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§16-12 AutoCAD三维绘图简介
AutoCAD提供了较强的三维造型功能，并且可以通过三维实体自动生成各种视图和剖面图。 AutoCAD可以创建三种不同类型的三维模型： 实体模型(Solid models)： 既包含面，也包含面中的体。实体模型是具有质量、体积、重心和惯性矩等特性的三维表示。本节只介绍三维实体模型的创建方法。 曲面模型(Surface models)： 不仅定义三维对象的边而且定义面，是与三维对象的形状相对应的无限薄壳体。曲面模型既可以通过将标高和厚度应用于二维对象来创建，也可以通过给定的创建三维对象的命令来创建曲面模型。 网格模型（Wireframe models）： 使用多边形（包括三角形和四边形）来定义三维形状的顶点、边和面组成，也称线框模型。可在三维空间的任何位置绘制直线、圆弧、多义线和其他二维对象来创建线框模型。线框模型中没有面，只有描绘对象边界的轮廓。
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一、工作空间的设置 在AutoCAD 的"工作空间"下拉列表中有两个三维工作空间，分别为"三维基础"和"三维建模"。
单击下列按钮
"三维基础"工作空间的用户界面，显示特定于三维建模的基础工具。
"三维建模"工作空间的用户界面，显示三维建模特有的工具。 与[三维基础]相比[三维建模]工作空间中包含的三维建模工具更全面，所以本节中将以[三维建模]工作空间为例介绍三维建模的基本概念和建模的基本操作法。 "三维建模"工作空间在窗口顶部有九个与三维建模相关的选项卡，本图所示为由[建模]、[网格]、[ 实体编辑]等十一个面板组成的[常用]选项卡。
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二、三维坐标和用户坐标系 AutoCAD有两个坐标系： 一个是被称为世界坐标系（World coordinate System，简称WCS）的固定坐标系； 一个是被称为用户坐标系（User coordinate System，简称UCS）的可移动坐标系。 默认情况下，这两个坐标系在新建图形中是重合的。用户坐标系是用户根据绘图的需要依据一定的条件建立的坐标系。 图形中的任何一点在WCS中都有一个确定的X、Y、Z坐标。当工作在二维空间时，图形只有X、Y坐标，AutoCAD默认的Z坐标值为0。
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坐标系的图标形式有二维图标(图a)、三维图标(图b)、着色图标(图c)三种。可以使用 UCSICON 命令在二维 UCS 图标和三维 UCS 图标之间切换。也可以使用此命令改变三维 UCS 图标的大小、颜色、箭头类型和图标线宽度。 如果图标显示在当前 UCS 的原点处，则图标的左下角方框中有一个加号 (+)。如果图标显示在视口的左下角， 则图标中没有加号。 如果存在多个视口，则每个视口都显示各自的UCS 图标。
a 二维图标 b 三维图标 c 着色图标
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AutoCAD的三维坐标系统可用右手规则来定义，将右手手指按图a所示伸开，则沿伸出的大拇指方向为X轴的正方向，沿伸出的食指方向为Y轴的正方向，沿伸出的中指方向为Z轴的正方向。 当需要确定绕某轴旋转角度的正、负时，也可以通过右手定义。如图b所示，将大拇指指向旋转轴的正方向，其他四指弯曲，当旋转方向与四指弯曲的方向一致时，旋转角为正，否则为负。
（a）三个坐标轴正方向的定义方法 （b）旋转角度正方向的定义方法
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三、观察三维模型 1、多个视口的创建 当开始一个新图形时，绘图区通常显示成一个单独视口。在AutoCAD中，为了便于同时观察图形对象的各个视图，可以将当前窗口分割为多个视口，并且通过在不同视口内建立不同的 UCS坐标，使每个视口显示不同的视图。每一个视口都是独立的操作单元，可以单独控制每一个视口的栅格、捕捉、视图方向以及缩放等。
单击带有向下箭头的[视口]，会弹出[视口配置列表]，
[视图]选项卡中的[视口]面板
单击[视口配置列表]会弹出[视口配置列表]菜单，
在列出的选项中选择[四个：相等]，视口会转换为四个视口配置。
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X
Y
2、设置观察方向 AutoCAD中视口的默认观察方向是俯视方向，其二维坐标为XY。建立了多个视口后，所有视口的观察方向均与之前单一视口的观察方向一致，根据建模的需要，应为每个视口确定一个观察方向。
建立四个视口后，单击任一视口可使其成为当前视口。
将当前视口设置为主视图。
用同样的方法设置其它视口。
主视
左视
俯视
西南轴测
Z
绘图时在一个视口所作的任何修改，在其他视口中会立即看到。可以随时从一个视口转换到另一个视口，转换方法只需将光标移至新视口中单击一下，使其成为当前视口，即可在新视口中进行绘图、编辑。
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3、视觉样式的设置 视觉样式是用来控制视口中边、面着色方式的显示。可以随时选择视觉样式并更改其设置，在视口中实时查看所设视觉式样的效果。
AutoCAD 2012提供了多种预定义的视觉样式，如： "二维线框。显示用直线和曲线表示边界的对象。光栅和 OLE 对象、线型和线宽均可见。系统默认的视觉样式既为[二维线框]，故前面几节中讲述二维绘图功能时，视口中使用的均为这种视觉样式。 "三维线框：显示用直线和曲线表示边界的对象。 "三维隐藏：显示用三维线框表示的对象并隐藏表示背面的线。 "概念。使用平滑着色和古氏面样式显示对象。古氏面样式在冷暖颜色而不是明暗效果之间转换。效果缺乏真实感，但是可以更方便地查看模型的细节。 "真实。使用平滑着色，显示已附着到对象的材质 "带边框着色。使用平滑着色和可见边显示对象。 "灰度。使用平滑着色和单色灰度显示对象。 "勾画。使用线延伸和抖动边修改器显示手绘效果的对象。 "X 射线。以局部透明度显示对象。 以上视觉样式中，除"二维线框"外，其他均属于三维视觉模式。
[三维线框]视觉样式的显示效果 [三维隐藏]视觉样式的显示效果
[概念]视觉样式的显示效果 [真实]视觉样式的显示效果
视觉样式的设置与视口观察方向的设置方法类似。先单击需要更改视觉样式的视口将其激活，然后单击[视图]选项卡， 在[视觉样式]面板上单击视觉样式选项框（该选项框中显示的是最后一次使用的视觉样式，图中显示的为[二维线框]。）
在弹出的视觉样式选项中选择需要的视觉样式，被激活的视口就会显示出相应的视觉样式的效果。
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4、三维导航工具 三维导航工具允许用户从不同的角度、高度和距离查看图形中的对象。系统提供了多种导航工具，下面重点介绍一个适合初学者使用的三维导航工具ViewCube。
ViewCube工具是一种可单击、可拖动的常驻界面。当用户将视口设置为三维视觉样式时，ViewCube工具会自动显示在视口的右上角。
如图16-49所示，ViewCube图标是由一个标有方位的正方体和一个圆环形指南针构成，其显示的状态与视口的观察方向是一致的，可以帮助用户直观了解每一个视口的观察方向。图16-50中左上视口的观察方向为前视，左下视口的观察方向为俯视，右侧两视口的观察方向均为西南，右上视口的投影模式为平行模式，右下视口的投影模式为透视模式。ViewCube图标只反映观察方向，不反映投影模式。投影模式可以在ViewCube菜单中进行设置。
也可以通过单击图16-48所示的[视图]选项卡上的[窗口]面板中[用户界面]，在弹出的菜单中选择显示或隐藏ViewCube工具。
ViewCube图标是由一个标有方位的正方体和一个圆环形指南针构成，其显示的状态与视口的观察方向是一致的，可以帮助用户直观了解每一个视口的观察方向。图16-50中左上视口的观察方向为前视，左下视口的观察方向为俯视，右侧两视口的观察方向均为西南，右上视口的投影模式为平行模式，右下视口的投影模式为透视模式。ViewCube图标只反映观察方向，不反映投影模式。投影模式可以在ViewCube菜单中进行设置。
（a）定义[面] （b）定义[边] （c）定义[角] （d）拖动[指南针圆环]
ViewCube工具定义视图方向的方式
在[三维建模]工作空间中， [视图]选项卡中的[导航]面板上还提供了[SteeringWheels]和[动态观察]两种三维导航工具。
单击[导航]面板中SteeringWheels下的下拉箭头，会弹出控制盘的选项菜单，用户可以根据需要选择适合当前绘图需要的工具组合。单击控制盘的选项菜单中的选项，对应的控制盘就显示在绘图区
SteeringWheels被划分为不同区域，每一个区域就是一个按钮，控制盘上的每个按钮代表一种导航工具。图a为[全导航]控制盘，其上共有八个按钮。图b为[查看对象（基本型）]控制盘，其上有4个按钮。按住并拖动控制盘的按钮是交互操作的主要模式。显示控制盘后，单击其中一个按钮并按住鼠标左键以激活导航工具，拖动鼠标以重新设置当前视图的方向，松开按钮可返回至控制盘。
（a）全导航 （b）查看对象(基本型)
动态观察。将动态观察约束到 XY 平面或 Z 方向。 自由动态观察。允许沿任意方向进行动态观察，而不被约束到 XY 平面或 Z 方向。 连续动态观察。光标变为两条实线环绕的球状，使用户可以将对象设定为连续运动。
[导航]面板的[动态观察]，是在三维空间中旋转视图的工具，启动该命令之前，可以先选择一个或多个对象，然后再选择[动态观察]工具，这时视图中只显示选中的模型的动态变化。 单击图16-51所示的[动态观察]右侧的下拉箭头，会弹出图16-54所示的动态观察模式选项：
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四、创建三维实体 在[三维建模]工作空间的[常用]选择卡的[建模]控制面板上，提供了实体建模的主要方式。通过这些命令可以建立基本的实体，之后可以利用这些基本实体通过实体编辑得到较复杂的实体。
1、实体图元 AutoCAD将长方体、圆锥体、圆柱体、球体、圆环体、楔体和棱锥体定义为标准形状，也称为实体图元。单击[建模]控制面板上的实体图元下边的下拉箭头，就可以看到创建实体图元的命令选项。
2、基于二维对象的实体 AutoCAD提供了利用现有二维对象通过指定方式创建三维实体的功能。在[建模]选项板上单击[拉伸]下的下拉箭头，可弹出如图所示的菜单，菜单中的四种建模方式分别为： 拉伸：沿垂直方向将二维对象的形状延伸到三维空间。 放样：在一个或多个开放或闭合对象之间延伸形状的轮廓。 旋转：绕轴扫掠二维对象。 扫掠：沿某个路径延伸二维对象。
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绘制长方体。
输入“长方体”命令后，命令行提示：Box 指定长方体的角点或[中心点（CE）]<0，0，0>:
Box 指定长方体的角点或[中心点（CE）]<0，0，0>:
在当前视口中单击角点后，命令行提示：指定角点或[立方体（C）/长度（L）]<0，0，0>:
Box 指定长方体的角点或[中心点（CE）]<0，0，0>:指定角点或[立方体（C）/长度（L）]<0，0，0>:
输入相对坐标@40,20,0后，命令行提示：指定高度:
@40,
@40,20,0
指定角点或[立方体（C）/长度（L）]<0，0，0>:指定高度:
输入高度,完成作图。
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楔形体（Wedge）
输入“楔形体”命令后，命令行提示：Wedge 指定楔形体的角点或[中心点（CE）]<0，0，0>:
Wedge 指定楔形体的角点或[中心点（CE）]<0，0，0>:
Wedge 指定楔形体的角点或[中心点（CE）]<0，0，0>:指定角点或[立方体（C）/长度（L）]<0，0，0>:
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球体（Sphere）
输入“球体”命令后，命令行提示：Sphere 指定球体的球心<0，0，0>:
Sphere 指定球体的球心<0，0，0>:
在当前视口中单击球心后，命令行提示：指定半径或[直径（D）]:
Sphere 指定球体的球心<0，0，0>:指定半径或[直径（D）]:
输入半径，完成作图。
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重画（R）重生成（G）全部重生成（A）缩放（Z）平移（P）鸟瞰视图（W）清除屏幕（C） Ctrl+O视口（V）……命名视图（N）三视视图（3）三维动态观察器（B）消隐（H）着色（S）渲染（E）显示（L）工具栏（O）
视图
着色（S）
二维线框（2）三维线框（3）消隐（H）平面着色（F）体着色（G）带边框平面着色（T）带边框体着色（S）
体着色（G）
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圆柱体（Cylinder）
输入“圆柱”命令后，命令行提示：Cylinder 指定圆柱底面的中心点或[椭圆（E）]<0，0，0>:
Cylinder 指定圆柱底面的中心点或[椭圆（E）]<0，0，0>:
在当前视口中单击圆心后，命令行提示：指定圆柱底面圆的半径或[直径（D）]:
Cylinder 指定圆柱底面的中心点或[椭圆（E）]<0，0，0>:指定圆柱底面圆的半径或[直径（D）]:
输入半径20后，命令行提示：指定高度:
指定圆柱底面圆的半径或[直径（D）]:指定高度:
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圆锥体（Cone）
输入“圆锥”命令后，命令行提示：Cone 指定圆锥底面的中心点或[椭圆（E）]<0，0，0>:
Cone 指定圆锥底面的中心点或[椭圆（E）]<0，0，0>:
在当前视口中单击圆心后，命令行提示：指定圆锥底面圆的半径或[直径（D）]:
Cylinder 指定圆锥底面的中心点或[椭圆（E）]<0，0，0>:指定圆锥底面圆的半径或[直径（D）]:
指定圆锥底面圆的半径或[直径（D）]:指定高度:
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圆环（Torus）
输入“圆环”命令后，命令行提示：Torus 指定圆环体的中心<0，0，0>:
Torus 指定圆环体的中心<0，0，0>:
在当前视口中单击中心点后，命令行提示：指定圆环半径或[直径（D）]:
Torus 指定圆环体的中心<0，0，0>:指定圆环半径或[直径（D）]:
输入圆环半径后，命令行提示：指定圆管半径或[直径（D）]:
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指定圆环半径或[直径（D）]:指定圆管半径或[直径（D）]:
输入半径,完成作图。
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[拉伸]命令可以将一个闭合的二维对象，按照一定的路径生成三维实体。闭合的二维对象包括：圆、椭圆、圆环、多边形、闭合多义线、面域和闭合的样条曲线。其路径可以在拉伸高度、方向、路径、倾斜角中选择一种。下图所示为，以圆为拉伸对象，选择倾斜角为拉伸方式，在拉伸高度相同，倾斜角度分别等于零度、10°和负10°条件下的拉伸结果。
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五、实体编辑 实体编辑命令在如左图所示的[三维建模]工作空间的[常用]选择卡的[实体编辑]控制面板上，其中左侧一列的布尔运算是创建组合体的常用命令，其从上到下分别是：
并（UNION）：可以将两个或两个以上的实体合并为一个实体。 差（SUBTRACT）：可以从一组实体中删除与另一组实体的公共区域，并形成一个新的实体。 交（INTERSECT）：可以将两个或两个以上的实体中重叠的公共部分创建为一个新的实体。
[实体编辑]控制面板上中间一列第二个图标命令为[剖切]，这是一个在构造组合体时较为常用的命令。 剖切是将实体沿指定的平面剖开的命令，使用时首先选择要剖切的实体，然后确定剖切平面的位置，这时还要指明是将已分割成两部分的实体都保留，或保留其中的一部分。
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六、实体修改 在[常用]选择卡的[修改]控制面板上，既有已经学过的二维修改命令，也有三维修改命令。其中左侧第一列为三维镜像、三维对齐；左侧第二列为三维移动、三维旋转和三维缩放。其他的为二维修改命令。
已经学过的二维修改命令中，删除、移动、复制、缩放和旋转可以用于三维对象的修改，而修剪、延伸和拉伸不能用于三维对象。倒角和倒圆角命令也可用于修改三维实体，调用命令后，系统可以根据选择的对象判断需要修改的是二维还是三维对象，然后做出相应提示。 三维修改命令中有一些是与二维修改命令对应的，但其功能有所不同。如二维旋转命令是围绕指定基点旋转，而三维旋转命令是围绕指定轴旋转；二维缩放命令只能对选定图元进行统一比例的整体缩放，而三维缩放命令还可以进行沿指定轴或指定平面的缩放。
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例题16-9 按下图所示尺寸，创建两圆柱正交相贯的三维模型。
操作步骤（1）将模型显示卡划分为三个视口：
在列出的选项中选择[三个：右]，视口会转换为三个视口配置。
（2）选择观察方向： 激活左上视口，选择[左视]，即将该视口的观察方向设为[左视]。
激活左下视口，将观察方向设为[俯视]。激活右侧视口，将观察方向设为[西南等轴测]。
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（3）修改视觉样式 在[视觉样式]面板中单击右下角的斜向箭头，在弹出的[视觉样式管理器]上，单击[二维线框]，在下边列出的参数表中将[轮廓素线]由默认的4改为24。
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激活右侧视口，在[视觉样式]面板中单击[概念]。
（4）绘制圆柱体并修改颜色： 激活左下视口，输入[圆柱体]命令，
输入圆心：在视口中心任取点；半径：10；圆柱高度值：28； 激活左上视口，打开正交功能，输入圆柱体命令，输入圆心：捕捉上一圆柱下底面圆心；半径：8；圆柱高度值：28。
激活左上视口，打开正交功能，
同法输入圆柱体命令，输入圆心：捕捉上一圆柱下底面圆心；半径：8；圆柱高度值：28。
（5）调整圆柱位置： 激活左下视口，输入移动命令，选择小圆柱，基点：0,0,0；第二点：14,0,14。
（6）进行布尔并运算： 在 [实体编辑]控制面板中单击[并]，选择两个圆柱后回车，即可得到图所示的建模结果。
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