三维坐标系
-
第
4
章
三
维
建
模
AutoCAD
中为用户提供了最基本的坐标系系统，通过对坐标系
系统的调整，
用户可以创建和观察各类三维实体。
在
AutoCAD
中支持
3
种类型的三维建模：
线
框模型、曲面模型和实体模型。线框模型
是真实三维对象的边缘或骨架表示，即
用直线和曲线表示。曲面模型由网格组成，在二维
图形和三维图形中都可以创建
网格，但其主要在三维空间中使用。
AutoCAD
推出的
2010
版本
，在三维功能方
面作了进一步加强，为用户提供了强大的三维制图与编辑功能，可以完成
各种复
杂的实体建模。
本章将为读者讲解使用
AutoCAD
2010
进行三维建模的技术和方法，希望读
者通过本章的学
习，可以快速地掌握各类三维技术。
中文版
AutoCAD
2010
室内装潢设计
4.1
工作空间
启动
AutoCAD 2010
时，“
工作空间”工具栏会显示在工作空间的上方，如图
4-1
所示，
在下拉
菜单中进行选择，可以切换工作空间。
图
4-1
“工作空间”工具栏
其中，系统预置
了
3
个工作空间。
“二维草图与注释”：显示与二维相关的功能区布置。
72
第
4
章
三
维
建
模
“三维建模”：显示与三维相关的功能区布置，并显示“工具”选项板。
“
AutoCAD
经典”：不显示功能区，显示菜单栏，显示工具栏。
工作空间的区别实际上是对界面的定制，“功能区”中的选项卡和面板是集成起来
的工具栏，
也可以对工作空间进行自定义，构建符合自己习惯的工作界面。使用不同的工
作界面对程序的使用
没有影响，本书不作过多介绍。
选择三维建模工作空间，
将会进入如图
4-2<
/p>
所示的工作界面。
它与本书第
1
章所介绍的
“二维草
图与注释”和“
AutoCAD
经典”工作空间的工作界面略有不同，主要体现在：工作空
间的功能区选
项卡和面板主要集成了三维的功能。三维建模工作空间中包含了三维建模中
常用的面板，不同类型
的面板集成在一个选项卡下面。
图
4-2
三维建模工作空间
4.2
三维导航
所谓三维导航命令，主要是
与视图相关，用于控制三维视图的一些功能，在
AutoCAD
工具栏中
有如下这些涉及到三维导航的功能，它们是：“动态观察”、“视图”、“三维
导航”、“漫游和
飞行”以及“相机调整”工具栏，如图
4-3
所示。在三维建模空间一般也有相应的面板可进行操作。
图
4-3
与三维导航相关的工具栏
接下来分类
介绍这些命令的使用，为了与本书之前保持一致性，提到命令时一般使用菜单项选
择的调
用方法，一般命令都有单击工具栏按钮和输入命令提示符的可替代方法，不再赘述。
73
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AutoCAD
2010
室内装潢设计
4.2.1
三维视图
第
3
章介绍二维显示控制时已经提到，视图就是观察位置和观察
角度的特征总和。对二维图形
而言，视图仅包含了位置和缩放的信息，而对三维实体，视
图的内涵则广得多，观察方向将会直接
影响视图，工程中提到的“主视图”、“俯视图”
以及“西南等轴测视图”等概念，正是以观察方
向对视图进行的描述。
< br>
视点位置、视角方向、视角大小和投影方式决定了一个视图。
1.
缩放和移动
< br>使用“标准”工具栏中的按钮或选择“视图”菜单中的命令，可以对三维图形进行缩放和移动，
< p>使用方法和效果与二维相同。
2.
回旋和调整视距
使用“相机调整”工
具栏中的按钮或“视图”
|
“相机”菜单中的命令，可以对当前
视图的观察
点进行调整，其效果类似于缩放和平移。
3.
投影方式
在任何一个三维视图操作进行的时候（注意一定要在非“二维线框”视觉样式下），譬如平移
或者缩放，
单击鼠标右键，
将会弹出如图
4-4
所示的三维导航快捷菜单，
用户可以在导航模
式中选择
合适的导航模式，也可以在菜单中选择“平行模式”或者“透视模式”以控制视
图中实体的投影方
式，在透视图和轴测图间切换，用户需要注意的是，有些导航模式下只
能使用透视模式，这个时候
“平行模式”
菜单不可用。
两种视图的区别如图
4-5
所示。
透视投影更具有真实感，
而平面投影是通
过二维线框
对三维实体的一种描述。
图
4-4
三维导航快捷菜单
图
4-5
透视投影
(
左
)
和平面投影
(
右
)
三维视觉样式的改变也会自动引起投影方式的改变，视觉样式操作的介绍在本章
4.4
节中介绍。
74
第
4
章
三
维
建
模
4.
预设视图
AutoCAD 2010
提供预设视图可供选择，通过选择“视图”
|
< br>“
三维视图”菜单中的命令可以在这
些视图中切换，也可
单击“视图”工具栏中的按钮或“视图”面板中的下拉菜单。
系统提供的预设三维视图包括俯视、仰视、主视、左视、右视、后视、西南等轴测、东南等轴
测、东北等轴测和西北等轴测。其中前
6
种视图在平面投影
的模式下为平面视图，也就是一般图纸
上的平面图。
使用系统预设的视图，在各个正交视图中进行切换，可以全面地观察三维实体，把握三维实体
的构造。
如图
4
-6
所示，是一个实体在西南等轴测和东北等轴测视图中的外观，投影方式为平面投影。
图
4-6
西南等轴测和东北等轴测
4.2.2
动态观察
选择“视图”
|
“动态观察”菜单中的命令可以调用动态观察命
令，包括受约束的动态观察、自
由动态观察和连续动态观察，它们在“动态观察”工具栏
和“默认”选项卡的“视图”面板中均有
按钮，可以方便地调用。
1.
受约束的动态观察
选择“视图”
|
“动态观察”
|
“受约束的动态观察”命令，进入受约束的动态观察命令，此时要
沿
XY
平面旋转，请在图形中单击并向左或向右拖动光标；要沿
Z
轴旋转，请单击图形，然后上
下拖
动光标；要沿
XY
平面和
Z
轴进行不受约束的动态观察，可以按住
Shift
键并拖动光标
，此时
用户相当于使用三维自由动态观察命令。
2.
自由动态观察
选择“视图”
|
“动态观察”
|
“自由动态观察”命令，进入自由动态观察命令，此时观察没有约
束，可以自由地改变方向，通过鼠标在图形界面中的拖动来实现。此时图形中出现一个导航球，将
< p>
75
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室内装潢设计
光标置于导航
球的象限点的小圆中，可以对图形进行约束的旋转。
3.
连续动态观察
选择“视图”
|
“动态观察”
|
“连
续动态观察”命令，进入连续动态观察命令，连续动态观察与
自由动态观察的观察方式类
似，当拖动鼠标可以使视图中的对象连同坐标系随之旋转和移动，放开
鼠标之后，对象将
会继续保持旋转和移动，从而得到连续观察。
3
种观察模式中，
均可以右击，
弹出如图
4-7
所示的快捷菜单，
其中的
“启用动态观察自动目标”
选项用以控制是否以观察对象作为旋转中心，若不选择此
项则改变观察方向是旋转的观察点，默认
情况和一般使用时应开启此项。
动态观察的优点在于可以观察到实体旋转中的连续形态，
而不仅仅是某几个三维视图中的图形，
也可使用动态观察命令，选取合适的观察角度
和视野，作为当前的视图，还可按照
4.2.1
节介绍的方
法将视图命名保存。
图
4-7
动态观察时的右键快捷菜单
启用动态
观察后，若当前视图的投影方式为平面投影，则将自动切换为透视投影。
完成动态观察后，按
Esc
键可以退出动态观察，当
前的视图保持不变。
4.2.3
漫游和飞行
使用动态观察主要是站在
观察者的角度旋转图形对象，使用漫游和飞行命令则相当于改变观察
者的位置以改变视图
。
选择“视图”
|
< br>“漫游和飞行”
|
“漫游”和“视图”
< br>|
“漫游和飞行”
|
“飞行”命
令即可进入漫游
和飞行观察模式。调用这两个命令同样可以选择“漫游和飞行”工具栏中
的按钮。
在这两种观察模式下，
通过
观察者位置的改变来改变视图，
因此形象地称为
“漫游”
和
“飞行”
，
漫游模
式下穿越模型时，观察者被约束在
XY
平面上；飞行模式下，观
察点将不受
XY
平面的约束，
76
第
4
章
三
维
建
模
可以在模型中任何位置穿越。漫游
和飞行观察模式在室内效果图中的使用极为广泛，可以通过这两
项功能准确地找到室内观
察的视角并观察室内的效果。
将观察者的高度设定为普通人眼
的高度，使用漫游模式在房屋模型的内部进行观察，可以获得
身临其境的效果。使用飞行
模型则可以自由移动观察点，得到从高处往下鸟瞰房屋以及在靠近地面
位置观察的效果图
。
漫游和飞行模式必须在透视图下进行，
进入漫游或飞行观察模式，
系统将会弹出如图
4-8
所示的
“定位器”选项板，选项板上部是一个“小地图”，给出观察点
以及当前实体缩小的预览。在预览
框中，单击鼠标拖动位置指示器可以调整用户的位置，
拖动目标指示器可以调整视图的方向，图
4-9
为创建漫游的室
内效果图效果。
在
“定位器”
选项板的
“常规”
选项组中，
通常需要设置的是
“位置
Z
坐
标”
和
“目标
Z
坐标”
，
“位置
Z
< br>坐标”用于设置人眼的高度，“目标
Z
坐标”用于设置观
察目标的高度，这两个坐标的连
线就是视线在高度上的方向。
因此，对于用户来说，手动调整位置指示器位置、目标指示器位置，以及设置“位置
Z
坐标”
和“目标
Z
坐标”是使用漫游和飞行的
4
个要点
。
图
4-8
“定位器”选项板
图
4-9
漫游和飞行实例
4.2.4
控制盘
SteeringWheel
s(
控制盘
)
是
AutoCAD
2010
版本新提供的功能，它将多个常用
导航工具结合到一
个单一界面中，从而为用户节省了时间。控制盘上的每个按钮代表一种
导航工具，用户可以以不同
方式平移、缩放或操作模型的当前视图，控制盘上各按钮功能
如图
4-10
所示。
77
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室内装潢设计
图
4-10
控制盘各导航工具
如果控制盘在启动
时固定，它将不跟随光标移动，还会显示控制盘的“首次使用”气泡。“首
次使用”气泡
说明控制盘的用途和使用方法，用户可以在“
SteeringWheels
设置”对话框中更改启动
行为。
用户可以通过单击状态栏的
SteeringWheels <
/p>
按钮
来显示控制盘。显示控制盘后，可以通过单
< br>击控制盘上的一个按钮或单击并按住定点设备上的按钮来激活其中一种可用导航工具。
按住按钮后，
在图形窗口上拖动，可以更改当前视图，松开按钮可返回至控制盘。控
制盘上的
8
个工具功能如下。
“中心”工具用于在模型上指定一
个点作为当前视图的中心。该工具也可以更改用于某些
导航工具的目标点。
“查看”工具用于绕固定点水平和垂直旋转视图。
“动态观察”工具用于基于固定的轴心点绕模型旋转当前视图。
“平移”工具用于通过平移来重新放置模型的当前视图。
“回放”工具用于恢复上一视图。
用户也可以在先前视图中向后或向前查看。
“向上
/
向下”工具沿屏幕的
Y
轴滑动模型的当
前视图。
“漫游”工具模拟在模型中的漫游。
“缩放”工具用于调整模型当前视图的比例。
4.2.5
相机视图
相机视图是视图的一种，它
将视图的观察者作为一个对象显示在图形中，并可以修改相机的各
78
第
4
章
三
维
建
模
种参数以调整视图参数。相机作为
图形中固定的对象，可以精确地控制相机的各项参数，从而控制
相机的视图。
1.
创建相机
选择“视图”
|
“创建相机”命令可以创建
相机，也可以单击“视图”工具栏或面板中的相应按钮。
进入
命令之后，在命令提示区的提示之下分别指定相机所在的位置、相机观察的位置以及相机
的名称等参数，也可直接按
Enter
键完成相机建立，系统自
动将相机命名为“相机
1
”、“相机
2
”
等。创建好的相机如图
4-11
所示。
2.
编辑相机参数
选择已创建的相机，并
打开“特性”选项板，可以在选项板中看到相机的多项参数，如图
4-12
左图所示，相机被选中后，也将会显示出如图
4-12
右图所示的蓝色夹点。在“特性”选项板中修改
参数或直接使用夹点编辑，是相机编辑
的两种手段。
图
4-11
创建相机
图
4-12
相机的选项板选项和编辑夹点
其中各项参数如下所示。
“相机位置”：观察点的位置，使
用坐标点给出，或者拖动相机上的夹点改变位置。
“目标位置”
：
目标点的位置，
使用坐标点给出，
或者拖动目标矩形中心的夹点改变位置。
“焦距”：由观察点和目标点位置共同决定。
“视野”：相机视图中显示范围的
大小，拖动镜头目标位置的矩形框四边中点上的箭头夹
点可以修改。
“摆动角度”：相机视图相对于水平线旋转的角度。
“剪裁”：指定剪裁平面的位置，
在相机预览中，将隐藏相机与前向剪裁平面之间以及后
向剪裁平面与目标之间的所有对象
，以便观察实体内部结构。
单击选择一个相机，系统自动弹出
如图
4-13
所示的“相机预览”对话框，其中实时显示相机视
79
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2010
室内装潢设计
图的预览，作为调整相机时的参考。
在三维实体中编辑相机的参数有时缺少直观性，最好的方法是根据图形的尺寸和坐标给出相机
参数的精确坐标。如需根据图形的实际情况进行编辑，则可以使用视口命令，在图形中同时显示俯
< p>视图和主视图两个视口，在俯视图上拖动夹点操作将会被限制在
XY
平面上，主视图上的拖动夹点
操作将会被限制在
ZX
平面上，由两个平面视图上的位置可以完全定位相机。具体的例子在本书第
9
章室内渲染的章节中。
3.
使用相机视图
定义完成相机之后，可以使用相机视图，直接选择“视图”工具栏中下拉菜单中的相机视图命
令即可，如图
4-14
所示。
图
4-13
“相机预览”对话框
图
4-14
选择相机视图
相机视图因参数详尽且可精确修改而具有很多优点，尤其在建筑室内和室外效果图方面使用非
常广泛。
4.3
三维坐标系
指定三维坐标与指定二维坐标的方法基本相同，在三维绘图中若仅输入两个坐标则默认为第三
< br>个坐标为
0
的三维坐标，也就是位于
XY
平面上的点。三维坐标系因维度的增加而增加了复杂程度。
4.3.1
三维点的指定
与二维工作环境类似，
三维空间中模型最简单的元素仍然是点，因此很多三维操作都是以点的
指定为基础。点的
指定主要有以下
3
种方式：坐标输入、关键点捕捉和追踪、在平
面
UCS
中指定。
< br>三维工作空间是以二维的显示来表达三维，因此无法直接通过在工作空间中的单击来获取点，
即使可以，也是程序加以约束之后所得到的点，不一定是用户所需。
80
第
4
章
三
维
建
模
1.
坐标输入
本书前面已经介绍坐标系，
三维工作空间里，坐标仍然是定位点的精确手段，且与二维操作中
类似，三维坐标也分为
绝对和相对两种，坐标的指定方式也分为直角坐标、圆柱坐标和球坐标。
对图形尺寸的把握在三维建模中显得更为重要，
因为相当一部分点都是通过坐
标的方式指定的。
此外还应当注意的是，使用坐标系时应当确
认当前所使用为何种坐标系，与二维绘图中坐标系
保持不变相比，三维操作要经常根据需
要改变坐标系。
2.
捕捉和追踪
二维对象的关键点，三维
对象的下级二维对象的关键点，仍然可以被捕捉到，且可以利用捕捉
到的关键点使用追踪
功能，方法与二维时相同，不再赘述。
3.
使用平面
UCS
使用平面
UCS
可以在三维空间中的某个平面内进行点的指定以及二维对象的创建，
然后转化为
空间中的三维对象，这种方法极为典型，平面
UCS
的使用将在
4.3.2
节中详细介绍，而通过二维对
象生成三维实体的操作则在本章
< br>4.5.2
节详细介绍。
4.
使用
DUCS
按下状态栏中的
DUCS
按钮，可以启动
DUCS(
动态
UCS)
功能，在这个功能下，创建三维对
象
可以以图形中已经存在的平面作为初始平面，而不需要进行改变坐标系的操作。
4.3.2
UCS
用户坐标系
AutoCAD
2010
提供了两个
坐标系：世界坐标系
(WCS)
的固定坐标系和用户坐标系
(UCS)
的可移
动坐标系。可以根据用户
需要在已有的
UCS
中进行切换，也可以建立和编辑新的
UCS
坐标系。
坐
标系的命令主要通过选择“工具”
|
“新建
UCS
”菜单中的“工具”
|
“命
名
UCS
”命令或单击
UCS
和
UCS II
工具栏中的按钮来调用。
UCS
和
UCS II
工具栏如图
4-15
所示。
1.
预置
UCS
< br>AutoCAD
定义了
6
种常用
的坐标系，
称为正交
UCS
，
它们分别是
“俯视”
、
“仰视”
、
“主视”
、
“后视”、“左视”和“右视”，“俯视”
UCS(
坐
标系
)
即在俯视图中所见为
XY
平面所确定的坐标
系，其他类似。一般情况下，
WCS(
世界坐标系
)
与“俯视”<
/p>
UCS
是一样的。
81
中文版
AutoCAD
2010
室内装潢设计
因此“俯视”
UCS
与“仰视”
< br>UCS
的区别在于，
Y
轴与
Z
轴反向而
X
轴相
同。
直接在此工具栏中下拉菜单中选择，即可切换当前图形中的
同样的
操作可以通过
UCS
对话框来实现，选择“工具”
|
“命名
UCS
”命令来打
开此对话框，
在其中的“正交”页面上可以看到上述的正交
UC
S
，选择某个并单击“置为当前”按钮即可。
注意区分视图与
UCS
的区别，视图是工作界面中显示
的变化，
UCS
则是
作为尺度参考的坐
标系。
6
个平面视图的使用带来
UCS
的自动切换，
其他情况
下两者的操作并
无关联。如果需要，用户当然可以在俯视图下手动将“
左视”
U
CS
置为当前。
图
4-15
UCS
和
UCS
II
工具栏
坐标系。
特殊的情况在于，
当用户将视图设置为
6
个平面视图时，
系统自动切换为相应的正交
UCS
。
2.
新建
UCS
选择“工具”
|
“新建
UCS
”菜单中
的命令，命令提示区将会提示“指定
UCS
的原点或
[
面
(F)/
命名
(NA)/
对象
(OB)/
上一个
(
P)/
视图
(V)/
世界
(W)/X/Y/Z/Z
轴
(ZA)] <
世界
>:
”
，
命令提示区中的选项与
“工具”
|
“新建
UCS
”菜单中的子菜单项是一致的，它们
给出指定新坐标系的方式，含义如下。
“面”：指定图形中已经存在一个
面，系统自动以这个面作为
XY
平面建立坐标系。
“命名”：选择此选
项可以对新建的
UCS
命名。
“对象”：指定一个图形对象，系
统根据这个对象自动建立坐标系。
“上一个”：切换到上一个使用过的坐标系。
“视图”：切换为
6
个以视图命名的正交坐标系。
“世界”：切换为世界坐标系。
“
X/Y
/Z
”：通过将当前坐标系绕
X/Y/Z
轴旋转某个角度的方式得到新坐标系。
“
Z
轴”：指定原点以及
Z
轴方向以得到新坐标
系。
默
认方式：依次指定原点、
X
轴方向和
Y
轴方向以得到新坐标系。
指定新建<
/p>
UCS
的参数之后，
对新的
UCS
进行命名，
则这个
U
CS
将会出现在
UCS
对话框中，
可
以进行选择，执行置为当前、重命名或删除等操作。
3.
当前
UCS
的平面视图
82