ТРЕХМЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В AUTOCAD
методическая разработка по информатике и икт

Изометрическое черчение

Изометрические чертежи позволяют дать общее представление о пространственной геометрии объекта. Они являются плоскими чертежами, в которых изображение строится на трех изометрических плоскостях – правой, левой и верхней. Координаты оси X, Y, Z для изометрии направлены соответственно под углами 30, 90 и 150 градусов.

При изометрическом черчении доступны все команды создания и редактирования примитивов, а также режимы объектной привязки.

Настойка изометрического стиля

1. Вызовите диалоговое окно Режимы рисования с помощью команды Сервис – Режимы рисования.
2. На вкладке Шаг и сетка установите тип привязки – Изометрическая.
3. На вкладке Отслеживание настройте отслеживание опорных полярных углов 30,90,150,210,270 градусов.

Упражнение

Нарисуйте изображение объемного кубика с длиной ребра 50 (см. рисунок ниже). Используйте полярное отслеживание и объектную привязку.

Переключение между изометрическими плоскостями выполняется с помощью клавиши F5.

Для создания изометрических кругов вызовите команду ЭЛЛИПС (ось, конец) и на приглашение введите опцию Изокруг. Далее укажите центр и конец оси.

Введение в трехмерное проектирование в АutoCAD

В АutoCAD можно создавать три типа моделей трехмерных объектов: каркасные, поверхностные, твердотельные.

Каркасные модели представляют собой модели объектов, как бы созданные из проволоки. Они не имеют поверхностей, а просто дают представление о форме трехмерных объектов, показывая их ребра.

Поверхностная модель представляет собой каркасную модель, обтянутую каким-либо материалом. Она дает представление о внешнем виде объекта, но абсолютно не учитывает того, что находится внутри объекта.

Твердотельные модели несут наибольшую информацию о моделируемых объектах. Они позволяют учитывать то, что внутри объект не является полым.

Разные типы трехмерных построений оптимальны в определенных ситуациях.

С твердотельными моделями работать сложнее всего и их достоинства проявляются в определенных случаях.

Каркасные модели наиболее просты в построении и представляют собой, по сути, двухмерные объекты, помещенные в трехмерное пространство (можно использовать все инструменты двумерного черчения). В дальнейшем они бывают полезны как основа при создании поверхностных моделей.

Построение сложных поверхностей лучше произвдится при использовании поверхностных моделей.

Построение простейшей каркасной модели

Процесс ввода координат при трехмерном проектировании практически ничем не отличается от ввода координат в двухмерном проектировании. Просто вместо двух координат задаются три координаты.

Упражнение

Построим в трехмерном отображении два одинаковых прямоугольника, расположенных один над другим.

1. Перейдите в трехмерное проектирование. Для этого щелкните в нижнем левом углу экрана по кнопке Переключение рабочих пространств (шестеренка) и выберите 3D моделирование.
2. Щелкните на кнопке Прямоугольник на вкладке Главная ленты инструментов (группа Рисование). Далее в ответ на запрос командной строки задайте первый угол или введите координаты 20,20,30
3. На следующий запрос в командной строке задайте другой угол или задайте координаты противоположного угла прямоугольника 70,100
4. В результате будет построен прямоугольник длиной 50 и шириной 80, расположенный над плоскостью XY на 30 выше.  На экране видим обычный прямоугольник, так как смотрим на прямоугольник в двухмерном пространстве.
5. Построим еще один прямоугольник, расположенный на 20 выше предыдущего. Для этого:

1. Щелкните на кнопке Прямоугольник на вкладке Главная ленты инструментов (группа Рисование). Далее в ответ на запрос командной строки: Задайте первый угол или … введите координаты 20,20,50
2. На следующий запрос в командной строке задайте другой угол или… задайте координаты противоположного угла прямоугольника 70,100

6. На экране буде виден по-прежнему только один прямоугольник. Чтобы увидеть оба прямоугольника, надо сменить точку зрения.

Стандартные 3Д примитивы

Использование визуальных стилей

Визуальные стили – это различные способы более наглядного представления 3D-объектов. (Вид – Визуальные стили)

Визуальные стили

Визуальные стили служат для контроля правильности построения.

Две рекомендации по использованию визуальных стилей:

1. Старайтесь не использовать визуальный стиль Realistic (Реалистичный). Он заработает тогда, когда нашим объектам будет присвоен материал.
2. Выполнять геометрические построения можно только в визуальных стилях 2D Wireframe (2D-каркас) и Hidden (Скрытый).

Упражнение

Инструменты создания трехмерных объектов находятся на вкладке Главная в группе 3D Моделирование (доступна в рабочем пространстве 3D Моделирование), а также доступны из раздела меню Рисование – Моделирование.

Построение параллелепипеда и куба

Параллелепипед в AutoCAD называется Ящик.

1. Перейдите в режим трехмерного отображения объектов. Щелкните мышкой по кнопке Ящик на вкладке Главная (группа 3D Моделирование).
2. В ответ на появившийся в командной строке запрос: Первый угол или [Центр] нужно задать координаты левого нижнего угла основания параллелепипеда. Сделать это можно либо с помощью мыши, либо вводом координат в командную строку (например, 50,70)
3. Далее появится запрос: Другой угол или [Куб/Длина]:
   Можно указать месторасположение другого угла, который располагается по диагонали от предыдущего (например, 90,120).
   Можно выбрать опцию Длина и задать длину параллелепипеда – размер по оси Х. Можно выбрать опцию Куб, в результате чего будет создан куб с шириной и высотой, равными длине.
4. В ответ на запрос: Высота ящика или [2Точки] задайте размер параллелепипеда вдоль оси Z (его высоту).
5. Поверните построенный параллелепипед нужным образом с помощью инструмента Свободная орбита (Главная – Вид – Свободная орбита)
6. Можно скрыть невидимые грани параллелепипеда, введя в командную строку _hide

Построение клина

Клин – это половина параллелепипеда, разрезанного по диагонали. Построение клина осуществляется так же, как и построение параллелепипеда. Единственная разница заключается в том, что при построении клина не предусмотрена опция Куб.

Построение конуса

Существует возможность построения как полного, так и усеченного конусов. Сначала укажите точку центра круга, который будет лежать в основании конуса. Далее укажите радиус круга (или диаметр, выбрав опцию Диаметр), который будет лежать в основании конуса.

В ответ на запрос: Укажите радиус верхней грани конуса или [Диаметр] <0>:
вы должны, если собираетесь делать конус усеченным, указать радиус верхнего основания конуса. Если строить не усеченный конус, то в качестве значения следует ввести 0. При построении усеченного конуса верхнее основание будет параллельно нижнему.

Затем вы должны указать высоту конуса.

Допускается при построении усеченного конуса радиус (диаметр) верхнего основания указывать больше радиуса (диаметра) нижнего основания. При этом конус будет выглядеть как бы перевернутым.

Построение сферы (шар)

Сфера строится по двум основным параметрам: центру и радиусу (или диаметру).

Отображается сфера в соответствии с принятыми настройками. По умолчанию на ее прорисовку отводится 4 окружности – именно ими сфера и задается на чертеже. Чтобы сфера отображалась более явственно, следует увеличить значение системной переменной ISOLINES. Для этого следует ввести имя переменной в командную строку (_ISOLINES – со знаком подчеркивания перед командами на английском языке!). Затем в ответ на появившейся запрос ввести новое значение переменной (например, 20).

Системные переменные

Системные переменные управляют настройками чертежа и самой системой Автокад. Число их порядка 1000. Каждая версия системы упраздняет устаревшие системные переменные,  вводит новые и модифицирует имеющиеся. Чтобы узнать какие значения принимает та или иная системная переменная, надо обращаться к специальной литературе и к справочной системе Автокад.

Упражнение

Вызовите системную переменную ISOLINES. Значение ее по умолчанию равно 4. Измените его на 100. Ничего не изменилось. Введите в КС(командную строку) команду REGEN (РЕГЕН) и нажмите Enter.

Верните ISOLINES значение 4.

Системная переменная ISOLINES (значение от 0 до 2047) меняет количество изолиний только на криволинейных гранях 3Д тел. При этом улучшается зрительное восприятие, но скорость работы падает. На точность построения значение ISOLINES никак не отвечает.

Команда REGEN производит перерасчет всех объектов файла.

Torus (Тор)

Создание круглого кольцеобразного тела, форма которого напоминает внутреннюю камеру шины. Тор характеризуется двумя значениями радиуса. Одно значение определяет саму трубу. Другое значение определяет расстояние от центра тора до центра трубы.

Допускается построение самопересекающихся торов, то есть торов, не имеющих центрального отверстия. Для этого нужно задавать радиус полости большим, чем радиус тора.

Чем больше значение переменной ISOLINES, тем более круглой и гладкой будет поверхность тора.

Создание 3Д тел методом выдавливания

Круглые стержни

1. Установите ЮВ изометрию (А – Вид – 3Д – ЮВ изометрия), визуальный стиль 2Д каркас, МСК
2. Выберите Окружность. Центр круга задайте в произвольной точке щелчком мыши.
3. В ответ на запрос КС наберите число 5 и Enter
4. Выберите на вкладке Главная – Выдавить, укажите на круг и нажмите Enter, наберите в КС 150 и нажмите Enter.
5. Переключитесь в концептуальный стиль и посмотрите на результат. Увидите круглый стержень, диаметром 10, высотой 150, расположенный вертикально.
6. Чтобы смоделировать такой же стержень, расположенный горизонтально, выберите Главная – Свободная орбита, поставьте курсор внутри круга и поворачивайте стержень.

Прямоугольные (квадратные) стержни

1. Установите ЮВ изометрию (А – Вид – 3Д – ЮВ изометрия), визуальный стиль 2Д каркас, МСК
2. Выберите Прямоугольник. Первая вершина с координатами, например, 50х50. Вторая вершина (по диагонали от первой) будет 60,60 (прямоугольник с шириной=10 и высотой = 10)
3. Выберите на вкладке Главная – Выдавить, укажите на круг и нажмите Enter, наберите в КС 150 и нажмите Enter.
4. Переключитесь в концептуальный стиль и посмотрите на результат. Увидите круглый стержень, диаметром 10, высотой 150, расположенный вертикально.
5. Чтобы смоделировать такой же стержень, расположенный горизонтально, выберите Главная – Свободная орбита, поставьте курсор внутри круга и поворачивайте стержень.

Шестигранники

1. Установите ЮВ изометрию (А – Вид – 3Д – ЮВ изометрия), визуальный стиль 2Д каркас, МСК
2. Выберите Многоугольник. В ответ на запрос КС наберите число 6 и Enter.
3. В ответ на второй запрос КС щелкните мышью в произвольной точке.
4. На третий запрос КС выберите Вписанный и Enter.
5. Зададим радиус вписанной окружности=7 (Диаметр вписанной окружности – это размер ключа для гайки, шестигранной головки болта и т. п. Все, наверное, слышали выражение «ключ на 14»? Для построения шестигранного прутка 14 описанным выше методом необходимо набирать число 7 – это радиус вписанной окружности.)
6. Выберите на вкладке Главная – Выдавить, укажите на многоугольник и нажмите Enter, наберите в КС 150 и нажмите Enter.

Создание 3Д тел методом сдвига

Пример 1

1. Установите ЮВ изометрию (А – Вид – 3Д – ЮВ изометрия), визуальный стиль 2Д каркас, МСК
2. В произвольной точке пространства нарисуем круг диаметром 20 мм.
3. Нарисуйте дугу по трем точкам (начало дуги в центре круга)
4. Применим команду Sweep (Сдвиг), выбирая круг как объект для сдвига, а дугу – в качестве траектории сдвига.
5. Примените стиль Концептуальный.

Пример 2

1. Установите ЮВ изометрию (А – Вид – 3Д – ЮВ изометрия), визуальный стиль 2Д каркас, МСК
2. В произвольной точке пространства нарисуем прямоугольник 10х20.
3. Нарисуйте дугу по трем точкам рядом с прямоугольником
4. Применим команду Sweep (Сдвиг), выбирая прямоугольник как объект для сдвига, а дугу – в качестве траектории сдвига.
5. Примените стиль Концептуальный.

• Scale (Масштаб) – задает величину масштабного коэффициента, который равномерно изменяет геометрические характеристики сечения при движении по траектории.
• Twist (Закручивание) – задает угол скручивания поперечного сечения при движении по траектории.

Пример 3

1. Установите ЮВ изометрию (А – Вид – 3Д – ЮВ изометрия), визуальный стиль 2Д каркас, МСК
2. В произвольной точке пространства нарисуем прямоугольник 10х20.
3. Нарисуйте окружность рядом с прямоугольником
4. Применим команду Sweep (Сдвиг), выбирая прямоугольник как объект для сдвига, а окружность – в качестве траектории сдвига.
5. Примените стиль Концептуальный.

Создание пружины

При помощи инструмента Спираль, расположенного на панели Рисование создайте спираль со следующими характеристиками:

•  диаметр нижнего основания 50 мм;
• диаметр верхнего основания 50 мм;
• число витков 5;
• высота 100 мм.

Команда Helix (Спираль) позволяет создавать спирали по различному набору входных данных.

Можно задать различные радиусы верхнего и нижнего оснований – коническая пружина. Можно задать число витков и высоту или, наоборот, только высоту и межвитковое расстояние, число витков будет рассчитано системой. Задаются эти параметры в опциях команды Helix (Спираль).

1. Установите ЮВ изометрию (А – Вид – 3Д – ЮВ изометрия), визуальный стиль 2Д каркас, МСК
2. В произвольной точке пространства нарисуем круг 5 мм.
3. Применим команду Sweep (Сдвиг), выбирая круг как объект для сдвига, а спираль – в качестве траектории сдвига.

Создание сквозного отверстия

1. Постройте прямоугольник с размерами 60х70 и выдавим его на высоту 170.
2. В центре грани, обращенной к нам, нарисуем окружность радиуса 20. Как это сделать, ведь окружность можно создавать только в рабочей области?
   Для этого:

1. Включим Динамическую ПСК (в строке состояния). ДПСК располагает рабочую плоскость вдоль видимой грани объекта. Работает динамическая система координат только во время выполнения команды. При включенной ДПСК вам не удастся выполнить какие-либо действия, кроме как в навязанной системой рабочей плоскости. Не забывайте отключать ДПСК после ее использования.
2. Включите объектное отслеживание и объектная привязка (в строке состояния). Это поможет избежать дополнительных построений. Только во время работы команды у вас будут включаться объектные привязки, появляться «резиновые линии».

3. Вызовите команду Круг
4. Покажите на переднюю грань – она подсветится (мышью не щелкать)
5. Проведите перекрестие вдоль грани в сторону верхнего ребра до появления привязки Середина (мышью не щелкать!).
6. Проведите перекрестие вдоль грани в сторону бокового ребра до появления привязки Середина (мышью не щелкать!).
7.  Ведите перекрестие к месту предполагаемого пересечения перпендикуляров, показанных «резиновыми нитями», когда это пересечение появится, выполните щелчок мышью.
8.  В ответ на запрос КС:(ДВ) задайте радиус 20 ↵.

3. Установите ЮВ изометрию (А – Вид – 3Д – ЮВ изометрия), визуальный стиль 2Д каркас, МСК

Скопируйте несколько раз  полученное 3Д тело.

Используя команду Extrude (Выдавить), выдавим окружность на расстояние, заведомо большее, чем длина грани. У нас образуются два 3D-тела – параллелепипед и цилиндр.

При помощи команды Subtract (Вычитание) вычтите из тела А тело В. (На вкладке Главная в группе Редактирование тела – Вычитание)

Создание углубления

Для следующей копии тела, используя команду Extrude (Выдавить), выдавим окружность на расстояние 20 мм, задав его в окне ДВ при соответствующем запросе. Посмотрите со всех сторон, с использованием различных визуальных стилей на вновь созданный объект.

Комбинация объектов

Следующая копия тел используется для выдавливания цилиндра во внешнюю сторону на расстояние 40 мм. При помощи команды Extrude (Выдавить) выдавим окружность на расстояние 40 мм, показав направление наружу (-40)

Чертеж стола

Начертим стол со следующими размерами: размеры столешницы 120х60 см, толщина 3 см, высота 75 см. Ножек четыре. Сечение ножек 3х3 см – нижнее основание, 4х4 – верхнее основание.

1. Выберем режим 2Д рисование. Задайте лимиты чертежа (210 на 297) и выполните команду Вид – Зуммирование – Все.
2. Нарисуем следующую заготовку. Координаты первой точки прямоугольника 20,20. Далее выбираем размер 120х60 и т.д.

3. Вызовите прямоугольный массив. В качестве объектов выберите два прямоугольника 4х4 и 3х3. Число рядов 2, число столбцов 2. Расстояние между рядами 36, между столбцами 96.
4. Установите режим 3Д рисование.
5. Установите ЮВ изометрию.
6. При помощи панели Свойства установите уровень 72,8 см для столешницы (120х60) и четырех верхних оснований ножек (4х4). Для этого выделите столешницу и нажав ПКМ выберите Свойства и на панели Свойства выберите Уровень и внесите туда число 72.8 Аналогично повторите для четырех оснований ножек стола.
7. Удалите вспомогательный прямоугольник.
8. Примените метод лофтинга для создания одной ножки. На вкладке Главная в 3Д моделировании выберите По сечениям. Появится запрос «Выберите сечения в восходящем порядке», щелкните по прямоугольнику 3х3 и 4х4 (с нажатой кл Shift) и Enter нажать 2 раза.  Выберите в методе лофтинга кусочно-линейчатая. Аналогично повторите для остальных ножек стола.
9. Выдавите столешницу на высоту 3 см.
10. При помощи команды Объединение (Главная – Редактирование) объедините все 5 объектов стола.
11. Все острые грани стола скруглите командой Сопряжение.

Тумба под телевизор

1. Установите 3Д рисунок, ЮВ изометрию, визуальный стиль 2Д каркас, МСК.
2. В рабочей плоскости создадим прямоугольник со сторонами 380×20 мм.
3. Выдавим его на высоту 720 мм. Это одна из вертикальных стенок будущей тумбы.
4. Скопируем эту стенку в направлении оси Y таким образом, чтобы расстояние между двумя внешними стенками стало 470 мм.
5. Используя в качестве объектных привязок внутренние противоположные вершины построенных стенок, постройте прямоугольник и выдавите его на высоту 20 мм. У вас получится нижняя горизонтальная полка, как бы лежащая на полу. Включите режим Ortho Mode и переместите ее при помощи команды Move на высоту 10 мм. Не переключая режима Ortho Mode, скопируйте эту полку на высоту 430, 570 и 650 мм. Три раза используйте команду Copy, можно за один, но вероятность ошибки больше. Проконтролируйте правильность размеров.
6. Установите ЮЗ изометрию и таким же приемом, используя объектные привязки, постройте заднюю стенку.