芻議計算機三維機械制圖設計

蘭寶利

摘 要：進入到計算機數字化信息時代，傳統的手繪制圖被計算機三維制圖所取代。目前計算機三維制圖技術已經被應用到諸如工程的設計、動畫的設計以及電腦圖形的設計等領域當中。文章針對計算機三維制圖設計進行探討。

關鍵詞：計算機；三維制圖；設計

隨著計算機應用技術的普及，各種繪圖軟件被研制開發出來，推動著制圖技術快速發展。回顧制圖的歷史，傳統的繪圖方式是手工操作，進入到二十一世紀，計算機制圖開始在各行各業得到普遍的應用，但是，起初是計算機的二維繪圖技術。近些年來，計算機二維制圖技術逐漸被取代，三維繪圖技術配合手工繪圖技術成為了制圖首選方式。

1 計算機三維制圖設計的意義

我國的一些企業中，在機械設計上，會應用一些更為先進的軟件，諸如Solidworks、Pro/E、UG等來進行機械設計。使用計算機三維繪圖技術，是將三維設計繪圖軟件與有關機械設備相互連接，當根據必要的參數進行三維建模之后，機械加工設備就能夠按照設計要求將產品直接生產出來，在工序流程上簡化了很多，而且從設計圖紙到生產出來的產品都會達到最優的質量。可見計算機制圖使機械設計趨向于更為完美，并推動企業不斷地實現產品創新。但是，從計算機制圖設計本身而言，其是作為一種輔助的技術手段加以利用的。對于企業的產品，通過CAD技術，可以對于產品的建模進行構思，根據產品的要求不斷地調整和完善，省去了實用手繪制圖而造成的重復勞動。所以，實用計算機三維技術進行制圖，不僅是設計圖紙，而且也是設計人員的一種思維表達。

2 計算機三維繪圖設計中需要掌握的要點

在工程繪圖中，計算機繪圖經歷了二維繪圖和三維繪圖兩個階段。現在對于三維制圖設計已經達成了共識，主要是采用三維幾何坐標進行建模，而二維繪圖則是三維建模的基礎，三維繪圖技術是在二維繪圖的基礎之上擴展開來的。以AutoCAD軟件繪圖為例。

2.1 坐標系統

被世界上所認同的AutoCAD默認坐標系為WCS，AutoCAD的另一個坐標系統為UCS坐標系。在計算機操作上，AutoCAD三維繪圖所建立的是笛卡爾直角坐標系，使用右手的大拇指操作Z軸，其他的四個手指操作X軸和Y軸，使兩者之間呈現出90°直角。WCS坐標系使用“W”來表示，坐標的原點（0，0）則是“+”符號。

在計算機三維制圖中，世界坐標系WCS是使用的坐標系，它在使用中表現出固定不變的特性，不需要對坐標系有所改變，但是卻可以通過旋轉的方式來觀察，或者是將觀察的角度改變，達到需要的效果。從計算機屏幕上觀察，在屏幕的左下角位置就可以找到坐標的原點，X軸是水平正方向，向右；Y軸是垂直正方向，向上；Z軸則以屏幕為二維平面，指向觀察者。

UCS用戶坐標系統是建立在世界坐標系WCS的基礎之上的。與世界坐標系WCS有所不同，其是一種相對的坐標系。用戶在使用其進行繪圖的時候，可以根據自己的需要來調整坐標系中X軸、Y軸和Z軸的方向。值得一提的是，在UCS用戶坐標系統中，Z軸的方向是可以自動確定的，只要X軸、Y軸的方向在坐標原點的基礎上被確定下來，Z軸的方向就能夠自動生成。將世界坐標系WCS與UCS用戶坐標系統相比較，在進行三維繪圖設計的時候，使用用戶坐標系統UCS會將原本復雜的工作變得簡單了很多。

從三維制圖設計的效果上來看，使用世界坐標系WCS設計建筑陽臺，需要對于陽臺的每一個角度都要計算，特別是對于陽臺有特殊設計要求的傾斜角度，都要逐一計算，而且數據必須精確。使用用戶坐標系統UCS取而代之，則要簡便很多，因為針對陽臺進行設計的時候，每一個角度的畫面都相當于是一幅二維的平面圖。操作起來會非常的簡單，而且設計效果更好。另外，由于世界坐標系WCS具有坐標系固定不變的特性，所以對于一些三維圖形的設計會存在著一定的局限性。比如，在二維平面坐標系中可以設計出一個圓，但是如果使用三維坐標系畫出三個同心圓，則很難于實現。因為從世界坐標系WCS的坐標系設計上來看，要使用三個不同的坐標系才能夠完成。

2.2 視點

在三維空間中，用戶所觀察的角度是非常重要的，其可以使三維設計呈現出不同的視覺效果，因此，在進行計算機三維制圖設計的時候，選擇一個恰當的視點非常必要。在三維坐標中，觀察的視點就是可以指向原點的矢量，由于視點的選擇并不會影響到圖形設計，因此可以根據X軸、Y軸和Z軸的坐標來進行確定。

在視點的選擇上，計算機二維制圖設計與三維制圖設計的差別在于，二維繪圖一般會使用正視圖，視角的位置是默認的，處于平面的正上方，以俯視圖為主。三維制圖設計主要體現為三維立體效果，所以所使用的是斜視圖。那么在視角的選擇上，會更為靈活一些，以能夠有效地觀察設計圖形的三維效果為標準。在計算機三維制圖設計中，對于視角或者是視點的設置可以通過VPOINT命令來完成，根據設計者對于三維制圖設計效果的需求，也可以使用3DORBIT或DVIEW命令來設置視點，對于三維制圖設計效果進行動態地觀察。值得一提的是，用戶在使用計算機進行三維制圖設計的時候，一定不可以選擇將2D的高度進行拉伸的方式，使其平面試圖成為3D對象來進行觀察。必要的時候，可以將視點根據需要進行改變，重新選擇一個合適的幾何特征點。

2.3 布局設計

打開CAD軟件之后，要進行布局設計，可以點擊“布局”標簽，此時會呈現出矩形框圖。按照順序點擊視圖、視口和新建視口，就會看見有一個標準視口彈出來。如果要使用三維設計制圖，就需要在“設置”對話框中進行選擇，點擊“三維線框”就可以了。當回到“布局”頁面之后，光標就會變成“十”字型。此時，就可以進行繪圖操作了。

CAD三維作圖效果

3 計算機三維繪圖設計的應用

使用計算機進行三維繪圖設計，在工程設計領域廣泛使用并實現了創新。比如SolidWorks，是一款功能更為強大的三維CAD系統，實現了高效快捷的三維設計。當設計師使用這種軟件進行設計，就會創造出產品等級的工程圖。而且在用戶使用這種工具的時候，對于每一個裝配圖并不需要對其逐一加載，就可以將大型的裝配視圖創建出來。作為繪圖工具，使用SolidWorks，可以實現完整的工程圖設計，并且在進行圖紙的修改時，其它關聯圖紙能夠做到自動更新。無論是繪圖的三維模型，還是裝配體，都能夠自動完成。工程圖首先是從三維模型中所產生的，其剖視圖效果明顯增強。另外，這種高品質的視覺效果還可以生成品質圖片文件，以備日后交流。

4 結束語

綜上所述，計算機制圖已經逐漸取代了手繪制圖的方式，不但提高了工作效率，而且推動了有關技術軟件的研制和開發。較為常見的是工程制圖，并已經延伸到各個相關設計領域當中，其覆蓋面之廣，已經使三維繪圖設計成為了設計領域中不可缺少的設計工具。

參考文獻

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