4 Построение трехмерных моделей твердотельных объектов

4.1 Цель работы

Ознакомиться с командами построения и редактирования моделей трехмерных объектов в системе AutoCAD и научиться формировать трехмерные модели геометрических объектов любой степени сложности. Освоить команды визуализации трехмерных объектов в пространстве модели Model Space системы AutoCAD.

4.2 Методические указания по организации самостоятельной

работы студентов

При подготовке к лабораторной работе необходимо ознакомиться с разделом конспекта лекций “Трехмерное моделирование в системе AutoCAD”, а также выучить основные команды построения и редактирования трехмерных объектов в системе AutoCAD [2, c.321-370; 3-6].

4.2.1 Формирование трехмерных объектов

Средства AutoCAD позволяют создавать трехмерные твердотельные модели на основе базовых пространственных форм: выдавливания плоских объектов; вращения плоских объектов; использования логических операций (объединения, вычитания, пересечения) к твердотельным объектам, которые уже построены.

К базовым пространственным формам относятся: параллелепипед, клин, конус, цилиндр, сфера, тор. Эти “кирпичики”, из которых строятся сложные трехмерные объекты, называют твердотельными трехмерными примитивами. С помощью соответственно команд BOX, WEDGE, CONE, CYLINDER, SPHERE, TORUS можно построить перечисленные примитивы любых размеров, вводя необходимые исходные значения. Запускаются эти команды с падающего меню DRAWSolids или из плавающей панели инструментов Solids.

Геометрические тела заданной формы можно создавать также путем выдавливания (сдвига) плоского объекта вдоль заданного вектора, которoe осуществляется командой EXTRUDE (DrawSolidsExtrude), или вращением плоского объекта вокруг оси командой REVOLVE (DrawSolidsRevolve). Следует помнить, что команда EXTRUDE выдавливает только такие примитивы как многоугольник, прямоугольник, окружность, эллипс, кольцо, замкнутый сплайн, область и замкнутая полилиния (кроме полилиний, имеющих пересекающиеся отрезки). С помощью одной команды EXTRUDE можно выдавливать сразу несколько объектов. Команда REVOLVE может вращать лишь один объект: замкнутую полилинию, многоугольник, прямоугольник, окружность, эллипс, область.

Геометрические тела более сложной формы можно построить путем объединения, вычитания, пересечения уже построенных тел:

- команда UNION создает сложный объект, который содержит суммарный объем всех его составляющих;

- команда SUBTRACT устраняет из множества тел те части объема, которые принадлежат также другому множеству (вычитаемому);

- команда INTERSECT строит сложное тело, которое занимает объем, общий для двух или большего количества тел, которые пересекаются. Части объемов, которые не пересекаются, при этом устраняются из рисунка.

Вызываются перечисленные команды из падающего меню Modify (ModifySolids Editing → <соответствующая команда>).

4.2.2 Редактирование в трехмерном пространстве

Для редактирования в трехмерном пространстве можно использовать команды редактирования в двумерном пространстве, такие как: MOVE (перенос), COPY (копирование), ROTATE (вращение) , MIRROR (зеркальное отражение), ARRAY (размножение массивом), CHAMFER (снятие фаски) и FILLET (скругление). Кроме того, существуют команды редактирования только в трехмерном пространстве, например, команды вращения ROTATE 3D, создание массива объектов 3DARRAY, зеркального отображения MIRROR 3D. Команды трехмерного редактирования вызываются из падающего меню Modify (Modify 3D Operation <соответствующая команда>).

4.2.3 Визуализация трехмерных моделей

Формирование в AutoCAD трехмерной модели объекта обычно не является самоцелью. Это делается для дальнейшего использования такой модели при получении проектно-конструкторской документации, при экспорте трехмерной модели в другие программы компьютерной графики и т.п. Во всех случаях использования модели необходимо ее отображение или на экране монитора, или в виде твердой копии. В этой ЛР рассматриваются возможности отображения моделей трехмерных объектов в пространстве модели Model Space.

В системе AutoCAD можно изображать твердотельные модели такими способами:

- линейчатым каркасом (с количеством изолиний от 0 до 2047);

- сетевым представлением (с помощью четырехугольных и треугольных ячеек);

- контурной проекцией.

Задать необходимое количество изолиний в линейчатом каркасе можно в окне Options (Tools→ Options). В этом окне надо открыть закладку Display и в строке Contour lines per surface (количество линий на поверхности) раздела Display Resolution ввести необходимое количество изолиний. Руководить размерами ячеек при сетевом представлении твердотельной модели можно с помощью системной пeремeнной FASETRES (0.01 – 10).

Задать режим отображения контурных линий можно в окне Options (Tools→ Options). В этом окне надо открыть закладку Display и включить ключ Show silhouettes in wireframe (отображать контурные линии) в разделе Display performance.

Для улучшения визуализации трехмерных моделей можно использовать такие команды:

- HIDE (View → Hide) – подавляет скрытые линии на трехмерном изображении объекта;

- SHADEMODE (View → Shade) – осуществляет раскрашивание изображения (устранение невидимых линий и нанесение однообразных цветов на видимые поверхности) на текущем видовом экране;

- RENDER (View → Render) – создает реалистическое тоновое изображение трехмерной модели.

Чтобы осуществить визуализацию трехмерной модели любого геометрического объекта в системе AutoCAD, необходимо владеть навыками:

- задания пользовательской системы координат (ПСК) в трехмерном пространстве;

- установки точки зрения на разные виды трехмерных моделей;

- создание неперекрывающиxся видовых экранов.

4.2.4 Задание пользовательской системы координат в трехмерном

пространстве

При работе в трехмерном пространстве все системы координат формируются по правилу правой руки. Это правило определяет положительное направление оси Z трехмерной системы координат при известных направлениях осей X и Y, а также положительное направление вращения вокруг любой из осей трехмерных координат.

Для определения положительного направления оси Z необходимо в раскрытой ладони правой руки большой палец направить параллельно положительному направлению оси X, а указательный – оси Y. Если согнуть средний палец перпендикулярно ладони, то он будет указывать положительное направление оси Z (рис. 1.1, справа).

Для определения положительного направления вращения вокруг любой оси необходимо большой палец правой руки направить в положительном направлении этой оси и согнуть остальные пальцы, как показано на рис.1.1 слева. Положительное направление вращения будет совпадать с направлением, которое будут указывать согнутые пальцы.

Рисунок 4.1

Задание ПСК (или UCS – User Coordinate System) в пространстве осуществляется с помощью команды UCS. Ввести ее можно из командной строки или вызвать из падающего меню ToolsNew UCS. Опции команды UCS:

New – определяет новую ПСК разными способами (ключи ZAxis, 3Point, Object, Face, View, X, Y, Z можно вызвать из нисходящего меню ToolsNew UCS< соответствующий ключ >; ключZAxis определяет новое положительное направление оси Z; ключ 3Point — определение ПСК по трем точкам — началу координат и направлениям осей X и Y; Object — выравнивание системы координат по существующему объекту; Face — задание ПСК путем простого указания на грань; ключи X, Y, Z — вращение системы координат соответственно вокруг оси X, Y, Z;

Move – перенесение начала координат (можно вызвать с нисходящего

меню Tools New UCS Origin);

orthoGraphic – определение ПСК, плоскость XOY которой параллельная соответствующему виду (ключи Top, Bottom, Front, Back, Left, Right);

Prev – восстановление предшествующей ПСК;

Restore – восстановление как текущей прежде сохраненной ПСК;

Save – сохраняет текущую ПСК по имени, которое задает пользователь (до 31 символа);

Del – уничтожает ПСК из списка;

Apply – использование текущей ПСК к выбранному видовому экрану (можно вызвать из падающего меню ToolsNew UCSApply);

World – восстановление текущей мировой системы координат МСK или WCS (World Coordinate System).

.

4.2.5 Виды трехмерных моделей. Установка точки зрения

Находясь в пространстве модели, можно рассмотреть сформированные объекты с любой точки зрения.

Точкой зрения (видом) называется направление, которое задается из трехмерной точки пространства на начало системы координат. Точка зрения лежит на перпендикуляре к плоскости проекций. Если изменяется точка зрения, то тем самым изменяется ориентация плоскости проекций в пространстве. После изменения точки зрения автоматически перерисовывается рисунок в новой плоскости проекций.

Следует отметить, что пользователь выбирает лишь точку зрения и вид проекции (параллельная или центральная), а остальное (формирование видов на видовом экране) выполняет AutoCAD.

Установку нового вида в пространстве модели можно осуществлять с помощью команд:

VPOINT – позволяет вводить из командной строки точку зрения или угол поворота вида. Эта команда в режиме компаса устанавливает точку зрения в текущей системе координат и может использоваться для фиксации трехмерного вида относительно МСК. Команда VPOINT вызывается из падающего меню View (View3DViewsViewpoint).

DDVPOINT – отображает диалоговое окно Viewpoint Presets ((View 3DViews Viewpoint Presets).

PLAN – отображает вид в плане ПСК или МСК (View 3DViews Plan View).

DVIEW – определяет параллельную проекцию или перспективные виды. Команда действует по принципу камеры, которая направлена в сторону мишени. Команда вводится из командной строки.

3DORBIT – интерактивное отображение видов (View3Dorbit).

Из падающего меню View можно вызвать также определенные изображения объекта — вид сверху TOP (View3DViewsTop), вид впереди FRONT (View3DViewsFront), вид слева LEFT (View3DViewsLeft), вид справа RIGHT (View3DViewsRight), изометрическую проекцию SWIsometric (View3DViewsSWIsometric) и прочие аксонометрические проекции (SWIsometric, NEIsometric, NWIsometric).

Вид (направление зрения) можно сохранить, присвоив ему имя с помощью команды DDVIEW (ViewNamed Views), которое открывает окно View.

4.2.6 Создание неперекрывающихся видовых экранов

Видовой экран (Viewport) – это участок графического экрана, на котором отображается некоторая часть пространственной модели объекта.

Существует два типа видовых экранов – экраны, которые перекрываются, и экраны, которые не перекрываются (плавающие). Экраны, которые не перекрываются, размещаются на экране монитора подобно кафельным плиткам на стене. Они полностью заполняют графическую зону и не могут накладываться друг на друга. На плоттер неперекрывающиеся экраны могут выводиться только поодиночке. Изменения в одном видовом экране отображаются в других видовых экранах. В любой момент можно активизировать только один видовой экран.

Команда VPORTS создания неперекрывающихся экранов и манипулирования ими, имеет доступ только в пространстве модели и две разновидности: +VPORTS и –VPORTS.

Команда +VPORTS вызывается из падающего меню Views (ViewsViewportsNewViewports). Эта команда открывает диалоговое окно Viewports.

Опции команды – VPORTS (вводится из командной строки):

Single – один текущий видовой экран (Views Viewports 1Viewport);

2 – разделяет текущий видовой экран на две части (ViewsViewports2Viewports);

3 – разделяет текущий видовой экран на три части (ViewsViewports3Viewports);

4 – разделяет текущий видовой экран на четыре части (эта опция вызывается также из падающего меню ViewsViewports4Viewports);

Save – присваивает имя текущей конфигурации видовых экранов и сохраняет ее для дальнейшего использования;

Restore – восстанавливает сохраненную конфигурацию видовых экранов;

Delete – уничтожает поименованную конфигурацию видовых экранов.