论文AutoCAD三维模型设计的线架法，该文是模型设计学术论文怎么写跟三维模型和AutoCAD和线架法有关论文范文文献.
□吴侃 郑州大学 力学与工程科学学院
引言：AutoCAD是一款应用广泛的辅助设计软件,主要用于绘制平面工程图,但是其三维功能应付普通 3D模型也是足够的,并且具有操作快捷、简单直观的优点.通常的三维设计中,用户首先产生基本体,再通过形体的布尔运算产生组合体,逐级构成复杂的形体.笔者在设计中发现,这种方法存在定位困难、效率低的缺点.通过大量实践和摸索,笔者创造出一种自命名的“线架法”,可以相当程度上解决传统设计方法中的问题.
一、 AutoCAD中生成三维模型的基本方法
1.1 从面到体
与其它“较高级”的三维软件（如Pro/Engineer）相比,AutoCAD的三维设计思路略有不同：它不是在一个基本零件上逐个生成特征,而是需要首先分析出整个零件由哪些基本体组合而成.这里的基本体可以指 AutoCAD自带的基本几何体,但更好的定义是指由一次拉伸或旋转产生的基本形体.这样,大部分轴类零件、底座都可以视为基本体.
AutoCAD产生基本体的方法,主要包括拉伸、旋转、扫掠、放样.如果不涉及较复杂的几何曲面的模型,这些方法对付大部分人工制件已绰绰有余.甚至可以说,绝大部分基本体都可以通过拉伸和旋转来完成.
图 1 底座面的拉伸
所谓拉伸 (Extrude),就是将一个面沿法线方向”拉成”一个体；而所谓旋转 (Revole),是将一个面绕着不通过此面的轴”转成“一个体.所以要产生实体的基本体,首先要产生出拉伸或旋转所需的面.这里的面实际就是面域,可以通过面域 (Region)命令,将闭合的多段线 (Pline)产生面域.对于像圆这种基本图形,AutoCAD在生成体的时候,会自动将其视为面域.当然前提是需要以实体模式作为选项,否则将产生出一个桶形曲面.图 1给出一个底座面拉伸成体的实例.
1.2 形体的布尔运算
大部分零件无法通过一次拉伸或旋转产生的基本体得到.它们是由若干个基本体组合而成.形体的组合方式主要包括：合并、求差、求交.因为跟集合的交并差运算含义差不多,并类似逻辑上的布尔运算,所以可称为形体的布尔运算.这些方法非常直观就不给出文字上的解释了.
可以通过CSG（Constructive Solid Geometry）树的方法描述一个复杂零件的布尔组成.下面图 2给出一个实例.此例中把底板看作是由三个基本体组合而成的复合体,实际上如果一次拉伸,也可根据前面的定义看成基本体.
图 2 零件的 CSG描述
二、基本方法的缺点
使用基本方法产生三维模型的思路相当简单.首先,分析得到整体零件的基本体组成；其次,使用由面到体的方法逐个生成这些基本体；然后,通过三维平移、三维旋转、三维对齐等方法,将这些基本体“各就各位”；最后,再使用布尔运算,按照适当的顺序,把这些形体“组合”成最终模型.
基本方法具有简单清晰的优点,但是具体操作中会遇到相当大的困难,最主要的麻烦就是如何定位这些基本体.例如,AutoCAD的大部分捕捉只针对形体的顶点,而组合操作中,主要要对准形体中心点.另外,操作中更容易遇到已有形体的遮挡和干扰,使选择和捕捉难以进行.
当然在具体实践中,可通过基本方法的部分改进,以克服以上的诸多困难.不是一个个产生位置无关的基本体,而是在已有的基本体基础上,通过动态 UCS坐标,捕捉形体表面特征,构造新的形体,以实现通过基本体上的定位.例如可以在一个立方表面,通过动态 UCS捕捉,在中心绘制一个圆,拉伸求差后得到一个圆孔.这种做法有点类似 ProE这类软件.但由于 AutoCAD缺乏这类软件的特性,所以这种改进的方法仍然具有很大的局限性.
三、生成三维模型的线架法
通过实践和摸索,笔者发现了一种方法,可以一定程度上克服基本方法的诸多缺点.由于使用了线架,所以这种方法笔者命名为“线架法”,可以相当程度上解决传统设计方法中的问题.
3.1 线架
所谓线架,是笔者自创的词,指的是在关键节点上搭建起的正交线框.线型可使用中心线的线型,并使用醒目的颜色.如果节点上只产生一个面,就只在此面的平面内构造正交的两根线；如果节点处要产生若干个相互垂直的面域,则需要三根线,搭建起类似局部坐标系的线架.根据大部分机械零件的特点,线架线都是跟某个坐标轴平行.这种结构非常利于定位.产生线架的方法比较简单,首先在俯视图的图形中心处上产生三根互相垂直的中心线,称为基础线架.一般情况下水平中心线已经绘制好,所以只需要在交点处绘制垂直的中心线即可.然后,读图得到平面图上关键点相对于基础线架的偏移尺寸,即可将此处的中心线通过复制命令(copy),基点加偏移的方式,复制到关键点处.反复使用这些操作,使关键点上布满线架.
图 3 一个简单的线架示例
当然,毋庸质疑地说,使用线架法的前提依然是图形的分析.使用基本方法首先要分析形体由哪些基本体所构成,使用线架法同样也要首先看出在每个关键点上要产生哪些面域.如果不深入分析图纸,仅凭想象在任意节点搭建线架,就起不到应有的效果.
3.2 线架法的优势
线架法的好处是显而易见的,首先它可以方便产生面域.这个通常要配合 UCS命令和 Plan命令的组合实现,有些类似 ProE软件的基准面操作.产生面域的过程中经常可以借助对象捕捉,从已绘制好的面域上取点,从而产生新的面域,提高了效率.当然,线架法的主要优势还是定位方便.生成线架后,实际已把基本体做了定位.因为后面的基本体就在这些线架节点上产生,而不需要再次移动基本体进行定位操作.后续操作方法即可按部就班地对这些基本体进行交并差等布尔运算,组合得到相应的零件了,这与基本方法相同.
四、线架法实例
下面通过三个图,给出一个线架法的实例.相信读者可以从中看出线架法的基本步骤和优势所在.当然,这个机械零件并不复杂,用其它方式也能生成.
图 4 零件的线架结构和面域
图 5 布尔组合前的模型
图 6 最终生成的实体模型
五、结论
线架法是笔者在绘图实践中,偶尔灵机一闪产生出的小发明.后来发现这种方法具有相当的好处,为以后的模型制作提供了很大便利.在此基础上,笔者制作出更复杂的装配体.教学中,通过介绍这种方法,方便学生完成作业,取得不错的效果.
这种方法也具有不足之处.在基本体比较多的时候,布尔操作时容易出现难以选中的情况,可通过设置隐藏层得到部分解决.再有就是面对比较复杂表面的模型,此时定位困难不是形体产生的主要障碍,线架法也自然失去了意义.
参 考 文 献
[1]李学志 .计算机辅助设计与绘图 .北京：清华大学出版社 ,2007
机电一体化技术应用与发展探索
归纳上述，上文是一篇适合不知如何写三维模型和AutoCAD和线架法方面的模型设计专业大学硕士和本科毕业论文以及关于模型设计论文开题报告范文和相关职称论文写作参考文献资料.
参考文献：
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