為利用現有大量的二維圖形資源,快速生成三維模型,提出了符合三維建模特征的形體分析法. 其可將復雜立體分解成基本幾何體和簡單體,整理出簡單體的特征視圖,然后將“二維圖形”中的“特征視圖”復制、粘貼到“三維圖形”文件所需位置上,經組合編輯,完成三維建模.該方法與直接建立三維模型相比,避免了重復性的工作,更為直觀、方便、快捷。

　　目前在加工制造業中,傳統的二維工程圖在表達尺寸標注、表面粗糙度、公差與配合等方面依然具有明顯的優勢.Auto CAD 作為一個優秀的繪圖軟件,繪制和編輯二維工程圖作為其主要優勢而得到了廣泛應用^[1] .同時,Auto CAD 也提供了建立三維模型的方法:表面模型和實體模型.實體模型最為復雜,功能也最多,所以應用最廣^[2,3] .當需要建立三維模型用以直觀地表達設計效果、構造、動畫模型時,可直接進行三維造型.而利用現有二維圖形進行符合三維建模特征^[4] 的形體分析,可方便、快捷地建立三維模型,同時擴展了傳統形體分析法^{[5 ,6]} 的內涵。

1、由二維視圖快速建立三維模型

1.1、形體分析法在三維模型中的應用

　　在工程圖學中,采用形體分析法對二維圖形進行分析:任何機械零件都可分解成若干基本形體,再由這些基本形體經過堆積和挖切兩種方式組合而成.一般認為,基本形體為完整的基本幾何體(如棱柱、棱錐、圓柱、圓錐、球、圓環等)、不完整的基本幾何體或為它們的組合.

　　而按三維建模特性來分析,基本形體應擴展分為基本幾何體和簡單體.基本幾何體為立方體、圓柱體、圓錐體、球體、圓環、楔形體等,簡單體為一般柱體和回轉體.按此基本形體的定義,建立三維基本形體的方法可分為3 種:

　　1)直接調用法:用于基本幾何體(立方體、圓柱體、圓錐體、球體、圓環、楔形體),根據基本幾何體的參數從實體(Solids)工具欄中直接調出相應建模命令.

　　2)掃描法:用于簡單體(一般柱體和回轉體),通過拉伸(Extrude)或旋轉(Revolve)簡單體的二維“特征視圖”生成三維模型.

　　3)間接編輯法:如果基本幾何體不屬于Solids工具欄中的三維立體,可先建立相近的三維模型,再利用實體編輯命令進行修改而滿足要求.

　　建立基本形體的三維模型后,再按一定的方式進行組合.組合方式分為堆積和挖切兩種,堆積方式可用布爾運算中的并集(Union)命令實現;挖切方式可再細分為內部挖孔(挖缺口)和外部切割.挖孔(挖缺口)可根據孔和缺口的形狀直接建立三維實體,再用布爾運算中的差集(Subtract)實現.而立體外部邊緣的切割可用剖切(slice )命令及多種實體編輯命令來實現^[7] .因此,要建立一個三維模型,一定要運用符合三維建模特點的形體分析法.

1.2、操作步驟

1.2.1、形體分析

　　圖1 所示為閥體三視圖. 可運用符合三維建模特點的形體分析法將其分解成若干簡單體———柱體和回轉體.分析柱體和回轉體的“特征視圖”,柱體的“特征視圖”是具有柱體端面形狀特征的視圖;回轉體的“特征視圖”是具有回轉體不同母線形狀特征的視圖,見圖2。

圖1 閥體三視圖　　 　　 　　　　　　 　　　 　　　　　　　　　 　　　　圖2 特征視圖

1.2.2、數據交換

　　在AutoCAD 中同時打開二維和三維兩個文件的窗口,進行數據交換,見圖3 .

圖3 Auto CAD 窗口

　　把二維圖形中各組成部分的“特征視圖”按其在基本視圖中的位置分類, 然后分批復制(Copyclip ),再粘貼( Pasteclip )到“三維圖形”文件中,此時的三維視圖切換到正等軸測圖為佳.一般情況下都是從“二維圖形”所在的X Y 平面內復制“特征視圖”,故只能粘貼到“三維圖形”中的X Y 平面內,所以要注意坐標系的對應關系,調整坐標面.通過UCS 工具欄中的3 個浮動按紐(繞X ,Y ,Z 軸旋轉當前UCS 的命令),可調整“三維圖形”中當前UCS 的X Y 坐標面的位置,使“特征視圖”粘貼到“三維圖形”中所需的位置.

1.2.3、創建基本形體三維模型

　　用面域( Region )命令將“三維圖形”中的“特征視圖”轉化為面域.對有兩個以上的封閉線框圍成的“特征視圖”,將生成相應兩個以上的面域,需用差集命令(Subtract )來生成一個新面域.對這些面域進行拉伸(注意拉伸高度方向為Z 軸方向,其他方向用選擇路徑P 的方式)和旋轉,得到如圖4 所示的三維簡單體.

1.2.4、組合

　　通過實體編輯及實體操作命令將圖4 中的簡單體組合起來.組合時應盡量先進行堆積(用并集Union命令實現),再對堆積后的新實體進行挖切.這樣可避免已被挖切的簡單體在用并集命令進行疊加時,出現多余的內部結構.最后,完成如圖5 所示的三維模型.

圖4 三維簡單體　　　　　　　　　　圖5 三維閥體

2、結語

　　針對Auto CAD 的三維建模,提出了符合三維建模特征的形體分析法,以及簡單體及其“特征視圖”的概念.通過形體分析,可從二維模型中整理出簡單體的特征視圖,并將其復制、粘貼到“三維圖形”文件所需的位置上,快速高效生成簡單體的三維模型實體編輯及實體操作命令,將簡單體與基本幾何體進行組合,最終完成三維建模。

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