Капустина Лабораторный практикум по курсу Основы вычислителн 2012
.pdfМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИФИ»
Волгодонский инженерно-технический институт
Н.В. Капустина, Н.В. Литвин
Лабораторный практикум по курсу
«ОСНОВЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ»
Рекомендовано УМО «Ядерные физика итехнологии» в качестве учебного пособия
для студентов высших учебных заведений
Москва 2012
УДК 004.92 (076.5) ББК 32.973.2 К 20
Капустина Н.В., Литвин Н.В. Лабораторный практикум по курсу «Основы вычислительной техники»: Учебное пособие. – М.: НИЯУ МИФИ, 2011. – 64 с.
В учебном пособии рассматриваются основные понятия и навыки трехмерного (каркасного и твердотельного) моделирования в AutoCad. Приведены теоретические сведения, необходимые для выполнения практических работ, методика и последовательность проведения работ.
Рекомендуется использовать при изучении дисциплины «Основы вычислительной техники» для студентов, обучающихся по специальности 21010465 «Микроэлектроника и твердотельная электроника».
Пособие подготовлено в рамках Программы создания и развития НИЯУ МИФИ.
Рецензенты:
З.О. Кавришвили, канд. техн. наук, доцент (ВИТИ НИЯУ МИФИ), В.А. Кочетов, вед. инж. (НИЯУ МИФИ)
ISBN 978-5-7262-1595-2 © Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», 2012
Содержание |
|
Практическая работа № 1. СОЗДАНИЕ ТИПОВЫХ ТРЕХМЕРНЫХ |
|
ПОВЕРХНОСТЕЙ И ПРОСМОТР 3D ОБЪЕКТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ |
|
СТАНДАРТНЫХ ВИДОВ......................................................................................... |
4 |
Практическая работа № 2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ПСК ДЛЯ |
|
ПОСТРОЕНИЯ 3D ОБЪЕКТОВ............................................................................ |
10 |
Практическая работа № 3. ПОВЕРХНОСТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ................... |
20 |
Практическая работа № 4. СОЗДАНИЕ СЛОЖНЫХ ТЕЛ...................................... |
33 |
Практическая работа № 5. СОЗДАНИЕ РАЗРЕЗОВ И СЕЧЕНИЙ ТЕЛ................ |
40 |
Практическая работа № 6. СОЗДАНИЕ МАССИВОВ В ТРЕХМЕРНОМ |
|
ПРОСТРАНСТВЕ.................................................................................................. |
52 |
Практическая работа № 7. САМОСТОЯТЕЛЬНОЕ ПОСТРОЕНИЕ |
|
ОБЪЕКТОВ ........................................................................................................... |
60 |
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ........................................................................................... |
62 |
________
3
Практическая работа № 1
СОЗДАНИЕ ТИПОВЫХ ТРЕХМЕРНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ И ПРОСМОТР 3D ОБЪЕКТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СТАНДАРТНЫХ ВИДОВ
Цель работы: научиться создавать трехмерные поверхности и применять различные стандартные виды для просмотра изображений.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
AutoCAD позволяет создавать ряд стандартных геометриче-
ских тел.
Политело (оболочка). Команда позволяет создавать объемные тела, используя в качестве основы вычерченные ранее линии, дуги или окружности. Работая с этой командой, следует вводить параметры толщины (PSOLWIDTH) и высоты (PSOLHEIGHT) создаваемой оболочки. Параметры политела имеют начальные значения и сохраняются в файле чертежа. В процессе работы параметры можно изменять.
Ящик (параллелепипед). Сначала формируется основание в форме прямоугольника или квадрата, а затем вводится параметр высоты. Разновидность команды Cube позволяет формировать сразу куб, а вариант Length – создавать фигуру, указывая размеры каждой из сторон. При построении ящика используют такие его параметры как длина, ширина, высота (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Ящик (параллелепипед) |
Рис. 1.2. Клин |
4
Клин. В представлении AutoCAD клин является половиной прямоугольного параллелепипеда, срезанного по диагонали. На рис. 1.2 показаны клин и параметры, которые вводятся при его построении.
Конус. Командой Конус можно создавать поверхность полного или усеченного конуса. В процессе выполнения команды от вас потребуется ввод радиуса или диаметра нижнего и верхнего основания конуса, а также его высоты. Если в ответ на запрос радиуса верхнего основания конуса ввести 0, будет создан полный конус, в противном случае – усеченный. С помощью этой команды можно также создать поверхность цилиндра, для этого следует задать одинаковыми верхний и нижний радиус (диаметр) основания (рис. 1.3).
Рис. 1.3. Геометрические фигуры, созданные командой Конус
Шар (сфера). Сфера – наиболее простая по |
|
способу построения поверхность (рис. 1.4). Для |
|
ее создания необходимо лишь указать ее центр и |
|
радиус либо диаметр. |
|
Цилиндр. Задается центр, а далее радиус ок- |
|
ружности (или диаметр), образующей основание |
|
цилиндра. Затем вводится или указывается вы- |
Рис. 1.4. Сфера |
сота. Высота может вводиться непосредственно |
|
с клавиатуры или щелчком мыши (два раза) в |
|
любом месте чертежа, и при этом программа |
|
воспринимает абсолютное расстояние между |
|
двумя указанными точками (рис. 1.5). |
|
Пирамида. Команда Пирамида предназначе- |
|
на для формирования 3D поверхности в виде |
|
пирамиды с четырехугольным или треугольным |
|
основанием (рис. 1.6). С помощью этой команды |
Рис. 1.5. Цилиндр |
можно формировать как пирамиды, сходящиеся |
5
|
гранями в точку, так и усеченные пирамиды, |
|
имеющие два основания. Кроме того, комби- |
|
нируя порядок задания точек, можно строить |
|
самые разнообразные пирамиды, в том числе |
|
и с эффектом скручивания. При построении |
|
пирамиды сначала задаются размеры осно- |
|
вания пирамиды, затем вводится или указы- |
Рис. 1.6. Пирамида |
вается высота. |
|
Тор. Тор – это трехмерная поверхность, |
|
описывающая знакомый всем бублик (рис. |
|
1.7). Фигура формируется последовательно. |
|
Вначале задается центр тора, затем вводится |
|
размер радиуса тора (большой радиус). По- |
|
сле этого вводится радиус окружности, обра- |
|
зующей поперченное сечение тора (малый |
Рис. 1.7. Тор |
радиус). |
|
Чтобы создать какую-либо геометриче- |
скую фигуру надо воспользоваться командой [Черчение – Моде-
лирование – Ящик (Конус, Пирамида и др.)].
Виды. При выполнении 3D построений важно правильно расположить вид на проектируемый объект. От этого зависит не только получение нужного изображения объекта, но и возможность правильного задания координат точек на 3D объекте. В настоящее время часто возникает необходимость создания нескольких двухмерных видов этих элементов. В большинстве случаев при этом достаточно 3 видов: спереди, сверху, сбоку. Однако некоторые объекты могут иметь различие в отображении конструкции на виде, например слева и справа. Поэтому их иногда необходимо дополнять парными видами: сверху - снизу, слева – справа и спереди
– сзади.
Все эти виды (рис. 1.8) можно установить, используя команду меню [Вид – 3D виды - …].
Вид сверху показывает объект на виде в плане. Модель отображается как бы при взгляде на нее с высоты птичьего полета, когда параллельные линии не имеют перспективных искажений при удалении. Данный вид соответствует вектору точки зрения, заданному командой Тзрения (_vpoint) с координатами 0,0,1. Вид сверху довольно часто применяется при просмотре архитектурно – строи-
6
тельных чертежей, так как он представляет практически план сооружения, и при просмотре чертежей машиностроительного профиля.
Рис. 1.8. Стандартные ортогональные виды на трехмерное тело
Вид снизу показывает вид на объект как бы из-под земли. Он соответствует вектору точки зрения, заданному командой Тзрения (_vpoint) с координатами 0,0,-1. Данный вид редко применяется при архитектурно-строительном моделировании, но при выполнении сложных машиностроительных деталей иногда обязателен.
Вид слева показывает модель сбоку, с левой стороны. Он соответствует вектору точки зрения, заданному командой Тзрения
(_vpoint) с координатами -1, 0, 0.
Вид справа показывает модель сбоку, с правой стороны. Он соответствует вектору точки зрения, заданному командой Тзрения
(_vpoint) с координатами 1, 0, 0.
Вид спереди показывает фронтальный вид объекта. Обычно это фронтальный вид в технических чертежах или один из фасадных видов в архитектурно – строительном моделировании. Он соответствует вектору точки зрения, заданному командой Тзрения (_vpoint) с координатами 0,-1,0.
7
Вид сзади показывает фронтальный вид объекта, как бы с обратной стороны. Он соответствует вектору точки зрения, заданному командой Тзрения (_vpoint) с координатами 0,1,0.
Кроме стандартных ортогональных видов, можно установить и несколько стандартных изометрических видов (рис. 1.9). Они используются в основном для визуализации модели и позволяют увидеть пространственные эффекты при создании новых и редактировании существующих 3D объектов на двухмерных видах.
Рис. 1.9. Стандартные изометрические виды на трехмерное тело
В AutoCAD имеется возможность установить следующие стандартные изометрические виды (команда [Вид – 3D виды - …]):
ЮЗ изометрия – юго-западная изометрия соответствует вектору точки зрения, заданному этой командой с координатами -1,-1, 1; ЮВ изометрия – юго-восточная изометрия соответствует вектору точки зрения, заданному этой командой с координатами 1,-1, 1; СВ изометрия – северо-восточная изометрия соответствует вектору точкизрения, заданномуэтойкомандойс координатами1, 1, 1; СЗ изометрия – северо-западная изометрия соответствует вектору точки зрения, заданному этой командой с координатами -1, 1, 1.
8
ЗАДАНИЯ
ВНИМАНИЕ! Во всех заданиях для просмотра изображений применить один из четырех изометрических видов.
1.Используя команду Ящик, создать прямоугольный параллелепипед длиной 80 мм, шириной 50 мм и высотой 30 мм.
2.Создать куб стороной 100 мм.
3.Создать поверхность типа Клин длиной 100 мм, шириной 50
мми высотой 30 мм.
4.Используя команду Конус, создать поверхность конуса с радиусом нижнего основания, равным 50 мм и высотой, равной 85 мм.
5.Используя команду Конус, создать поверхность усеченного конуса с радиусом нижнего основания, равным 100 мм, верхнего – 50 мм, и высотой, равной 150 мм.
6.Создать сферу радиусом, равным 100 мм.
7.Создать цилиндр радиусом, равным 35 мм и высотой, равной
60 мм.
8.Создать пирамиду с треугольным, четырехугольным и шестиугольным основанием, стороной основания, равной 25 мм и высотой, равной 50 мм.
9.Создать поверхность тора радиусом, равным 100 мм, и радиусом полости 20 мм.
10.Создать круг или прямоугольник. К полученной фигуре применить команду Политело, а затем команды ЮЗ изометрия и Скрыть.
Контрольные вопросы
1.Какие параметры (в AutoCad) используют для построения следующих геометрических тел: Ящик, Клин, Конус, Сфера, Ци-
линдр, Пирамида, Тор?
2.Какие вы знаете стандартные виды для просмотра изображений? Какой командой нужно воспользоваться, чтобы установить один из стандартных видов?
3.Для каких целей используется команда Скрыть?
9
Практическая работа № 2
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ПСК ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ 3D ОБЪЕКТОВ
Цель работы: научиться применять различные ПСК для построения трехмерных объектов.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Разработка трехмерных объектов в отличие от «плоского черчения» подразумевает задание третьей координаты, определяющей объем того или иного изделия. В AutoCAD для этих целей используются следующие системы координат:
•трехмерные декартовы,
•цилиндрические,
•сферические.
При трехмерном моделировании можно комбинировать ввод координат точек, используя разные системы координат.
Декартовы координаты. Положение любой точки на плоскости в декартовой системе координат можно определить путем задания пары координат – ординаты и абсциссы точки. В пространстве к двум указанным координатам добавляется третья, определяющая положение точки по отношению к третьей оси, которую в AutoCAD принято называть осью Z. На рис. 2.1 показано определение координат трех точек относительно начала трехмерных декартовых координат.
Так в этой системе точка 1 имеет координаты 2, 5, 4, т.е. точка расположена в пространстве на расстоянии 2 единицы по оси X, 5 единиц по оси Y и 4 единиц по оси Z от начала системы координат.
При вводе значений координат в этой системе задается вначале координата по оси X, затем по оси Y, и последней определяется координата по оси Z. Отделяются эти значения друг от друга запятой. При вводе дробных значений в качестве разделителя целой части от дробной применяется точка (например, 1.25,2.57,8.125). При этом координаты вводятся без пробелов между их значениями.
10