AutoCAD

3D МОДЕЛИРОВАНИЕ В AUTOCAD. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

AutoCAD предоставляет пользователю не только средства двумерного черчения, но и трехмерного проектирования. С помощью инструментов по созданию тел и поверхностей можно создать объемные модели зданий, сооружений и машиностроительных изделий. Конечно, AutoCAD создавался в первую очередь как электронный кульман и его трехмерный интерфейс и возможности не такие, как скажем у программ SolidWorks, Inventor, 3Ds max, однако и он имеет свои преимущества:

Простой интерфейс создания тел и возможность точных построений в сравнении с 3Ds max;

Большая свобода действий, отсутствие параметризации, в несколько раз меньшая цена по сравнению с SolidWorks или Inventor.

Однако на лицо и недостатки:

Создание сложных тел и поверхностей занимает намного больше времени чем в

3Ds max, ввиду отсутствия у AutoCAD модификаторов;

Нет возможности создания анимации;

Отсутствие дерева построений у тел как в SolidWorks или Inventor;

Визуализация и рендеринг хуже чем в перечисленных программах. Однако при

определенных настройках можно получать хорошие результаты и в Автокад.

Несложные модели в AutoCAD делать действительно проще чем в других программах, и если добавить к этому возможность создания чертежей по 3х мерной модели в самом автокад и возможность использования языка AutoLisp для автоматизации, он становится достойным решением в области моделирования.

Пространства 3D

Для моделирования в AutoCAD существует 2 рабочих пространства:

3D Modeling/3D моделирование – содержит всевозможные команды создания и редактирования трехмерных объектов. Помимо вкладки home, где собраны все основные команды, это рабочее пространство содержит вкладки Solid (фигуры -

твердые тела), Surface (поверхности), Mesh (Сети), Render (Визуализация).

Чтобы перейти в рабочее пространство, необходимо щелкнуть левой кнопкой

мыши по панели рабочих пространств (она находится вверху экрана) и из списка

выбрать 3D modeling/3D моделирование.

41

3D Basic/Основы 3D – в нем представлены основные команды построения тел,

поверхностей и сетей, команды редактирования в виде булевых операций,

перемещения, создания трехмерного массива. Также на ленте есть вкладка визуализации (render).

Трехмерные координаты

Мировая система координат WCS — World Coordinate System, значок которой находится в левом нижнем углу окна чертежа, имеет три оси. Ось Х направлена слева направо, ось Y – снизу вверх и ось Z имеет направление в сторону пользователя перпендикулярно плоскости XY, что совпадает с плоскостью экрана. При моделировании двумерных объектов в плоскости XY, точка определялась значением двух координат X и Y, координату Z, равную нулю можно было игнорировать. В

трехмерном пространстве точка определяется тремя координатами X, Y, Z.

В новом файле по умолчанию все построения будут происходить в плоскости

XY - этому соответствует вид сверху (TOP) на видовом кубе, который находится справа вверху экрана. Плоскости определяются пересечением двух осей и носят их имя. Таким образом, работая в пространстве, мы тоже можем выделить 3 плоскости

(XY,YZ,XZ).

Методы введения трехмерных координат

Как и на плоскости, точку можно определить с помощью значений абсолютных или относительных координат.

Абсолютные координаты определяют положение точки относительно начала координат – точки с координатами 0,0,0. Запись относительных координат начинается символом @ и определяет положение точки относительно последней введенной

(@x,y,z).

В трехмерном пространстве можно задавать прямоугольные Декартовы координаты точки в виде x, y, z. Аналогом полярных координат на плоскости, в

трехмерном пространстве является цилиндрические и сферические координаты точки.

Цилиндрические координаты точки определяют расстояние от начала координат вдоль направления, заданного углом относительно оси Х, и значением Z

вдоль перпендикуляра к плоскости XY(@ расстояние < угол, z или расстояние < угол, z).

42

Сферические координаты точки (@ расстояние < угол 1 < угол 2 или расстояние < угол 1 <угол 2) определяют ее положение расстоянием от начала координат вдоль направления, заданного углом относительно оси Х и углом относительно плоскости XY. Ввести координаты можно с клавиатуры в командной строке или использовать интерактивный способ, нажав левую кнопку «мыши » в

определенной точке. При вводе координат интерактивным методом необходимо включить режим объектной привязки к характерным точкам объектов и режим объектного отслеживания.

Знак системы координат

В левом нижнем углу экрана находится знак системы координат,

который показывает направление осей координат, ориентацию плоскости XY и

отмечает начало координат. AutoCad позволяет управлять видом знака, изменять его стиль. Выбрать форму знака можно нажав правой клавишей мыши на него и выбрав в выпадающем меню пункты <Параметры знака ПСК> и <Свойства>.

Системы координат

AutoCad позволяет строить объекты в любой плоскости трехмерного пространства. Для упрощения построения объектов в плоскости, не параллельной плоскости построения XY, необходимо задать систему координат так, чтобы совместить плоскость построения XY с данной плоскостью, т.е. осуществить переход от мировой системы координат в систему координат пользователя. Осуществляется переход командой UCS (User coordinate system)/ПСК, либо дважды нажав левой

43

клавишей мыши на значёк ПСК. Начало системы координат пользователя, как правило, переносят в угол или в центр объекта, который на данной плоскости строится.

При нажатии правой клавишей мыши на значке ПСК открывается меню,

позволяющее:

вернуться к исходной (Мировой) системе координат,

предыдущей созданной,

именовать новые положения ПСК,

переместить значок ПСК в начало координат,

установить по трём точкам,

поворачивать оси ПСК,

устанавливать ПСК соответственно текущему виду, грани или объекту,

создавать новые положения и изменять параметры ПСК.

Уровень и высота

Плоскость экрана, которая совпадает с плоскостью XY мировой системы координат, называется плоскостью построений. Строя двумерные объекты, можно изменять их уровень, то есть управлять перемещением плоскости построений вдоль оси Z.

Самый простой способ перейти в трехмерное пространство это нажать на угол видового куба. При этом у нас откроется изометрический вид. Однако если попробовать нарисовать линию или любой другой примитив построения вновь будут выполняться на плоскости XY. Видовой куб лишь меня направление обзора, но не

плоскость построения.

44

Наблюдать за изменением уровня плоскости можно при переходе к изометрическим видам. Осуществляется переход через пункт линейки <Вид>

Достаточно щелкнуть по одному из них, и мы не только попадем на соответствующий вид, но и изменим плоскость построения.

Обзор объектов в трехмерном пространстве не ограничивается изометрическими видами. Можно посмотреть на объект с любого угла. Для этого есть операция orbit/орбита на панели навигации рядом с видовым кубом или во вкладке View(Вид) | Navigate(Навигация) на ленте.

Выдавливание тел

Операция выдавить (extrude) является одной из самых часто используемых при

3D моделировании. Создание твердотельного 3D объекта получается путем удлинения выбранного замкнутого контура или трехмерной грани вдоль оси «Z».

Построим цилиндр. Для этого:

1)Рисуем большой круг;

2)Вызываем команду extrude (выдавить).

3)Далее следует запрос: Select objects to extrude or [MOde]: /Выберите объекты для выдавливания или режим:

Нужно кликнуть на круг и, так как объектов больше нет, нажать <enter> .

4) После возникает следующий запрос: Specify height of extrusion or [Direction/Path/Taper angle/Expression]/Высота выдавливания или :

45

Если просто ввести число или щелкнуть мышкой выше или ниже контура – то контур будет выдавлен на заданную высоту. Число может быть и отрицательно, тогда построение будет происходить по отрицательному направлению координаты.

Опции команды выдавить

Direction (направление) - задание длины и направления выдавливания с помощью двух указанных точек. (Направление выдавливания не может быть параллельным плоскости кривой сдвига, созданной выдавливанием);

Path (траектории) - задание траектории выдавливания на основе выбранной линии;

Taper angle (угол конусности) - значение угла конуса для выдавливания.

Положительные величины угла сужают объект, отрицательные — расширяют его;

Expression (выражение) – данный запрос дает возможность ввести высоту

выдавливания при помощи выражения или формулы.

Чтобы выдавить не сплошные тела, а тонкостенные профили, трубы и оболочки необходимо выделить две замкнутые линии, вписанные одна в другую – выдавить их,

а затем вычесть из внешнего тела внутреннее.

Вытягивание тел

Операция вытягивание (presspull/выдавгрань) по своему принципу работы очень похожа на операцию «выдавливание» с некоторыми небольшими отличиями. Главным отличием является то, что данная команда является динамической – то есть она сама ищет замкнутый контур при наведении курсора на объект (аналогично работает команда «штриховка»). Отличием является и то, что при вытягивании замкнутого контура во внутрь грани существующего 3D объекта автоматически выполняется команда вычитание(subtract). Пожалуй, самое частое применение команды в AutoCAD – это построение стен и труб.

Сдвиг

Создание трехмерного объекта путем сдвига замкнутого контура вдоль некоторой траектории. Ей может быть прямая линия, дуга окружности, полилиния и спираль. Таким образом вы можете создавать сложные тела и поверхности в

46

AutoCAD. Сдвигать можно и не сплошные тела, для этого нужно выделить не два

контура, а один.

1.Создадим обычную спираль (home | draw | helix ) и в начальной точке спирали нарисуем небольшой круг (circle), используя привязку endpoint.

2.Вызовем команду sweep (сдвиг) и выберем сначала окружность (т.е. сечение), а

после этого нажав на клавишу <enter> выбираем спираль (траекторию). Если в первом запросе Select objects to sweep or [MOde]:

Выбрать Mode, а затем Surface – будет построена поверхность, а не твердое

тело.

Кроме выравнивания (align) перед указанием траектории можно выбрать и другие запросы:

Basepoint (базовая точка) - базовая точка для объектов, подлежащих сдвигу;

Scale (масштаб) - задание масштабного коэффициента для операции сдвига;

Сечение по траектории уменьшается( < 1) или увеличивается (коэффициент > 1).

Twist (закручивание) - задание угла закручивания для объектов, подлежащих сдвигу. Действие аналогично кручению реальных тел.

При создании тел с помощью команды сдвиг, в Автокаде сечение и траектория

будут удалены, так что при необходимости сделайте копию. Отметим особенности

команды sweep:

1)Вы можете закручивать объекты с помощью опции Twist;

2)Пропорциональное уменьшение или увеличение сечения достигается опцией

Scale - Масштаб;

3) В качестве линий сдвига можно применять полилинии, сплайны и спирали.

Сечения также могут быть сплайнами; 4) Построение тонкостенных оболочек без применения дополнительный

операций возможно, если выделять области region, а не просто замкнутые линии.

Тела вращения

Многие стандартные тела в AutoCAD могут быть построены вращением той или иной линии вокруг оси (шар, конус, тор). Тела вращения очень часто встречаются в машиностроении: всевозможные валы, втулки, фланцы, подшипники и т.д.

47

Команда revolve (вращать) дает возможность построения твердотельного 3D объекта путем поворота линии замкнутого контура вокруг оси на заданное число градусов. Короткое имя команды – rev.

Если ось вращения находится вне тела, то тело будет пустым, а если профиль не замкнут - получается поверхность.

Операция Лофт/Loft (по сечениям)

Команда Лофт (Loft) позволяет создать твердотельный 3D объект или поверхность из нескольких замкнутых поперечных сечений.

1.Нарисуем несколько кругов различного диаметра и расположенных на разных высотах (ссылка на файл-пример дана в начале урока).

2.Вызовем команду loft;

Command: loft 3. Последует запрос:

Select cross sections in lofting order or [POint/Join multiple edges/MOde]:

(Выберите поперечные сечения в порядке требуемом для лофтинга, или [Точка

/ Соединить несколько кромок / Режим)

Здесь мы должны последовательно выделить сечения (в нашем случае круги),

начиная с нижнего.

4.После того как выбраны все круги, нажимаем клавишу Enter;

5.Далее автокад сообщит нам сколько сечений было выбрано: 4 cross sections selected;

Ипоследует запрос:

Enter an option [Guides/ Path/ Cross sections only/ Settings] :

Задайте параметр [Направляющие | Траектория | Только поперечные сечения

Параметры]:

Нажмем Enter. Наш объект будет построен.

48

Дополнительные опции в пункте 3 (после вызова команды).

Point (точка) - дает возможность задания первой или последней точки для операции лофтинга. После выбора параметра "Точка" потребуется выбрать замкнутую кривую;

Join multiple edges (соединить несколько кромок) - соединение нескольких состыкованных кромок и их использование в качестве единого поперечного сечения;

Mode (режим) – переключение между типом получаемого объекта -

поверхность/твердотельный объект.

После выбора всех поперечных сечений и нажатия клавиши «Enter» мы

можем выбрать один из следующих режимов:

Guides (направляющие) - задает направляющие кривые, которые управляют формой твердотельного объекта;

Path (траектория) - задает одиночную траекторию для построения твердотельного объекта;

Cross sections only (только поперечные сечения) - создает твердотельный объект без учета траектории или направляющих объектов (AutoCAD сам формирует гладкую направляющую);

- Setting (параметры) – отображает диалоговое окно «параметры лофта».

Параметры Loft

Ruled (Кусочно-линейчатая) – создание внешней прямолинейных внешнех поверхности, соединяющих сечения.

Smooth Fit (Гладкая) – соединение сечений с соблюдением гладкости в продольном направлении.

Normal To (Нормальная к) – построение гладкой поверхности с обеспечением перпендекулярности выбранным сечениям.

Draft Angles (Углы граничных условий) – задание углов между поверхностью и конечным и начальным сечением.

Сlose Surface or Solid (Замкнуть поверхность или тело) – создает пустое пространство внутри тела.

Чтобы изменить параметры лофта уже созданного объекта, достаточно просто

его выбрать и нажать на появившейся рядом значок лофта с «ручками» .

49

Булевы (логические) операции

Логические или булевы операции весьма распространенное средство редактирования трехмерных тел. Операции названы в честь английского математика Джорджа Буля, создателя алгебраической логики.

Соединение (Union)

Операция соединение (Union) соединяет несколько тел или областей вместе в один объект. Это необратимая операция (не считая <Ctrl> +z).

50