鋼結構設計師一定要會CAD三維建模嗎？--如果想做稍微復雜一點的空間鋼結構設計，CAD三維繪圖也是必備技能，要不然項目的CAD空間計算線模都弄不好，無法做后續(xù)的模型計算分析。

本文介紹CAD三維建模的基本知識。文章源自四五設計網(wǎng)-http://www.wasochina.com/8307.html

1、CAD三維建模首先應做什么？文章源自四五設計網(wǎng)-http://www.wasochina.com/8307.html

答：首先應當熟悉世界坐標系和三維空間的關系。其次是掌握CAD的用戶坐標系以及多個視圖的使用技巧。文章源自四五設計網(wǎng)-http://www.wasochina.com/8307.html

另外必須熟悉面域的操作和多段線的編輯。至于基本立體的繪圖練習全靠反復訓練，掌握各自的特點。文章源自四五設計網(wǎng)-http://www.wasochina.com/8307.html

切記：CAD的每一個命令中都蘊涵著各自的技巧，好好探索和熟練它們。文章源自四五設計網(wǎng)-http://www.wasochina.com/8307.html

2、何為三維世界坐標系？文章源自四五設計網(wǎng)-http://www.wasochina.com/8307.html

答：世界坐標系是CAD在作圖時，用于確定平面或空間點位置的一個笛卡爾坐標體系，每一個坐標的正向和另兩個坐標的旋向必須符合右手定則。文章源自四五設計網(wǎng)-http://www.wasochina.com/8307.html

CAD在平面作圖時的三維世界坐標系標志是坐標符號圖中有一“W”字樣。文章源自四五設計網(wǎng)-http://www.wasochina.com/8307.html

一般將X-Y平面理解為水平面，Z軸方向表示高度距離，就是說“Z”值等同于用來確定X-Y水平面高度的標高命令“ELEV”。文章源自四五設計網(wǎng)-http://www.wasochina.com/8307.html

無論是“Z”值還是“ELEV”值，其“+”值表示在X-Y面上方，而“-”值表示在X-Y面的下方。用戶在作圖時要切記這一點。文章源自四五設計網(wǎng)-http://www.wasochina.com/8307.html

注意：不管你的三維建模設計多復雜，作圖過程中一定要有個基本坐標體系不能變。否則，作圖方向的紊亂，將使你陷入困境！

3、如何靈活使用三維坐標？

答：在三維實體建模的作圖過程中，要經(jīng)常地變換坐標系統(tǒng)，從而有利于作圖。

CAD的世界坐標系是不變的，主要是用戶坐標系的變換，其命令為“UCS”，它可以完成平移、新建坐標方向、旋轉等功能。

執(zhí)行過“UCS”后，命令行提示如下：

用戶可以選擇需要的項目。如果選擇新建項，即鍵入“N”后回車，則命令行再次顯示為：

用戶即可確定Z軸方向，利用三點重新定坐標系或分別繞X、Y、Z軸旋轉任意角度。也可以打開工具條點擊圖標，如圖一所示，常用的項目用戶一定要熟練。

圖一 坐標變換工具條

注意：坐標“UCS”的變換是作圖方向或實體定位的需要，不可任意傾斜。

4、如何使用柱面坐標和球面坐標？

答：這兩個坐標主要適用于三維建模作圖，而且在三維模型空間較為直觀。

尤其是在渲染效果圖中用來確定燈光的位置十分方便。

柱面坐標的形式為：（R<角度1，H），相對坐標形式為：（@R<角度1，H）,其中R為柱面的半徑，角度1為柱面上的點在X-Y平面上的投影點與X軸正向的夾角，H為距X-Y平面的高度值。

利用柱面坐標很容易在圓柱實體的表面上確定一點的位置。

球面坐標的形式為：（R<角度1<角度2），相對坐標形式為：（@R<角度1<角度2）,其中R為球面的半徑，角度1為球面上的點X-Y平面上的投影點與X軸正向的夾角，X-Y平面應過球面中心，角度2為球面上的點與X-Y平面的夾角。

在球體表面上定點較為容易。

切記：柱面和球面坐標可以繪制三維空間折線，尤其是繪制圓柱和球面螺旋線。

5、如何認定CAD的作圖平面？

答：CAD的作圖平面是X-Y坐標面，或者是在與X-Y坐標面平行的平面上作圖。

不論是二維繪圖還是三維建模中的大部分作圖都在該平面上完成，柵格也是在該平面上顯示。

因此一般將X-Y平面稱為平面視圖（PLAN）。

但是在三維屏幕狀態(tài)下作圖時，只要每個點的坐標中Z值不為零，就意味著點已經(jīng)不在X-Y平面上。

如LINE命令的不同形式：（30，40）為在X-Y平面上畫線，而（30，40，50）為距X-Y平面50處定一個點。

切記：只有畫線命令可以在三維空間任意方向作圖。

6、哪些二維繪圖中的命令可以在三維模型空間繼續(xù)使用？

答：純正的二維繪圖命令應理解為沒有寬度和厚度的圖線，因此又稱為二維線框命令。

這些命令只能在X-Y面上或與該坐標面平行的平面上作圖，它們是：圓及圓弧、橢圓和圓環(huán)，多義線及多段線、多邊形和矩形、文字及尺寸標注。所以在使用這些命令時要弄清楚是在哪個平面上工作。

而直線、射線和構造線可在三維空間任意畫線。對于二維編輯命令均可在三維空間使用，但必須在X-Y平面內，只有鏡像、陣列和旋轉在三維空間還有不同的使用方法。

切記：圓、圓弧、多邊形和面域只能在X-Y平面或平行其該面的平臺上作圖。

7、哪些二維編輯命令可在三維空間繼續(xù)使用？

答：以下命令的使用方法在二維或三維空間是一樣的。

而鏡像、陣列、旋轉三個命令在三維空間的使用方法略有不同。

8、如何確定三維觀察方向？

答：所謂確定三維觀察方向就是從某個方位觀察三維模型，設置方法有多種。

下拉“視圖”菜單---在“三維視圖”中的各項均是確定觀察方向的命令，用戶可以逐一測試，以便在三維建模時靈活運用。

執(zhí)行“VPOINT”命令也是常用的定位方法。

鍵入“VPOINT”后，命令行提示：（），這有三種不同選擇，第一用戶可以直接鍵入（X，Y，Z）坐標值，X、Y、Z可以分別取0和1或-1，即鍵入（0，0，1）、（1，-1，1）、（-1，-1，-1）等值均可，不同的組合代表不同的觀察方向；

用戶也可先鍵入“R”選擇第二種方式確定方位，鍵入“R”后屏幕提示：

給定角度顯示：

也就是說用戶要分別輸入在X-Y面內的位置，而后再定與X-Y面的夾角以便定觀察高度；

如果用戶直接按回車（ENTER）鍵，則屏幕上將出現(xiàn)一個如下圖所示的坐標球和三角架。

此圖說明：

（1）小“+”光標如在小圓5內移動，由Z正向看X-Y平面，若在圓心處為俯視圖方向；在小圓外大圓內時，表示從Z負向看X-Y平面；

（2）小“+”在水平線1-3上方時，表示由Y正向看X-Y平面；而在下方時，表示由Y負向看X-Y平面；

（3）小“+”在豎直線2-4右邊時，表示由X負向看X-Y平面；而在左邊時，表示由X正向看X-Y平面；邊緣

（4）小“+”光標在大圓外移動，表示繞Z軸旋轉實體；

（5）小“+”光標在小圓邊緣移動，表示由X-Y面的方

圖二? 羅盤和三角架北向觀察實體。

切記：無論從何方位觀察實體，但觀察后必須點擊圖標，返回原來的作圖狀態(tài)！

9、如何使用過濾坐標？

答：所謂的過濾坐標就是在作圖過程中為確定某一點的位置，而該點（X，Y，Z）坐標的某一個值想借助另一點的同名坐標，則可用坐標過濾的辦法來完成。

即可以分別逐個過濾，也可一次過濾兩個（實際為一個平面）。

如圖一所示，要在矩形的正上方繪制一個圓柱體，而圓柱體的底部圓心距離矩形中心的高度為本50毫米。

則執(zhí)行過程為：

（1）執(zhí)行畫圓柱體命令，命令提示如圖二所示，輸入“。X”回車后捕捉1點。然后顯示提示如圖三所示；

（2）再輸入“。Y”回車后捕捉2點。命令提示如圖四所示；

圖三 分別過濾X、Y坐標

圖四 過濾X坐標

圖五 過濾Y坐標

（3）最后直接輸入Z坐標值，再完成圓柱體的作圖。

圖六 輸入Z坐標

用戶也可以一次過濾兩個坐標，一般是“。XY”，選定一個參考點后，再給出Z值即可。

注意：坐標過濾代替不了坐標“UCS”變換，前者偶然使用，而后者最常用。

圖七 視口對話框

10、為什么要采用多視口觀察實體？

答：在三維建模的作圖過程中，有時需要及時的觀察整體或局部效果，或者為了確定某一實體的位置，應從不同的角度顯示實體，但又不想失去原有的實體狀態(tài)。

所以，CAD為用戶提供了多視口觀察工具。執(zhí)行“VPORTS”命令，顯示視口對話框，如圖七所示。

如圖八所示，是設置了四個視口。CAD只能在一個視口中工作，用戶只需在要工作的視口中左擊鼠標鍵就可進入，此時該視口的邊界亮顯，光標也同時變?yōu)槭中蔚墓ぷ鳡顟B(tài)。

視口操作有很強的功能，這里先建議用戶利用視口設置不同的觀察方向，如圖八各視口所示。

但是如果要在某一個視口中添加實體，那么其它視口中也同樣顯示出來。

圖八 四個視口觀察實體

注意：在繪制或編輯三維模型時最好在一個視口中工作。

11、如何將各分線段合并為一條多段線？

答：可以執(zhí)行“PEDIT”命令或由下拉“修改”菜單---選“多段線”后。

屏幕提示“選擇多段線”，用戶只要捕捉任一個線段實體，屏幕回應“是否將其轉換為多段線？〈Y〉”，回車認可后命令行顯示如下提示：

鍵入“J”后，即可選則首尾相連的各個線段實體，選擇結束擊兩次回車就完成了全部操作。

切記：將多個實體合并成一個實體（多義線）在建立面域或三維曲面輪廓時，常用！

12、如何創(chuàng)建面域并進行布爾運算？

答：創(chuàng)建面域的命令有三種執(zhí)行方式，即：

一是直接鍵入“REGION”，二是點擊圖標“”，三是下拉“繪圖”菜單---“面域”。

執(zhí)行完命令后，CAD開始加載DLL文件，稍后提示用戶選擇要面域的對象，用戶一定要選取封閉的幾何圖形或由多個線段實體組成的封閉區(qū)域。否則CAD均不能創(chuàng)建所需要的面域。

所謂的面域布爾運算就是邏輯計算，用戶需要打開實體編輯工具條，如圖九所示，其中前三項是面域的布爾運算命令。

圖十所示為一個圓與一個矩形兩個面域進行并（UNION）、差（SUBTRACT）、交（INTERSECT）運算的結果。

切記：在進行差（SUBTRACT）運算時，要先選擇主體確定后，再選擇需要減去的實體。因此，不能同時選擇主體和被減實體。

圖九? 實體編輯工具條

圖十? 面域布爾運算

13、如何保證在三維建模時作圖的清晰快捷？

答：這是一個不錯的問題，的確在三維建模作圖過程中，隨著模型結構的復雜化，不僅要頻繁地更換坐標系（UCS），同時還要繪制一些輔助線用作實體的定位。

復雜的模型紛亂的線條很難準確捕捉需要的目標。那么，最好的辦法就是利用圖層來解決這一煩心的問題，與當前作圖無關的圖層可以先關閉或凍結。

切記：一句銘言“無用的線變得有用，重疊的圖層看起來更分明。”

14、三維多義線有什么用途？

答：三維多義線主要用來繪制三維螺旋線和錐形螺旋線。

使用時可以直接鍵入“3DPOLY”命令，然后與二維畫線命令一樣輸入每個點的坐標，但Z坐標值不應全為零。

由“3DPOLY”繪制的多義折線可以用“PEDIT”進行編輯或者轉化為光滑的空間曲線。例如使用柱面坐標可以繪制三維螺旋線。

15、如何使用三維平面命令？

答：CAD提供了兩個三維平面命令，即“3DFACE”和“PFACE”命令。

這兩個命令使用方法完全不同，而且沒有圖標，只能直接輸入命令。

首先介紹“3DFACE”的使用技巧，直接鍵入命令“3DFACE”后，CAD提示用戶分別輸入四個點即完成第一個平面，繼續(xù)提示輸入第二平面的3，4點，完成后再要求輸入第三個平面的3、4點···等等。

至此，用戶已經(jīng)清楚該命令的使用技巧，那就是在第一個平面所需的四個點輸入完后，CAD將第一個平面的3、4點自動認作是第二個平面的1、2點，這樣一直進行下去，直到擁護中斷執(zhí)行為止。

如圖十一所示，是用該命令繪制的兩個三維模型圖。

圖十? 一3DFACE平面

16、三維平面PFACE又如何使用呢？

答：了解了“3DFACE”命令的使用方法后，我們再來看看“PFACE”如何使用？

先看圖十二所示的三維房屋線框模型，該模型共有20個頂點，有12表面，這些表面有四邊形，也有五邊形或七邊形。

顯然利用“3DFACE”命令為每個平面著色是不可能的，而使用“PFACE”可以解決該問題。

圖十? 二房屋模型

圖十三? 房屋模型建立三個平面

鍵入“PFACE”后命令行顯示“”，用戶可按自己規(guī)定的頂點順序號碼使用光標逐個捕捉，完畢后回車提示“”，要求用戶輸入所規(guī)定的第一平面的起點序號數(shù)“”。

這里有兩點要明白，一是具體哪一個面作為第一個平面是任意的；二是所定平面上的點哪一個點作為第一點也是任意的。

但只能輸入序號數(shù)且按順時針或逆時針的次序，每輸入一個按一次回車鍵“ENTER”。圖十三所示說明，用戶可以使用此命令逐個為平面上色。

注意：一定要弄清楚該命令的使用方法，才能明白它的使用技巧。

17、哪些三維曲面命令要經(jīng)常使用？

答：如圖十四所示，在CAD所給定的三維曲面工具欄中，有八項是最基本的單體命令，而四個三維多邊形網(wǎng)格曲面，不僅使用頻繁而且要有熟練的技巧。

圖十? 四曲面工具欄

注意：三維曲面的最大特點是可以利用“PEDIT”命令進行編輯，也可利用捕捉功能進行簡單的編輯。

18、在使用四個三維多邊形網(wǎng)格曲面之前應先做什么工作？

答：三維多邊形網(wǎng)格曲面的顯示精度有兩個系統(tǒng)變量所控制。變量取值不同繪出的三維實體也不同，如圖十五所示。

圖十五? 三維曲面的顯示精度

切記：系統(tǒng)變量SURFTAB1、SURFTAB2取值要適當，不易太大。否則，將影響CAD的運行速度減慢，甚至可以造成死機。

19、三維旋轉曲面有那些使用技巧？

答：在使用三維曲面命令（REVSURF）時，要注意三點：

一是所要旋轉的母線與軸線同位于一個平面內；

二是同一母線繞不同的軸旋轉以后得到的結果截然不同；

三是要達到設計意圖應認真繪制母線。當然要保證旋轉精度。如圖十六所示為同一母線分別繞軸一和軸二旋轉后的結果。

圖十六? ?三維旋轉曲面

另外要注意的是三維曲面在旋轉過程中的起始角可以是任意的，要獲得的曲面包角也是任意的（在360度范圍內）。

如圖十七所示的四個大小相同，而方位不同的曲面就是利用包角均為90度，但起始角各不同。利用這一技巧我們不難獲得如圖十八所示的浴缸曲面輪廓。

顯而易見我們在圖十七的基礎上又添加了四個側面和底面。

圖十七? 不同角度的三維旋轉曲面

圖十八? ?浴缸曲面

注意：三維旋轉曲面在回轉曲面體設計中非常實用，要多加練習，探索使用技巧。

20、三維直紋曲面有什么使用技巧？

答：三維直紋曲面（RULESURF、）是要求用戶給定任意兩條線，即可形成一個曲面。

這兩條邊界線可以是直線或是曲線，也可以是共面線或是異面而線。如圖十九所示，是不同的邊線形成的曲面。

圖十九三維直紋曲面

注意：在選擇兩條邊界線時，選擇的端點不同則會形成不同的曲面。