結(jié)合實(shí)例從UCS坐標(biāo)系、固層、多視口、實(shí)體編輯將二維圖形生成三維實(shí)體等方面，對三維實(shí)體建模進(jìn)行了研究探討，旨在提高三維實(shí)體建模效率。 
    隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，三維CAD軟件日趨成熟，三維實(shí)體造型開始廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品或工程設(shè)計(jì)。
目前，常用的三維建模軟件主要有AutoCAD、 Pro／Engineer、UG、Solidwork、CAXA等。雖然在上述幾種軟件中三維建模功能相AutoCAD對較弱，對形狀復(fù)雜的形體難以構(gòu)建，且不便修改，但對于具有AutoCAD二維繪圖基礎(chǔ)的教師或技術(shù)人員，簡單易學(xué)，容易掌握，上手快。下面筆者結(jié)合AutoCAD三維實(shí)體建模的教學(xué)實(shí)踐，談幾點(diǎn)體會。
1 三維實(shí)體模型概述 
    三維模型包括線框模型、表面模型和實(shí)體模型。其中實(shí)體模型包括線、面、體的全部信息，是三種模型中最高級的一種。它不僅具有質(zhì)量、體積等物理屬性，更接近于真實(shí)物體，而且實(shí)體之間能進(jìn)行并、交、差等布爾運(yùn)算，建立更加復(fù)雜的實(shí)體模型，并能進(jìn)行消隱、著色和渲染。此外，實(shí)體模型還可以生成二維平面視圖、剖視圖和斷面圖，通過AutoCAD輸出的實(shí)體模型數(shù)據(jù)還可以提供給后續(xù)的數(shù)控加工和有限元分析。
2 AutoCAD的三維實(shí)體建模
2.1建模思路及方法 
    創(chuàng)建三維實(shí)體模型時，首先對模型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，無論模型的結(jié)構(gòu)多么復(fù)雜，它總是由若干個簡單實(shí)體構(gòu)成。因此，復(fù)雜模型的建立過程實(shí)際上是不斷創(chuàng)建簡單實(shí)體并將其組合的過程。當(dāng)然，建立復(fù)雜模型的方案可能有好幾種，應(yīng)選擇一種較方便、合理的方案進(jìn)行建模。然后使用基本體或?qū)⒍S圖形經(jīng)拉伸或旋轉(zhuǎn)生成各個簡單實(shí)體。最后將各個簡單實(shí)體之間進(jìn)行并、差、交等布爾運(yùn)算和各種編輯操作獲得更加復(fù)雜的實(shí)體。
2.2建模技巧
2.2.1學(xué)會建立和管理用戶坐標(biāo)系 
    在AutoCAD中，坐標(biāo)系分為世界坐標(biāo)系(WCS)和用戶坐標(biāo)系(ucs)兩種。二維繪圖中使用的坐標(biāo)系大都是世界坐標(biāo)系，它是唯一且不變的。但在三維繪圖過程中，為了便于繪制和觀察圖形，除WCS外，用戶可以根據(jù)需要建立自己的坐標(biāo)系--用戶坐標(biāo)系(ucs)，這樣的坐標(biāo)系其原點(diǎn)位置和x、y、z軸方向可以任意移動和旋轉(zhuǎn)，甚至可以依賴于圖形中某個特定的對象而變化。學(xué)會建立用戶坐標(biāo)系將簡化三維建模過程，是三維建模的關(guān)鍵。 
                 
    如圖1所示三維實(shí)體模型，繪制圓柱體A時采用圖中的世界坐標(biāo)系(wcs)，而繪制圓柱體B時，當(dāng)前坐標(biāo)系應(yīng)繞茹軸旋轉(zhuǎn)900，繪制圓柱體C時，當(dāng)前坐標(biāo)系應(yīng)繞y軸旋轉(zhuǎn)90。，繪制圓柱體D時，應(yīng)指定面或三點(diǎn)建立UCS。 
    另外，繪制復(fù)雜的三維圖形，由于需要建立的UCS數(shù)目較多，為了避免頻繁地進(jìn)行坐標(biāo)系變換，用戶可以通過UCS管理器將不同方向的UCS預(yù)先定義和保存好，在需要時隨時調(diào)用。
2.2.2臺理設(shè)置圖層 
    圖層(Layer)是AutoCAD組織管理圖形對象最為有效的工具之一。通過將不同性質(zhì)的對象放置在不同的層上，可以方便地通過控制層的特性來顯示和編輯對象。三維圖形較二維圖形更為復(fù)雜，視覺干擾更大，因此更應(yīng)借助圖層來管理圖形。三維實(shí)體模型的分層可按照形體分析法，把組成該模型的各個實(shí)體對象放置在不同的層上，并以不同顏色加以區(qū)分，以便更清晰地作圖，為后續(xù)的著色處理和材質(zhì)的分配帶來方便。當(dāng)發(fā)生干擾時，可通過關(guān)閉或凍結(jié)某些圖層使一些實(shí)體不可見，以便其他實(shí)體對象的定位或選擇。另外，借助圖層管理三維圖形時，一般不要急于對不同圖層間的實(shí)體對象做布爾運(yùn)算，除非已完成整個三維圖形的繪制，否則不利于后面的編輯工作。
2.2.3多視口的應(yīng)用 
    繪制復(fù)雜的三維圖形時，可以在一個三維視圖中直接進(jìn)行，但往往會出現(xiàn)表達(dá)不方便和效率低等問題。這些問題，通過建立多視口即可解決。AutoCAD允許將繪圖區(qū)域劃分為多個窗口(視口)，并允許在不同的視口中使用不同的UCS。因此，在繪制和觀察復(fù)雜的三維圖形時，將繪圖區(qū)域劃分為多個視口，每個視口中根據(jù)需要建立或使用不同的UCS，設(shè)置不同的觀測點(diǎn)或選擇顯示不同的視圖等，如圖2的四個視口中分別顯示了三維圖形的主視圖、俯視圖、左視圖及等軸測圖，這樣既可在不同視口中繪制和觀察圖形的不同部分，極大地減少了UCS坐標(biāo)系和視圖的轉(zhuǎn)換工作，而且不論在那個視口中繪圖或修改，最終結(jié)果在其他視口中也將同時顯示。當(dāng)組成三維實(shí)體的簡單實(shí)體之間有干涉時，也可在不同視口中繪制不同的簡單實(shí)體。 
    如圖2中繪制筋板時，在軸測圖中先繪制一個筋板，再切換到俯視圖中，用鏡像的方法繪制第二個筋板。由此可見，將這些視圖結(jié)合起來繪制圖形，可以簡化繪圖過程。這種繪制圖形的方法也是由三維實(shí)體生成三視圖雛形的方法。
               
2.2.4熟練運(yùn)用實(shí)體的面、邊、體編輯命令 
    三維圖形除了可以使用二維圖形中的移動、復(fù)制、刪除、倒角、倒圓角等編輯操作外，還可以對實(shí)體的面、邊、體進(jìn)行編輯，例如可以拉伸、移動、偏移、復(fù)制、旋轉(zhuǎn)、傾斜實(shí)體表面，也可復(fù)制實(shí)體棱邊，還能夠?qū)?shí)體進(jìn)行布爾運(yùn)算，進(jìn)行剖切、切割、抽殼等操作，這些功能使用戶可以很方便地修改現(xiàn)有實(shí)體以形成新特征。靈活地運(yùn)用實(shí)體編輯功能將大大提高建模效率。例：如圖2的三維實(shí)體建模中，書33ram的圓柱體有兩種方法繪制：一是以U形實(shí)體背面的圓心為圓柱體底面的中心點(diǎn)，繪制高度為38ram的圓柱體；二是以U形實(shí)體正面的圓心為圓柱體底面的中心點(diǎn)，繪制高度為--30mm的圓柱體，然后執(zhí)行"移動匾"或"拉伸面" 的編輯操作，選中前端面，將其沿Z軸方向移動或拉伸8mm。 
         
2.2.5靈活運(yùn)用拉伸和旋轉(zhuǎn)命令將二維圖形生成三維實(shí)體 
    在AutoCAD中，任何復(fù)雜的實(shí)體一般都可以看作由若干個簡單實(shí)體經(jīng)過疊加、切割等方式而形成。對于規(guī)則的簡單實(shí)體，可以使用長方體、球體、圓柱體、圓錐體、楔體等基本體，通過并、交、差等布爾運(yùn)算生成。圖3(a)所示為兩個長方體進(jìn)行差運(yùn)算后得到的簡單實(shí)體，圖3(b)所示為長方體和圓柱體進(jìn)行并運(yùn)算后再與另一圓柱體進(jìn)行差運(yùn)算得到的簡單實(shí)體，圖3(c)所示為兩個圓柱體進(jìn)行交運(yùn)算后再與另一圓柱體進(jìn)行差運(yùn)算得到的簡單實(shí)體。對于不規(guī)則的簡單實(shí)體，首先切換到相應(yīng)的視圖平面，繪制出它的平面圖形，組成面域后，將平面圖形沿其垂直方向按指定的高度或路徑拉伸即可生成，如圖4所示。 
          
    對于實(shí)心或空心回轉(zhuǎn)體，可先繪制出回轉(zhuǎn)體的截面，組成面域后，將其繞著回轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一定角度即可生成，如圖5所示。軸套類零件、圓盤類零件都可采用此方法繪制，遠(yuǎn)比多次調(diào)用畫圓柱、圓錐、球體命令，再用布爾運(yùn)算生成實(shí)體簡單。 
         
3 結(jié)語 
    隨著AutoCAD產(chǎn)品的不斷升級更新，其三維建模功能會越來越強(qiáng)大。要想熟練地運(yùn)用AutoCAD建立三維模型，提高建模效率，除了綜合運(yùn)用本文介紹的方法和技巧外，還必須努力挖掘AutoCAD新的三維建模功能。