為利用現(xiàn)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(fù)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(fù)制、粘貼到“三維圖形”文件所需位置上,經(jīng)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(fù)性的工作,更為直觀、方便、快捷。

　　目前在加工制造業(yè)中,傳統(tǒng)的二維工程圖在表達尺寸標(biāo)注、表面粗糙度、公差與配合等方面依然具有明顯的優(yōu)勢.Auto CAD 作為一個優(yōu)秀的繪圖軟件,繪制和編輯二維工程圖作為其主要優(yōu)勢而得到了廣泛應(yīng)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(fù)雜,功能也最多,所以應(yīng)用最廣^[2,3] .當(dāng)需要建立三維模型用以直觀地表達設(shè)計效果、構(gòu)造、動畫模型時,可直接進行三維造型.而利用現(xiàn)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(tǒng)形體分析法^{[5 ,6]} 的內(nèi)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(yīng)用

　　在工程圖學(xué)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(jīng)過堆積和挖切兩種方式組合而成.一般認(rèn)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(huán)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(yīng)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(huán)、楔形體等,簡單體為一般柱體和回轉(zhuǎn)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(diào)用法:用于基本幾何體(立方體、圓柱體、圓錐體、球體、圓環(huán)、楔形體),根據(jù)基本幾何體的參數(shù)從實體(Solids)工具欄中直接調(diào)出相應(yīng)建模命令.

　　2)掃描法:用于簡單體(一般柱體和回轉(zhuǎn)體),通過拉伸(Extrude)或旋轉(zhuǎn)(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(xiàn);挖切方式可再細分為內(nèi)部挖孔(挖缺口)和外部切割.挖孔(挖缺口)可根據(jù)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(xiàn).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(xiàn)^[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(zhuǎn)體.分析柱體和回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)體的“特征視圖”是具有回轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)交換

　　在AutoCAD 中同時打開二維和三維兩個文件的窗口,進行數(shù)據(jù)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(fù)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(nèi)復(fù)制“特征視圖”,故只能粘貼到“三維圖形”中的X Y 平面內(nèi),所以要注意坐標(biāo)系的對應(yīng)關(guān)系,調(diào)整坐標(biāo)面.通過UCS 工具欄中的3 個浮動按紐(繞X ,Y ,Z 軸旋轉(zhuǎn)當(dāng)前UCS 的命令),可調(diào)整“三維圖形”中當(dāng)前UCS 的X Y 坐標(biāo)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(chuàng)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(zhuǎn)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(yīng)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(zhuǎn),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(yīng)盡量先進行堆積(用并集Union命令實現(xiàn)),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(xiàn)多余的內(nèi)部結(jié)構(gòu).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(jié)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(fù)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。

參考文獻:
[1] 周玉玲. Pro/E工程圖轉(zhuǎn)換為Auto CAD工程圖的探討與應(yīng)用[J] . 機械研究與應(yīng)用,2005,18(1):105-106 .
[2] 劉志紅, 涂曉斌, 蔣先剛. 由機件實體模型自動生成零件圖[J]. 中國制造業(yè)信息化, 2004 ,33(9):98-100.
[3] 吳紹蘭. 二、三維相結(jié)合的工業(yè)設(shè)計制圖體系研究[J].華東交通大學(xué)學(xué)報, 2003,20(2):109-110.
[4] 章易程,李蔚,曾韜. CAD系統(tǒng)中三維特征造型方案的描述[J].組合機床與自動化加工技術(shù),2001,(4):20-21.
[5] 何銘新,錢可強. 機械制圖(第五版)[M].北京:高等教育出版社,2004.
[6] 盛奎川.組合體及其形體分析法的基本理論問題[J].工程圖學(xué),2001,45(3):151-155.
[7] 路純紅,郭朝勇.AUTOCAD 2004中文版機械應(yīng)用實例教程[M].北京:清華大學(xué)出版社,2004.