Моделирование объекта в трехмерном пространстве

Введение

 

В настоящее время  существует множество графических  редакторов и программ геометрического  моделирования. Компания Autodesk — один из ведущих производителей систем автоматизированного  проектирования и программного обеспечения  для конструкторов, дизайнеров, архитекторов. Система AutoCAD, разработанная этой компанией является лидирующей в мире платформой программного обеспечения систем автоматизированного проектирования (САПР), предназначенной для профессионалов, которым требуется воплощать свои творческие замыслы в реальные динамические проекты. AutoCAD характеризуется, с одной стороны, мощью и гибкостью, с другой — предельно четкой фокусировкой на максимальной производительности. Кроме того, эту полностью расширяемую и адаптируемую систему можно использовать в самых разных отраслях.  
AutoCAD — программа с богатой и во многом уникальной историей. Впервые она увидела свет в 1982 году под именем MicroCAD. Первая версия AutoCAD ознаменовала начало настоящей революции в автоматизированном проектировании. Сегодня AutoCAD переводится на 18 языков мира, ее используют в своей работе миллионы проектировщиков во всем мире на процессорах в тысячи раз мощнее тех, которые были установлены на первых персональных компьютерах.

Грамотный подход к проблеме автоматизации вовлекает конструктора в мир проектирования без границ, предоставляя ему среду, работа в которой становится более производительной и творческой.

 

1. Постановка задачи

 

В процессе выполнения курсового  проекта необходимо освоить построение двумерных и трёхмерных объектов посредством графического редактора AutoCAD, познакомиться с методами и средствами используемыми для формирования графических изображений.

Первая часть работы заключается в построении двумерных  видов детали, один из которых необходимо выполнить в разрезе. Во время выполнения первой части необходимо освоить особенности применения двумерных графических примитивов, способы их модификации и настройку свойств.

Вторая часть работы заключается в построении твердотельной  модели детали. На этом этапе необходимо изучить особенности работы с трёхмерной графикой в графическом редакторе AutoCAD, способы настройки представления трёхмерной графики, особенности и способы настройки видов.

Во время выполнения первой части необходимо освоить  особенности применения трёхмерных геометрических тел, способы их модификации и настройку свойств. Также необходимо научиться пользоваться абсолютными и относительными системами координат в декартовой и полярной форме при работе с трёхмерной графикой. Нужно изучить особенности применения размеров для характеристики трёхмерной модели, способы их проставления и настройки местоположения.

Заключительный этап работы заключается в компоновке трёхмерной сцены. Необходимо познакомиться с источниками освещения, способами их настройки и применения. Нужно познакомиться с особенностями формирования, создания и переноса из библиотеки материалов, способами их применения для модели своей сцены. Следует изучить особенности процесса визуализации в графическом пакете AutoCAD, его типы, настройки, параметры.

 
2. Подготовка рабочей  среды AutoCAD

 

2.1 Основные элементы  среды

 

После запуска программы AutoCAD появляется его рабочее окно (рис. 2.1). Центральная часть экрана — область чертежа (drawing area), в которой находится видимая часть рисунка (остальные его части могут находиться выше, правее, ниже и левее). При движении курсора по этой части, которую далее будет называться областью чертежа, имеет вид перекрестия с квадратной мишенью в точке пересечения. В нижнем левом углу области чертежа имеется пиктограмма с двумя стрелками. Она называется пиктограммой пользовательской системы координат (ПСК) и используется для обозначения положительных направлений осей координат х и у.

Рис. 2.1 Элементы пользовательского интерфейса

 

Экран снизу обрамляют  кнопки вкладок Model (Модель), Layout 1 (Лист1) и Layout 2 (Лист2). Вкладки используются при переключении между пространствами модели и листа. По умолчанию активной является вкладка Model.

Командное окно, в котором  располагается командная строка, является областью командного интерпретатора AutoCAD, через которую в основном происходит диалог пользователя с системой, здесь отображаются вводимые команды и результаты их выполнения.

Ниже от зоны командных  строк находится строка состояния, в которой расположены счетчик координат и прямоугольные кнопки режимов: SNAP (ШАГ), GRID (СЕТКА), ORTHO (OPTO), POLAR (OTC-ПОЛЯР), OSNAP (ПРИВЯЗКА), OTRACK (ОТС-ПРИВ), LWT (ВЕС), MODEL (МОДЕЛЬ). Счетчик координат служит для ориентировки на поле чертежа — он изменяет свое трехкоординатное значение при движении указателя мыши по области чертежа.

Основным элементом  пользовательского интерфейса являются кнопки панелей инструментов, внешний вид каждой из которых  может быть изменен (горизонтально или вертикальное расположение, объединение с основным окном, или независимое расположение).

Для вызова панелей на экран и удаления их с экрана нужно нажать правой кнопкой мыши на свободной от панелей инструментов области. После чего появится контекстное меню, в котором можно выбрать необходимый подпункт меню. Затем в ниспадающем меню необходимо пометить галочкой те панели инструментов, которые нужны при работе.

Для системы AutoCAD каждый рисунок является графическим документом. Каждый документ имеет собственное  окно, которое размещается внутри области чертежа. Кнопки «свернуть», «развернуть» и «закрыть» аналогичны кнопкам стандартных окон Windows.

Первым шагом является построение основания с помощью  примитивов AutoCAD, которые можно найти на панели инструментов Draw (рис. 2.2).

 

Рис. 2.2 Панель инструментов Draw (Рисование)

 

Рисования отрезков. Для этого введите на клавиатуре команду LINE. Линию можно вызвать также щелчком мыши на панели инструментов либо из ниспадающего меню «Рисование» («Draw»). Все команды заканчиваются нажатием Enter.

Рисование окружностей (кругов) выполняется командой CIRCLE. Команду можно выбрать из панели Рисование (Draw) или из ниспадающего меню Рисование (Draw), в котором пункт Круг (Circle) детализирован шестью подпунктами.

В первую очередь необходимо курсором щелкнуть на том месте области чертежа, где будет располагаться центр окружности либо ввести координаты вручную в командной строке. Затем вводится радиус окружности. Радиус можно задать и точкой (AutoCAD измеряет расстояние от центра окружности до новой точки и берет его в качестве радиуса). Если ввести символ D, то это означает, что вы выбираете опцию Диаметр (Diameter). Тогда выдается запрос на ввод диаметра.

Диаметр можно задать числом или указанием точки (AutoCAD в этом случае измеряет расстояние от центра до новой точки и берет это расстояние в качестве величины диаметра). После задания радиуса или диаметра построение окружности заканчивается. Радиус можно задать числом или двумя точками, расстояние между которыми и станет его величиной. Если построение с указанными данными невозможно, то система выдает соответствующее сообщение (обычно это бывает, когда радиус слишком мал или слишком велик).

Изменяем еще одну характеристику— высоту. Под высотой  в системе AutoCAD понимается толщина  объекта по оси Z (трехмерные объекты).

Операция изменения  высоты называется еще выдавливанием  двумерного объекта (в данном случае выдавливание основания идет вдоль положительного направления оси Z).

Для этого используются команды меню или эквивалентную им  панель инструментов Modeling (рис. 2.3).

 

Рис. 2.3 Панель инструментов Modeling

 

Выбираем команду Extrude (выдавливание), объект, к которому она применяется, и вводим заданное значение высоты основания.

В панели инструментов Modify (рис. 2.4) редактируются объекты (копирование, перенос, удлинение и т. п.).

 

Рис. 2.4 Панель инструментов Modify

 

 - MIRROR (позволяет зеркально отразить выбранные объекты относительно оси, которая определяется двумя точками).

 - TRIM (позволяет обрезать объект (объекты) с помощью пересекающих его (их) других объектов или удлинить его (их) до нужного объекта).

 - MOVE (позволяет переместить выбранные объекты параллельно вектору, заданному двумя точками).

- ROTATE (дает возможность повернуть выбранные объекты относительно базовой точки на заданный угол).

 

2.2 Выбор используемых  элементов модели, стилей

 

При формировании 3D моделей  используются:

• двумерные элементы (точки, прямые, отрезки прямых, окружности и их дуги, различные плоские кривые и контуры),
• поверхности (плоскости, поверхности, представленные семейством образующих, поверхности вращения, криволинейные поверхности),
• объемные элементы (параллелепипеды, призмы, пирамиды, конусы, произвольные многогранники и т.п.).

 

Для выполнения необходимых  команд указывается исходный объект, из которого необходимо исключить другие объекты, путем выделения оного и нажатия клавиши «Enter». Затем указываются объекты, которые необходимо «вычесть». Нажимается клавиша «Enter», в результате чего происходит «вычитание» объектов.

 

3. Выбор используемых элементов модели и стилей

 

3.1 Текстовые стили

 

Текстовые стили являются важнейшим инструментом, употребляемым  в однострочных текстах и влияющий на многие другие объекты (размерные  стили, определения атрибутов и  др.).

Работа с текстовыми стилями осуществляется с помощью  команды STYLE, которой соответствует пункт Text Style (Текстовые стили) выпадающего меню Format (Формат) и кнопка панелей Text (Текст) и Styles (Стили). Команда STYLE вызывает диалоговое окно Text Style (Текстовые стили) (рис. 3.2).

 

Рис. 3.1 Диалоговое окно Text Style

 

В левом верхнем углу, в группе Style Name можно выбрать или создать новый стиль, и отредактировать его в соответствии с параметрами ниже. В группе Font описываются параметры шрифта, используемые в выбранном стиле: имя шрифта, начертание (курсив и т. п.) и высота букв. Внизу, в группе Effects выставляются дополнительные эффекты, такие как переворачивание, растяжение и прочие.

Имена, слева от которых  расположена иконка являются традиционными SHX-шрифтами, хранящиеся в директории Fonts собственно самой среды AutoCAD, в файлах с расширением shx. Имена, слева от которых нарисован значок — это шрифты типа True Type, которыми располагает Windows. Оба типа шрифтов можно применить в стиле.

Стиль Standard, базирующийся на шрифте txt.shx и действующий по умолчанию в новом рисунке, не может быть ни удален с помощью кнопки Delete (Удалить), ни переименован с помощью кнопки Rename (Переименовать) панели Text Style (Текстовые стили) (см. рис. 3.2). Этот стиль может быть лишь изменен (путем изменения параметров стиля или имени файла шрифта). Другие стили можно не только менять, но и удалять, если они не использованы в надписях рисунка, а также и переименовывать.

Область Effects (Эффекты) содержит несколько возможностей влияния на шрифты или стиль написания. Флажок Upside down (Перевернутый) переворачивает буквы вверх ногами. Флажок Backwards (Справа налево) заставляет писать буквы справа налево (по аналогии с восточными языками).

Флажок Vertical (Вертикальный) располагает буквы надписи по вертикали, т. е. столбцом, хотя сами буквы располагаются обычным горизонтальным образом. Такой вариант используется, например, в традиционном японском иероглифическом письме. Флажок Vertical (Вертикальный) для многих шрифтов недоступен.

Параметр Width Factor (Степень растяжения) служит для растяжения или сжатия шрифтов относительно их эталонного написания. Значения больше 1 растягивают символы шрифта по ширине, значения меньше 1 — сжимают.

Параметр Oblique Angle (Угол наклона) задает угол наклона букв относительно вертикали (не влияя на наклон всей надписи!). Положительный угол наклоняет буквы в их верхней части вправо, отрицательный — влево. Поэтому для того чтобы, например, задать принятый в конструкторских чертежах наклон букв, равный 75°, нужно ввести 15 в качестве значения параметра Oblique Angle (Угол наклона). Следует только учитывать, что при выборе начертания Italic (Курсив) или Bold Italic (Полужирный Курсив) угол наклона дает дополнительный наклон к тому наклону, который создает курсивное написание. Допустимые значения для угла наклона находятся между -85° и +85°.

Результирующий внешний вид  текста можно просмотреть в окне Preview.

Как только все необходимые изменения  в стиль текста внесены, можно  нажать кнопку Apply (Применить), и закрыть диалоговое окно.

Созданный описанной выше последовательностью действий текстовый стиль может быть в дальнейшем использован для новых или редактирования уже имеющихся в рисунке однострочных текстов.

 

 

3.2 Размерные стили

 

Установки оформления размерных  примитивов составляют размерный стиль. Работа с размерными стилями выполняется с помощью команды DIMSTYLE, которой соответствуют кнопка панелей Styles (Стили) и Dimension (Размеры), а также пункт Style (Стиль) меню Dimension (Размеры) и пункт Dimension Style (Размерные стили) меню Format (Формат).