三維建模教學(xué)軟件淺談

1、三維建模教學(xué)軟件淺談內(nèi)容摘要：復(fù)雜的形體大多都是由簡單的基本形體進(jìn)行布爾運(yùn)算或面截切得到的。在教學(xué)中從簡單零件的畫法開始，就注重引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行形體分析，養(yǎng)成良好的建模思維習(xí)慣，同時，讓學(xué)生理解UCS變換的目的是至關(guān)重要的一步。重視建模思路的分析引導(dǎo)，讓學(xué)生自主探求模型的構(gòu)建方法，使不同層次的學(xué)生得到不同程度的發(fā)展。 關(guān)鍵詞：三維建模思路，形體分析，UCS變換AutoCAD是目前應(yīng)用最廣的計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）通用軟件，從AutoCAD2000以后，其三維建模與功能隨著軟件版本的不斷升級而日顯強(qiáng)大 。AutoCAD（中級）培訓(xùn)其主要任務(wù)是完成三維建模的學(xué)習(xí)。這個過程既是AutoCAD 三維建模技

2、能的教學(xué)過程，更是為學(xué)生構(gòu)建三維設(shè)計理念，拓展三維設(shè)計視野，為今后觸類旁通地學(xué)習(xí)其他更專業(yè)的3D參數(shù)化設(shè)計軟件做鋪墊的過程，因此在教學(xué)中不僅要重視通過建模實(shí)例熟悉命令，更應(yīng)注重通過三維建模思路的分析，讓學(xué)習(xí)者能舉一反三，熟悉三維建模的思維過程 ，達(dá)到真正理解與掌握三維建模過程的目的。一、 形體分析是三維建模的思維基礎(chǔ)正如我們在工程制圖教學(xué)中，形體分析法是讀懂圖紙的基本分析方法一樣，在3D設(shè)計中，無論是象AutoCAD這種基于二維發(fā)展起來的三維設(shè)計模塊，還是參數(shù)化3D 設(shè)計軟件：如3dmax、 Pro/E、UG，其建模的基本思路都是首先對模型進(jìn)行形體分析，因?yàn)閺?fù)雜的形體大多都是由簡單的基本形體進(jìn)

3、行布爾運(yùn)算或面截切得到的。在教學(xué)中從簡單零件的畫法開始，就注重引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行形體分析，養(yǎng)成良好的建模思維習(xí)慣，只有這樣才能使學(xué)生真正掌握三維建模的技能。 三維建模時的形體分析（本文主要討論實(shí)體造型），主要從以下幾方面進(jìn)行考慮：1）是否為3d工具條中已有基本體（長方體、圓柱體、球體、圓錐體、楔體、圓環(huán)體, AutoCAD2007又新增了螺旋體、棱錐體等）的布爾運(yùn)算（并、差、交集），2）是否為二維幾何面拉伸、旋轉(zhuǎn)、放樣（2007新增）后與基本體的布爾運(yùn)算3）是否為基本體的面截切。一些形體，盡管看起來復(fù)雜，但基本形體的判斷與分解并不困難，這是由于組合形體主要是布爾并、差運(yùn)算，運(yùn)算后基本形體的特征仍然明

4、顯。例如（圖1）所示泵體，建模時可將其分解為圖2所示的二維幾何面拉伸體與圓柱體的布爾并、差運(yùn)算,復(fù)雜的形體也就變得簡單了。而有些形體，圖1圖2看似簡單，但初學(xué)者卻感覺無從下手，例圖3，六角螺母的倒角，不少初學(xué)者常常在倒角與倒圓命令上兜圈子，而其形體的形成應(yīng)是六棱柱與圓錐的布爾交運(yùn)算所得，采用布爾交運(yùn)算后的得到的形體，其基本形體的特征已不明顯，往往不易判斷，因此，在形體分析時，應(yīng)熟悉布爾交運(yùn)算結(jié)果的特點(diǎn)：兩形體的共有部分。形體分析的目的是在弄清形體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，確定建模方法。 一個形體，其構(gòu)建的方法往往并不是唯一的， 因此，在教學(xué)中，通過形圖3體分析啟發(fā)學(xué)生探討建模方法，并對各種方法加以分析比較

5、，選擇最簡方法，可以使學(xué)生在學(xué)習(xí)中不拘于教材或老師的建模步驟而獨(dú)立完成三維建模，真正掌握三維造型的技能，達(dá)到授之以漁的目的。二、 UCS變換是三維建模的關(guān)鍵形體分析為三維建模奠定了建模方法的思維基礎(chǔ)，但能不能完成建模，關(guān)鍵還在于對UCS的理解與靈活運(yùn)用。 UCS為user coordinate system的縮寫，即用戶坐標(biāo)系。在AutoCAD中有兩個坐標(biāo)系，一是WCS（世界坐標(biāo)系），另一個就是UCS。在二維繪圖中，我們采用的是WCS，其原點(diǎn)位置和坐標(biāo)軸的方向是固定不變的。而UCS是一個原點(diǎn)位置和坐標(biāo)軸方向可根據(jù)用戶需要變換的坐標(biāo)系。由于是在2D平面繪制3D圖形，因此，所有的3D軟件都要解決同

6、一問題，即2D繪圖平面的變換，只是各自的術(shù)語不一樣而已，如：pro/E將二維繪圖平面稱為草繪平面，masterCAM中將其稱為構(gòu)圖面，Solidworks將其稱為基準(zhǔn)面。AutoCAD中沒有明確給出二維繪圖面的名稱，而是用可變換的UCS確定二維繪圖面XY平面，理解了這一點(diǎn)，UCS變換也就容易掌握了，同時對于其他3D軟件的入門也起到觸類旁通的作用。（圖4）123初學(xué)者對UCS變換目的不理解，在建模時最感困難的就是UCS 的應(yīng)用。因此，在教學(xué)中，讓學(xué)生理解UCS變換的目的是至關(guān)重要的一步。UCS變換的一個重要目的，就是建立新的XY平面，由于許多2D繪圖及編輯命令（如PLINE、ARC、CIRCLE

7、、ELLIPSE）只能在xy平面內(nèi)繪制，而三維實(shí)體命令（圓柱、圓錐、長方體、楔體及拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描，放樣）都是基于2D圖形形成的，因此在三維建模時必須通過UCS變換將XY平面建立在所需的空間任意平面內(nèi)，使各個方向基本形體得以完成 。如圖4示的機(jī)件，是由1、2、3塊板組合而成，而創(chuàng)建1、2、3板的2D幾何平面圖形只能在xy平面內(nèi)繪制，通過UCS的變換，就可以使xy平面位于圖示所需的三種位置，達(dá)到構(gòu)建各個方位基本形體的目的。 明白了UCS變換的目的，再讓學(xué)生來理解和應(yīng)用UCS變換的各個命令就容易的多了。UCS變換命令的靈活應(yīng)用則在于讓學(xué)生熟悉UCS工具條中各命令的特點(diǎn)，為了讓學(xué)生能熟練掌握各命令，

8、可以根據(jù)各UCS變換命令特點(diǎn)分類介紹：繞X軸旋轉(zhuǎn)45繪斜圓柱 繞Y軸旋轉(zhuǎn)90 繪水平方向圓柱（圖5）1）繞坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)（ ），其特點(diǎn)是原點(diǎn)不變，只改變坐標(biāo)軸的方向，例圖5，配合原點(diǎn)平移命令，可以將XY平面變換到任何位置與角度。2）原點(diǎn)、坐標(biāo)軸方向變換（） ，這三個命令原點(diǎn)都可改變。為原點(diǎn)平移，理解與應(yīng)用不會有困難，靈活應(yīng)用可以在確定基本形體位置時簡化坐標(biāo)輸入。圖6示確定鍵槽位置時，UCS變換后，軸向坐標(biāo)（X）輸入1.5 即可。（圖6）圖7 Z軸正向 為定原點(diǎn)及Z軸正向，為三點(diǎn)定新XY平面，應(yīng)用的前提是已知Z方向或已知平面的三點(diǎn)，這兩個命令應(yīng)用得當(dāng)，可以使UCS變換快捷簡單。(圖7)3) 變換到指

9、定平面（） ），這三個命令的特點(diǎn)是指定某面（對象、實(shí)體表面、視圖）為新的XY平面。對于指定對象確定新的坐標(biāo)系，學(xué)生一般感覺較困難，但在實(shí)際中應(yīng)用并不多，因此可以簡略介紹即可。(圖8)指定實(shí)體平面（圖8）教學(xué)中注意給出UCS 變換的典型實(shí)例，注意分解難點(diǎn)。如（圖8）的建模，形體分析簡單，但須經(jīng)多次UCS變換才能完成。（圖9）（圖9）無論是已有模型的繪制，還是三維創(chuàng)意的表達(dá)，形體分析是三維建模思維的基礎(chǔ)，只有清楚了各部分的基本形體，才能確定建模的方式。而UCS變換則是解決各基本形體在各個不同空間方位的繪制。三維模型的構(gòu)建，重要的是建模思路的構(gòu)建。在教學(xué)中，宜采用引導(dǎo)探究教學(xué)方法，探究學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，傳統(tǒng)的理科學(xué)教學(xué)熱衷于灌輸和記取結(jié)