Средства работы с трехмерными изображениями объектов

Целью работы является ознакомление со средствами системы Autocad, которые предназначены для создания и редактирования объемных геометрических объектов. Время выполнения работы 2 академических часа.

Плоскость XY основной (мировой) системы координат совпадает с плоскостью графического экрана. Ось Z расположена перпендикулярно экрану и направлена от него. В качестве признака мировой системы координат пиктограмма осей имеет прямоугольник в точке начала координат. Другая форма пиктограммы может быть установлена по команде UCSICON. Все остальные системы координат называются пользовательскими системами координат (ПСК). Для их задания используется команда UCS. Многие команды допускают ввод трехмерных координат точек.

Пример 4.1. Построение прямой в трехмерном пространстве от точки с координатами по осям: X = 114, Y = 47 и Z = 200 до точки (114, 57, 300).

Command: LINE

Specify first point: 114, 47, 200

Specify next point or [Undo]: 114, 57, 300

Вариант относительного ввода точек и ввод в полярной СК тоже допускает использование трех координат.

Трехмерные построения можно рассматривать в изометрических видах. Для установки стандартного вида, называемого юго-западной изометрией, необходимо выбрать пункт меню View | 3D Views | SW Isometric. В этом случае пиктограмма осей смещается в центр и разворачивается так, что в проекции угол между осями будет уже не прямым, а 120°.

Плоскость, в которой строятся двумерные объекты, называется плоскостью построений. Ее положение определяется действующей системой координат и уровнем, то есть смещением плоскости построений вдоль оси Z относительно плоскости XY системы координат. Помимо значения уровня для выбранного объекта можно также установить значение высоты (параметр Thickness), которое определяет толщину данного объекта вдоль оси Z.

AutoCAD хранит текущее значение уровня, на котором выполняются построения, в системной переменной ELEVATION. Команда ELEV изменяет текущие установки для уровня и высоты объектов, которые будут строиться далее.

В панели инструментов Solids собраны кнопки операций построения тел. Это такие команды как: BOX (ЯЩИК), SPHERE (ШАР), CYLINDER (ЦИЛИНДР), CONE (КОНУС), WEDGE (КЛИН) и TORUS (TOP). Здесь также представлены команды EXTRUDE (ВЫДАВИТЬ) и REVOLVE (ВРАЩАТЬ). Команда INTERFERE позволяет создать тело, занимающее общий объем двух или более тел.

Команда HIDE показывает изображение трехмерной модели с подавлением скрытых линий. После выполнения операции изображение, образовавшееся в графическом экране, получается нерабочим - для продолжения редактирования рекомендуется выполнить команду REGEN (REGENALL).

Пример 4.2. Построение объемного тела, образованного пересечением конуса и сферы.

Command: SPHERE

Specify center of sphere: 0, 0, 0

Specify radius of sphere or [Diameter]: 100

Command: CONE

Specify center point for base of cone or [Elliptical]: 0, 0, 0

Specify radius for base of cone or {Diameter]: 100

Specify height of cone or [Apex]: a

Specify apex point: -200, 0, 0

Command: HIDE

Command: INTERFER (выбрать сначала сферу, потом конус)

Формируемый в графическом окне рисунка вид трехмерной модели зависит, в первую очередь, от точки зрения(направления взгляда). Задание точки зрения может выполняться и командой DVIEW, которая имеет также возможность устанавливать перспективную проекцию и секущие плоскости вида.

Команда VPORTS создает конфигурации видовых экранов Поле New name этого окна предназначено для задания имени создаваемой конфигурации видовых экранов. Если имя не задать, то новая конфигурация экранов создается, но не сохраняется. В области Preview отображается внешний вид той конфигурации, которая отмечена в списке Standard viewports. В раскрывающемся списке Apply to можно выбрать одно из двух значений, указывающих, к какой части графического экрана будет применяться операция деления на части: ко всему экрану или к текущему виду на экране. В раскрывающемся списке Setup пользователю доступны только два значения:

· 2D – текущий вид распространяется на все новые виды на экране;

· 3D – текущий вид устанавливается в одном из создаваемых видовых экранов, а в остальных AutoCAD выбирает соответствующие ортогональные виды.

В раскрывающемся списке Change view to задается вид, который необходимо установить в видовом экране, отмеченном в области Preview (доступны стандартные имена ортогональных и изометрических видов и имя *Current*). Для возврата к одноэкранной конфигурации надо выбрать тот видовой экран, вид которого нужно оставить, а в команде VPORTS выбрать конфигурацию Single, Apply to Display.

Команда VIEW позволяет устанавливать в экране вид, задавая направление взгляда и масштаб отображения (ортогональные, изометрические и другие виды). Виды, как и видовые экраны, могут именоваться и затем восстанавливаться по этим именам.

При помощи команды 3DORBIT можно динамически создавать, просматривать или редактировать трехмерные модели с любого угла зрения в изометрии. Она позволяет динамически изменять вид трехмерных объектов с помощью следующих команд:

3DPAN - панорамирование в пространстве;

3DZOOM – изменение масштаба отображения;

3DORBIT - возврат в режим орбиты после панорамирования или увеличения;

3DCORBIT - переход к постоянному вращению объектов;

3DSWIVEL - поворот вида;

3DDISTANCE - изменение фокусного расстояния;

3DCLIP - регулировка положения секущих плоскостей и некоторые другие.

Команда SHADEMODE позволяет выполнить раскрашивание объектов текущего видового экрана рисунка в одном из семи режимов. Одним из наиболее часто применяемых режимов является раскрашивание по Гуро. В этом методе вычисляется интенсивность света в каждой вершине, затем интенсивности интерполируются для других точек объекта, после чего грани многоугольников раскрашиваются цветом; переходы граней сглаживаются с помощью оттенков.

Более интересной возможностью получения реалистических изображений трехмерных объектов является операция тонирования командой RENDER. Тонирование дает возможность помимо обычного удаленного источника освещения, лучи которого направлены перпендикулярно экрану, использовать и другие – точечные и прожекторы. Команда RPREF задает различные режимы тонирования.

Поверхностям объектов можно назначать свойства материалов при помощи команды RMAT, накладывать текстуры (команда SETUV). В качестве специальных эффектов возможен туман (команда FOG) и фон (команда BACKGROUND).

В панели инструментов Draw--> Surfaces собраны кнопки всех основных операций с гранями и сетями. Команда 3DFACE строит четырехугольные примитивы, но они в отличие от команды SOLID являются уже трехмерными объектами, вершины которых могут не лежать в одной плоскости. Также можно выбрать построение сетей стандартной формы (параллелепипед, клин, пирамида, конус, сфера, купол, чаша, тор).

Команда SLICE позволяет разрезать тело плоскостью на два тела. Команда SECTION строит сечение тела, образуя в результате область с линиями сечения, которую можно затем вынести и использовать в чертеже.

Над телами можно выполнять операции общего редактирования (удаление, перемещение, копирование и т. п.), а также специализированные 3D операции: 3DARRAY, MIRROR3D, ROTATE3D, ALIGN (выравнивание объектов с другими точками или объектами).

Пример 4.3. Построение сплошного тела КОНУС и поворот на 45 градусов.

Command: AI_CONE

Specify center point for base of cone: 0, 0, 0

Specify radius for base of cone or [Diameter]: 200

Specify radius for top of cone or [Diameter]: 100

Specify height of cone: 200

Enter number of segments for surface of cone < 16>: [ENTER}

Command: ROTATE3D

Select objects:: выбрать новый конус

Specify first point on axis or define axis by

[Object/Last/View/Xaxis/Yaxis/Zaxis/2points]: 0, 0, 0

Specify second point on axis: 100, 0, 0

Specify rotation angle or [Reference]: 45

Еще одна команда редактирования SOLIDEDIT имеет большой набор опций работы с трехмерными объектами, такие как: выдавливание граней тела на заданную глубину; перенос граней; удаление граней, ребер и вершин; поворот граней вокруг заданной оси; сведение граней на конус; и другие.

1.4.1 КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

1. Установить вид чертежа, называемый юго-западная изометрия (SW Isometric).

2. С помощью команды CIRCLE нарисовать окружность с центром в точке X = 0, Y = 0 и радиусом 100 мм.

3. Изменить уровень окружности (для этого нужно изменить координату Z центра окружности). Установить значение характеристики Center Z в 250.

4. Изменить высоту окружности (параметр Thickness) с 0 на 100. При этом двумерный круг превратится в трехмерный цилиндр.

5. Скрыть невидимые линии трехмерного цилиндра (команда HIDE) и убедиться, что стенка цилиндра и оба основания являются непрозрачными.

6. Установить текущее значение уровня в 250, а высоты равное -100.

7. Построить командой CIRCLE окружность с центром в точке с координатами 0, 0 и радиусом 200 мм. Скрыть невидимые линии.

8. Выбрать в списке Standard viewports (команды VPORTS) конфигурацию Three: Above, в раскрывающемся списке Setup установить 3D, а в раскрывающемся списке Change view to - SE Isometric, ввести произвольное имя. Графический экран разделится на три части.

9. Сдвинуть полученную фигуру в угол экрана. Разделить экран на 3 части: вид слева, сверху и 3D вид – юго-западная изометрия.

10. Построить твердотельный параллелепипед (команда BOX) с размерами 400*350*200 и первой вершиной с координатами (0, 0, 0).

11. На верхней поверхности параллелепипеда построить цилиндр с центром в точке (200, 175, 200), радиусом 100 мм и высотой 150 мм (команда CYLINDER).

12. Увеличить количество образующих до 28 (переменная ISOLINES).Перерисовать экран.

13. Установить новую ПСК по нижнему ребру правой передней грани параллелепипеда (команда UCS с опцией FACE).

14. Построить новый параллелепипед, задав у него первый угол (100, 0, 0), второй угол – (300, -170, 0), а высоту равную -250 мм.

15. Объединить большой параллелепипед с цилиндром, а из образовавшегося составного тела вычесть малый параллелепипед (команды UNION и SUBTRACT).

16. Задать итоговому телу цвет с индексом 252 (серый) и выполнить раскрашивание по Гуро (команда SHADEMODE).

17. Выполнить снятие фаски размером 40х40 у верха цилиндрической части.

18. Установить на экране в качестве единственного вида юго-западную изометрию, вернуть мировую систему координат, сбросить значения команды ELEV в 0.

19. Построить два круга с центрами в начале координат и радиусами 100 и 80.

20. Повернуть оси системы координат относительно X на 90° (команда UCS с опцией X).

21. Построить полилинию из трех сегментов: первый из них является прямолинейным с вершинами в точках с координатами (0, 0) и (0, 500), второй сегмент – дуговой, касающийся первого и заканчивающийся в точке (100, 600), а третий сегмент – снова прямолинейный, касающийся дугового и заканчивающийся в точке (1000, 600) (у всех точек координата Z равна нулю).

22. Вызвать команду EXTRUDE. На запрос о выборе объектов указать область в форме кольца, полилинию в качестве траектории выдавливания.

23. Выполнить раскрашивание полученной фигуры по Гуро.

24. Перейти в мировую систему координат.

25. Выполнить разрез полученной фигуры по следующим трем точкам: (100, -50, 100), (-100, 80, 100) и (300, 0, 600) (команда SLICE).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ