述方法输入和定位点。在三维空间中，绘制图形的时候主要用到以下三种坐标系：直角坐标系、柱坐标系和球坐标
2、系。直角坐标系前面已经介绍过，下面主要介绍一下柱坐标系和球坐标系。第2页，共32页，编辑于2022年，星期日11.1 在三维空间绘图 1、柱坐标 柱坐标是使用XY平面的角和沿Z轴的距离来表示，柱坐标的表示格式为：XY平面上距离XY平面角度，Z坐标（绝对坐标）XY平面上距离XY平面角度，Z坐标（相对坐标）2、球坐标 球坐标系具有3个参数：点到原点的距离、在XY平面上的角度以及与XY平面的夹角。球坐标的表示格式为：XYZ距离XY平面角度和XY平面的夹角（绝对坐标）XYZ距离XY平面角度和XY平面的夹角（相对坐标）第3页，共32页，编辑于2022年，星期日11.1 在三维空间绘图o11.1.3 设置
3、视点 所谓视点是指观察图形的方向，在三维空间中工作时，经常要利用视点显示不同的视图，以便可以轻易地验证图形的三维效果。三维空间中最常用的视点是等轴测视图，使用它可以减少视觉上重叠的对象的数目。另外，通过选定的视点，还可以创建新的对象、编辑现有对象、生成隐藏线或着色视图。在AutoCAD中，常见的设置视点方法有以下三种，三种方法的具体应用详见课本。1.为当前视口设置视点 2.为当前视口设置当前视点 3.利用“视图”工具栏选择视点第4页，共32页，编辑于2022年，星期日11.1 在三维空间绘图o11.1.4 使用三维动态观察器 在AutoCAD中使用三维动态观察器，可以在三维任意空间观察图形。在
4、命令行中输入3DORBIT或者执行“视图”“三维动态观察器”命令可以打开三维动态观察器，如下图所示。三维动态观察器的具体使用方法详见课本 第5页，共32页，编辑于2022年，星期日11.1 在三维空间绘图o11.1.5 使用三维平移和缩放 同二维空间一样，在三维空间中同样可以对视图进行平移和缩放的操作，在三维空间中进行平移和缩放操作的方法详见课本。第6页，共32页，编辑于2022年，星期日11.2 创建三维曲面 在AutoCAD中，用户可以方便地创建三维空间内的平面、曲面以及其他三维形体的表面。下面将介绍在AutoCAD中创建三维曲面的一些命令和方法。o11.2.1 创建三维面 利用3DFAC
5、E命令可以在三维空间中的任意位置创建一个三边或四边曲面。在命令行中输入3DFACE命令或者执行“绘图”“曲面”“三维面”命令，命令行窗口提示“指定第一个点”，如左图所示。根据提示在绘图区域中单击鼠标确定四个点，按ESC键退出即可创建如右图所示的四边曲面。第7页，共32页，编辑于2022年，星期日11.2 创建三维曲面 o11.2.2 创建三维网格 利用3DMESH命令可以创建一个由MxN点矩阵定义的多边形网格。M和N的最小值为2，最大值为256。在命令行中输入3DMESH命令或者执行“绘图”“曲面”“三维网格”命令，命令行窗口提示“输入M方向上的网格数量”，如左图所示。输入数值为3，按Ente
6、r键，根命令行窗口提示“输入N方向上的网格数量”，输入数值为3，按Enter键，然后在绘图区域中单击鼠标按顺序确定9（3x3）个点，即可得到如右图所示的网格。第8页，共32页，编辑于2022年，星期日11.2 创建三维曲面 o11.2.3 创建旋转曲面 利用Revsurf命令可以创建旋转曲面。首先利用样条曲线工具 和直线工具 绘制出一条样条曲线和一条直线，如左图所示。下面启动AutoCAD软件，利用Revsurf命令，以左图所示的图形为基础，创建如右图所示的图形，具体方法详见课本。第9页，共32页，编辑于2022年，星期日11.2 创建三维曲面 o11.2.4 创建平移曲面 平移曲面是指由一条
7、初始轨迹线沿指定的矢量方向伸展而成的曲面。利用Tabsurf命令可以创建平移曲面。下面启动AutoCAD软件，利用Tabsurf命令，以左图所示的图形为基础，创建如右图所示的图形，具体方法详见课本。第10页，共32页，编辑于2022年，星期日11.2 创建三维曲面 o11.2.5 创建直纹曲面 直纹曲面是指由两条指定的直线或曲线为相对的两边而生成的一个用三维网格表示的曲面。利用Rulesurf命令可以创建直纹曲面。下面启动AutoCAD软件，利用Rulesurf命令，以左图所示的图形为基础，创建如右图所示的图形，具体方法详见课本。第11页，共32页，编辑于2022年，星期日11.2 创建三维曲
8、面 o11.2.6 创建边界曲面 利用Edgesurf命令可以创建边界曲面，该方法是先确定曲面的四条边，然后再通过四条边生成曲面。首先利用多线段工具绘制出如左图所示的封闭四边形，单击分解工具将四边形进行分解。在命令行中输入Edgesurf命令或者执行“绘图”“曲面”“边界曲面”命令，命令行窗口提示“选择用作曲面边界的对象”，用鼠标依次单击选择四边形的四条边，得到如右图所示的边界曲面。第12页，共32页，编辑于2022年，星期日11.3 创建三维基本形体表面 执行“绘图”“曲面”“三维曲面”命令，打开“三维对象”对话框，可以看到图中出现了9种三维基本形体表面，如下图所示，下面分别讲述各种三维基本
9、形体表面的创建方法。第13页，共32页，编辑于2022年，星期日11.3 创建三维基本形体表面o11.3.1 创建长方体表面 单击选取上图所示的“长方体表面”，单击“确定”按钮，AutoCAD将给出如下提示序列：指定角点给长方体表面：（单击鼠标确定一点）指定长度给长方体表面：（输入5）指定长方体表面的宽度：（输入7）指定高度给长方体表面：（输入6）指定长方体表面绕Z轴旋转的角度：（输入0）这时在主视图中生成如左图所示的图形，执行“视图”“三维视图”“东南等轴测”命令，可以看到生成的长方体表面，如右图所示。第14页，共32页，编辑于2022年，星期日11.3 创建三维基本形体表面第15页，共32
10、页，编辑于2022年，星期日11.3 创建三维基本形体表面o11.3.2 创建棱锥面 创作棱锥面的方法与创建长方体表面的方法类似，具体方法详见课本。o11.3.3 创建楔体表面 创作楔体表面的方法与创建长方体表面的方法类似，具体方法详见课本。o11.3.4 创建上半球面 创作上半球面的方法与创建长方体表面的方法类似，具体方法详见课本。o11.3.5 创建球面 创作球面的方法与创建长方体表面的方法类似，具体方法详见课本。第16页，共32页，编辑于2022年，星期日11.3 创建三维基本形体表面o11.3.6 创建圆锥面 创作圆锥面的方法与创建长方体表面的方法类似，具体方法详见课本。o11.3.7
11、 创建圆环面 创作圆环面的方法与创建长方体表面的方法类似，具体方法详见课本。o11.3.8 创建下半球面 创作下半球面的方法与创建长方体表面的方法类似，具体方法详见课本。o11.3.9 创建网格 创作网格的方法与创建长方体表面的方法类似，具体方法详见课本。下面启动AutoCAD软件，演示上述9种形体的创建方法。第17页，共32页，编辑于2022年，星期日11.4创建三维实体模型 o11.4.1 三维实体工具栏 利用三维实体工具栏可以快速地创建基本的三维实体，执行“工具”“自定义”“工具栏”命令，勾选“实体”选项，单击“关闭”按钮即可打开如下图所示的“实体”工具栏。“实体”工具栏中提供了一些创建
12、三维实体模型工具，利用这些三维实体模型工具可以创建下列一些基本的三维实体：长方体、圆锥体、圆柱体、球体、楔体和圆环体。然后可以对这些基本形体进行合并、求交或者差集等布尔运算，从而生成更为复杂的三维实体。第18页，共32页，编辑于2022年，星期日11.4创建三维实体模型 o11.4.2创建长方体 单击选取上图所示的“实体”工具栏中的“长方体”工具，AutoCAD将给出如下提示序列：指定长方体的角点：（单击鼠标确定一点）指定角点或：立方体(C)/长度（L）（输入L）指定长度：（输入7）指定宽度：（输入6）指定高度：（输入5）这时在主视图中生成如左图11-56所示的图形，执行“视图”“三维视图”“
13、东南等轴测”命令，可以看到生成的长方体，如右图所示。第19页，共32页，编辑于2022年，星期日11.4创建三维实体模型 o11.4.3 创建球体 创作球体的方法与创建长方体的方法类似，具体方法详见课本。o11.4.4 创建圆柱体 创作圆柱体的方法与创建长方体的方法类似，具体方法详见课本。第20页，共32页，编辑于2022年，星期日11.4创建三维实体模型 o11.4.5 创建圆锥体 创作圆锥体的方法与创建长方体的方法类似，具体方法详见课本。o11.4.6 创建楔体 创作楔体的方法与创建长方体的方法类似，具体方法详见课本。o11.4.7 创建圆环体 创作圆环体的方法与创建长方体的方法类似，具体
14、方法详见课本。下面启动AutoCAD软件，演示上述7种形体的创建方法。第21页，共32页，编辑于2022年，星期日11.4创建三维实体模型 o11.4.8 将二维对象拉伸成三维实体 创作通过“实体”工具栏中的“拉伸”工具 ，可以将二维对象拉伸成三维实体。首先，在俯视图中利用正多边形工具 绘制出两个正多边形，如左图所示。单击“实体”工具栏中的“拉伸”工具 ，然后框选上两个正多边形，按Enter键，命令行提示“指定拉伸高度”，输入数值2，按两次Enter键，将视图切换到“东南等轴测”视图，得到拉伸后的三维实体，如右图所示。第22页，共32页，编辑于2022年，星期日11.4创建三维实体模型 o11
15、.4.9 将二维对象旋转成三维实体 通过“实体”工具栏中的“旋转”工具 ，可以将二维对象旋转成三维实体。首先，在主视图中绘制出如左图所示的图形。单击“实体”工具栏中的“旋转”工具 ，然后框选上三角形，按Enter键确认，单击鼠标从上往下绘制出一条直线作为旋转路径，按Enter键确认，得到旋转后的图形如中图所示，将视图切换到“东南等轴测”视图，得到如右图所示的三维实体。第23页，共32页，编辑于2022年，星期日11.5三维实体模型的布尔运算 在AutoCAD中，可以通过对基本三维实体进行布尔运算，从而生成复杂的三维形体。对三维实体的布尔运算主要包括求并、求差、求交的运算，下面分别介绍这三种布尔
16、运算的应用。o11.5.1求并运算 创作对所选择的三维实体进行求并运算，可将两个或两个以上的实体进行合并，从而形成一个整体，启动求并运算的命令是Union。利用三维实体工具栏创建一个立方体和一个球体，如左图所示。在命令行中输入Union命令，分别单击选择立方体和球体，按Enter键确认，得到合并后的三维实体如右图所示。第24页，共32页，编辑于2022年，星期日11.5三维实体模型的布尔运算 第25页，共32页，编辑于2022年，星期日11.5三维实体模型的布尔运算o11.5.2求差运算 创作对三维实体或面域进行求差运算，实际上就是从一个实体中减去另一个实体，最终得到一个新的实体，启动求差运算
17、的命令是Subtract。以左图所示的图形为基础，在命令行中输入Subtract命令，单击选择立方体。按Enter键确认，然后单击选择球体，按Enter键确认，得到求差后的三维实体如右图所示。第26页，共32页，编辑于2022年，星期日11.5三维实体模型的布尔运算o11.5.2 求交运算 创作对两个或两上以上的实体进行求交运算，将会得到这些实体的公共部分，而每个实体的非公共部分便会被删除，启动求交运算的命令是Intersect。以左图的图形为基础，在命令行中输入Intersect命令，然后框选上立方体和球体，按Enter键确认，得到求交后的三维实体如右图所示。第27页，共32页，编辑于202
18、2年，星期日11.6 三维模型的渲染 o11.6.1 渲染工具栏 AutoCAD提供了很强的渲染功能，用户可以在模型中添加多种类型的光源，可以给模型附加材质，还可以加入背景图片，最后还可以把渲染图像以各种文件格式输出。在AutoCAD中，主要通过渲染工具栏来对模型进行渲染，执行“工具”“自定义”“工具栏”命令，勾选“渲染”选项，单击“关闭”按钮即可打开如下图所示的“渲染”工具栏。工具栏中各选项的具体含义详见课本第28页，共32页，编辑于2022年，星期日11.6 三维模型的渲染o11.6.2创建渲染图像的方法和步骤 创作在AutoCAD中，创建渲染图像的方法和步骤如下：1.设置光源，包括设置光
19、源的类型、强度和颜色等。2.设置材质，包括设置材质的漫反射色、环境反射色、粗糙度、透明度等属性。3.添加背景图像。4.选择适当的渲染方式进行渲染。在下面的本章范例中，将通过一个实例讲述创建渲染图像的完整过程，本章范例详见课本。第29页，共32页，编辑于2022年，星期日11.7 本章小结o本章主要学习三维空间绘图的相关知识。o在三维空间中，绘制图形的时候主要用到以下三种坐标系：直角坐标系、柱坐标系和球坐标系。o视点是指观察图形的方向，在AutoCAD中，通常通过DDVPOINT命令、VPOINT命令和“视图”工具栏来设置视点。o使用三维动态观察器，可以在三维任意空间观察图形。在命令行中输入3D
20、ORBIT命令可以打开三维动态观察器。第30页，共32页，编辑于2022年，星期日11.7 本章小结o在命令行直接输入3DPAN命令可以启动三维平移功能，输入3DZOOM命令可以启动三维缩放功能。o利用“实体”工具栏可以创建长方体、球体等基本三维形体，然后可以对这些基本形体进行求并、求交和求差的布尔运算。oAutoCAD中提供了很强的渲染功能，用户可以在模型中添加多种类型的光源，可以给模型附加材质，还可以加入背景图片，最后还可以把渲染图像以各种文件格式输出。第31页，共32页，编辑于2022年，星期日11.8 本章习题o本章习题（包括思考题和操作题详见课本）第32页，共32页，编辑于2022年，星期日