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钢结构设计师一定要会CAD三维建模吗？--如果想做稍微复杂一点的空间钢结构设计，CAD三维绘图也是必备技能，要不然项目的CAD空间计算线模都弄不好，无法做后续的模型计算分析。
本文介绍CAD三维建模的基本知识。
1、CAD三维建模首先应做什么？
答：首先应当熟悉世界坐标系和三维空间的关系。其次是掌握CAD的用户坐标系以及多个视图的使用技巧。
另外必须熟悉面域的操作和多段线的编辑。至于基本立体的绘图练习全靠反复训练，掌握各自的特点。
切记：CAD的每一个命令中都蕴涵着各自的技巧，好好探索和熟练它们。
2、何为三维世界坐标系？
答：世界坐标系是CAD在作图时，用于确定平面或空间点位置的一个笛卡尔坐标体系，每一个坐标的正向和另两个坐标的旋向必须符合右手定则。
CAD在平面作图时的三维世界坐标系标志是坐标符号图中有一“W”字样。
一般将X-Y平面理解为水平面，Z轴方向表示高度距离，就是说“Z”值等同于用来确定X-Y水平面高度的标高命令“ELEV”。
无论是“Z”值还是“ELEV”值，其“+”值表示在X-Y面上方，而“-”值表示在X-Y面的下方。用户在作图时要切记这一点。
注意：不管你的三维建模设计多复杂，作图过程中一定要有个基本坐标体系不能变。否则，作图方向的紊乱，将使你陷入困境！
3、如何灵活使用三维坐标？
答：在三维实体建模的作图过程中，要经常地变换坐标系统，从而有利于作图。
CAD的世界坐标系是不变的，主要是用户坐标系的变换，其命令为“UCS”，它可以完成平移、新建坐标方向、旋转等功能。
执行过“UCS”后，命令行提示如下：
用户可以选择需要的项目。如果选择新建项，即键入“N”后回车，则命令行再次显示为：
用户即可确定Z轴方向，利用三点重新定坐标系或分别绕X、Y、Z轴旋转任意角度。也可以打开工具条点击图标，如图一所示，常用的项目用户一定要熟练。
图一 坐标变换工具条
注意：坐标“UCS”的变换是作图方向或实体定位的需要，不可任意倾斜。
4、如何使用柱面坐标和球面坐标？
答：这两个坐标主要适用于三维建模作图，而且在三维模型空间较为直观。
尤其是在渲染效果图中用来确定灯光的位置十分方便。
柱面坐标的形式为：（R<角度1，H），相对坐标形式为：（@R<角度1，H）,其中R为柱面的半径，角度1为柱面上的点在X-Y平面上的投影点与X轴正向的夹角，H为距X-Y平面的高度值。
利用柱面坐标很容易在圆柱实体的表面上确定一点的位置。
球面坐标的形式为：（R<角度1<角度2），相对坐标形式为：（@R<角度1<角度2）,其中R为球面的半径，角度1为球面上的点X-Y平面上的投影点与X轴正向的夹角，X-Y平面应过球面中心，角度2为球面上的点与X-Y平面的夹角。
在球体表面上定点较为容易。
切记：柱面和球面坐标可以绘制三维空间折线，尤其是绘制圆柱和球面螺旋线。
5、如何认定CAD的作图平面？
答：CAD的作图平面是X-Y坐标面，或者是在与X-Y坐标面平行的平面上作图。
不论是二维绘图还是三维建模中的大部分作图都在该平面上完成，栅格也是在该平面上显示。
因此一般将X-Y平面称为平面视图（PLAN）。
但是在三维屏幕状态下作图时，只要每个点的坐标中Z值不为零，就意味着点已经不在X-Y平面上。
如LINE命令的不同形式：（30，40）为在X-Y平面上画线，而（30，40，50）为距X-Y平面50处定一个点。
切记：只有画线命令可以在三维空间任意方向作图。
6、哪些二维绘图中的命令可以在三维模型空间继续使用？
答：纯正的二维绘图命令应理解为没有宽度和厚度的图线，因此又称为二维线框命令。
这些命令只能在X-Y面上或与该坐标面平行的平面上作图，它们是：圆及圆弧、椭圆和圆环，多义线及多段线、多边形和矩形、文字及尺寸标注。所以在使用这些命令时要弄清楚是在哪个平面上工作。
而直线、射线和构造线可在三维空间任意画线。对于二维编辑命令均可在三维空间使用，但必须在X-Y平面内，只有镜像、阵列和旋转在三维空间还有不同的使用方法。
切记：圆、圆弧、多边形和面域只能在X-Y平面或平行其该面的平台上作图。
7、哪些二维编辑命令可在三维空间继续使用？
答：以下命令的使用方法在二维或三维空间是一样的。
而镜像、阵列、旋转三个命令在三维空间的使用方法略有不同。
8、如何确定三维观察方向？
答：所谓确定三维观察方向就是从某个方位观察三维模型，设置方法有多种。
下拉“视图”菜单---在“三维视图”中的各项均是确定观察方向的命令，用户可以逐一测试，以便在三维建模时灵活运用。
执行“VPOINT”命令也是常用的定位方法。
键入“VPOINT”后，命令行提示：（
），这有三种不同选择，第一用户可以直接键入（X，Y，Z）坐标值，X、Y、Z可以分别取0和1或-1，即键入（0，0，1）、（1，-1，1）、（-1，-1，-1）等值均可，不同的组合代表不同的观察方向；
用户也可先键入“R”选择第二种方式确定方位，键入“R”后屏幕提示：
给定角度显示：
也就是说用户要分别输入在X-Y面内的位置，而后再定与X-Y面的夹角以便定观察高度；
如果用户直接按回车（ENTER）键，则屏幕上将出现一个如下图所示的坐标球和三角架。
此图说明：
（1）小“+”光标如在小圆5内移动，由Z正向看X-Y平面，若在圆心处为俯视图方向；在小圆外大圆内时，表示从Z负向看X-Y平面；
（2）小“+”在水平线1-3上方时，表示由Y正向看X-Y平面；而在下方时，表示由Y负向看X-Y平面；
（3）小“+”在竖直线2-4右边时，表示由X负向看X-Y平面；而在左边时，表示由X正向看X-Y平面；边缘
（4）小“+”光标在大圆外移动，表示绕Z轴旋转实体；
（5）小“+”光标在小圆边缘移动，表示由X-Y面的方
图二 罗盘和三角架北向观察实体。
切记：无论从何方位观察实体，但观察后必须点击图标，返回原来的作图状态！
9、如何使用过滤坐标？
答：所谓的过滤坐标就是在作图过程中为确定某一点的位置，而该点（X，Y，Z）坐标的某一个值想借助另一点的同名坐标，则可用坐标过滤的办法来完成。
即可以分别逐个过滤，也可一次过滤两个（实际为一个平面）。
如图一所示，要在矩形的正上方绘制一个圆柱体，而圆柱体的底部圆心距离矩形中心的高度为本50毫米。
则执行过程为：
（1）执行画圆柱体命令，命令提示如图二所示，输入“。X”回车后捕捉1点。然后显示提示如图三所示；
（2）再输入“。Y”回车后捕捉2点。命令提示如图四所示；
图三 分别过滤X、Y坐标
图四 过滤X坐标
图五 过滤Y坐标
（3）最后直接输入Z坐标值，再完成圆柱体的作图。
图六 输入Z坐标
用户也可以一次过滤两个坐标，一般是“。XY”，选定一个参考点后，再给出Z值即可。
注意：坐标过滤代替不了坐标“UCS”变换，前者偶然使用，而后者最常用。
图七 视口对话框
10、为什么要采用多视口观察实体？
答：在三维建模的作图过程中，有时需要及时的观察整体或局部效果，或者为了确定某一实体的位置，应从不同的角度显示实体，但又不想失去原有的实体状态。
所以，CAD为用户提供了多视口观察工具。执行“VPORTS”命令，显示视口对话框，如图七所示。
如图八所示，是设置了四个视口。CAD只能在一个视口中工作，用户只需在要工作的视口中左击鼠标键就可进入，此时该视口的边界亮显，光标也同时变为十字形的工作状态。
视口操作有很强的功能，这里先建议用户利用视口设置不同的观察方向，如图八各视口所示。
但是如果要在某一个视口中添加实体，那么其它视口中也同样显示出来。
图八 四个视口观察实体
注意：在绘制或编辑三维模型时最好在一个视口中工作。
11、如何将各分线段合并为一条多段线？
答：可以执行“PEDIT”命令或由下拉“修改”菜单---选“多段线”后。
屏幕提示“选择多段线”，用户只要捕捉任一个线段实体，屏幕回应“是否将其转换为多段线？〈Y〉”，回车认可后命令行显示如下提示：
键入“J”后，即可选则首尾相连的各个线段实体，选择结束击两次回车就完成了全部操作。
切记：将多个实体合并成一个实体（多义线）在建立面域或三维曲面轮廓时，常用！
12、如何创建面域并进行布尔运算？
答：创建面域的命令有三种执行方式，即：
一是直接键入“REGION”，二是点击图标“”，三是下拉“绘图”菜单---“面域”。
执行完命令后，CAD开始加载DLL文件，稍后提示用户选择要面域的对象，用户一定要选取封闭的几何图形或由多个线段实体组成的封闭区域。否则CAD均不能创建所需要的面域。
所谓的面域布尔运算就是逻辑计算，用户需要打开实体编辑工具条，如图九所示，其中前三项是面域的布尔运算命令。
图十所示为一个圆与一个矩形两个面域进行并（UNION）、差（SUBTRACT）、交（INTERSECT）运算的结果。
切记：在进行差（SUBTRACT）运算时，要先选择主体确定后，再选择需要减去的实体。因此，不能同时选择主体和被减实体。
图九 实体编辑工具条
图十 面域布尔运算
13、如何保证在三维建模时作图的清晰快捷？
答：这是一个不错的问题，的确在三维建模作图过程中，随着模型结构的复杂化，不仅要频繁地更换坐标系（UCS），同时还要绘制一些辅助线用作实体的定位。
复杂的模型纷乱的线条很难准确捕捉需要的目标。那么，最好的办法就是利用图层来解决这一烦心的问题，与当前作图无关的图层可以先关闭或冻结。
切记：一句铭言“无用的线变得有用，重叠的图层看起来更分明。”
14、三维多义线有什么用途？
答：三维多义线主要用来绘制三维螺旋线和锥形螺旋线。
使用时可以直接键入“3DPOLY”命令，然后与二维画线命令一样输入每个点的坐标，但Z坐标值不应全为零。
由“3DPOLY”绘制的多义折线可以用“PEDIT”进行编辑或者转化为光滑的空间曲线。例如使用柱面坐标可以绘制三维螺旋线。
15、如何使用三维平面命令？
答：CAD提供了两个三维平面命令，即“3DFACE”和“PFACE”命令。
这两个命令使用方法完全不同，而且没有图标，只能直接输入命令。
首先介绍“3DFACE”的使用技巧，直接键入命令“3DFACE”后，CAD提示用户分别输入四个点即完成第一个平面，继续提示输入第二平面的3，4点，完成后再要求输入第三个平面的3、4点···等等。
至此，用户已经清楚该命令的使用技巧，那就是在第一个平面所需的四个点输入完后，CAD将第一个平面的3、4点自动认作是第二个平面的1、2点，这样一直进行下去，直到拥护中断执行为止。
如图十一所示，是用该命令绘制的两个三维模型图。
图十 一3DFACE平面
16、三维平面PFACE又如何使用呢？
答：了解了“3DFACE”命令的使用方法后，我们再来看看“PFACE”如何使用？
先看图十二所示的三维房屋线框模型，该模型共有20个顶点，有12表面，这些表面有四边形，也有五边形或七边形。
显然利用“3DFACE”命令为每个平面着色是不可能的，而使用“PFACE”可以解决该问题。
图十 二房屋模型
图十三 房屋模型建立三个平面
键入“PFACE”后命令行显示“”，用户可按自己规定的顶点顺序号码使用光标逐个捕捉，完毕后回车提示“”，要求用户输入所规定的第一平面的起点序号数“”。
这里有两点要明白，一是具体哪一个面作为第一个平面是任意的；二是所定平面上的点哪一个点作为第一点也是任意的。
但只能输入序号数且按顺时针或逆时针的次序，每输入一个按一次回车键“ENTER”。图十三所示说明，用户可以使用此命令逐个为平面上色。
注意：一定要弄清楚该命令的使用方法，才能明白它的使用技巧。
17、哪些三维曲面命令要经常使用？
答：如图十四所示，在CAD所给定的三维曲面工具栏中，有八项是最基本的单体命令，而四个三维多边形网格曲面，不仅使用频繁而且要有熟练的技巧。
图十 四曲面工具栏
注意：三维曲面的最大特点是可以利用“PEDIT”命令进行编辑，也可利用捕捉功能进行简单的编辑。
18、在使用四个三维多边形网格曲面之前应先做什么工作？
答：三维多边形网格曲面的显示精度有两个系统变量所控制。变量取值不同绘出的三维实体也不同，如图十五所示。
图十五 三维曲面的显示精度
切记：系统变量SURFTAB1、SURFTAB2取值要适当，不易太大。否则，将影响CAD的运行速度减慢，甚至可以造成死机。
19、三维旋转曲面有那些使用技巧？
答：在使用三维曲面命令（REVSURF）时，要注意三点：
一是所要旋转的母线与轴线同位于一个平面内；
二是同一母线绕不同的轴旋转以后得到的结果截然不同；
三是要达到设计意图应认真绘制母线。当然要保证旋转精度。如图十六所示为同一母线分别绕轴一和轴二旋转后的结果。
图十六 三维旋转曲面
另外要注意的是三维曲面在旋转过程中的起始角可以是任意的，要获得的曲面包角也是任意的（在360度范围内）。
如图十七所示的四个大小相同，而方位不同的曲面就是利用包角均为90度，但起始角各不同。利用这一技巧我们不难获得如图十八所示的浴缸曲面轮廓。
显而易见我们在图十七的基础上又添加了四个侧面和底面。
图十七 不同角度的三维旋转曲面
图十八 浴缸曲面
注意：三维旋转曲面在回转曲面体设计中非常实用，要多加练习，探索使用技巧。
20、三维直纹曲面有什么使用技巧？
答：三维直纹曲面（RULESURF、）是要求用户给定任意两条线，即可形成一个曲面。
这两条边界线可以是直线或是曲线，也可以是共面线或是异面而线。如图十九所示，是不同的边线形成的曲面。
图十九三维直纹曲面
注意：在选择两条边界线时，选择的端点不同则会形成不同的曲面。
