Table Of Content

Министерство образования и науки РФ Иркутский государственный технический университет Т.А. Семикина Компьютерное моделирование в среде AutoCAD Учебное пособие Издательство Иркутского государственного технического университета 2014 3 УДК 004.946 ББК 85.15 С 30 Рекомендовано к изданию редакционно-издательским советом ИрГТУ Рецензенты: начальник управления строительства, архитектуры и инвестиционной политики администрации Тайшетского района, Иркутской области Р.К. Евстратов; коллектив кафедры «Начертательная геометрия и графика» ИрГУПС Семикина Т.А. Компьютерное моделирование в среде AutoCAD : учеб. пособие. – Иркутск : Изд-во ИрГТУ, 2014. – 96 с. Пособие соответствует требованиям ФГОС-3 код ОКСО 5534002 по направлению подготовки бакалавров «Архитектура». В учебном пособии рассматриваются вопросы, связанные с наполнением архитектурной среды на примере жилого пространства. Материал пособия является практическим руководством по изучению основ трехмерного моделирования в среде самой популярной системы автоматизированного проектирования AutoCAD. Пособие поможет научиться создавать твердотельные объекты, поверхности и сети, компоновать их в сложные составные модели, получать растровые фотореалистичные изображения созданных моделей. Подробно описана работа с внешними ссылками, методика тонирования моделей, описаны процедурные и NURBS-поверхности. Пособие предназначено для студентов второго курса института «Архитектуры и строительства» по специальности 270300 «Дизайн архитектурной среды» и 270100 «Архитектура», изучающих дисциплину «Компьютерное моделирование» в рамках подготовки бакалавров. © Семикина Т.А., 2014 © Иркутский государственный технический университет, 2014 Оглавление 4 Сокращения и символика использованные в учебном пособии 5 Введение 6 Глава 1. Основы твердотельного моделирования 8 1.1. Типовые трехмерные тела (тела-примитивы) 8 1.2. Базовые инструменты создания 3D-тел 12 Глава 2. Каркасы, поверхности, сети 21 2.1. Инструменты создания каркасных моделей 22 2.2. Способы построения каркасных моделей 25 2.3. Создание поверхностей и сетей 25 2.3.1. Плоская поверхность 26 2.3.2. Сетевая поверхность 27 2.3.3. Создание поверхностей выдавливания, сдвига, вращения и лофтинга 27 2.4. Сложные поверхности 28 2.5. Взаимодействие 3D-тел и поверхностей 32 Глава 3. Подготовка к трехмерному моделированию 34 3.1. Пространство для трехмерного моделирования 34 3.2. Типовые проекции 35 3.3. Отображение модели 36 3.4. Трехмерные координаты 37 3.4.1. Ввод трехмерных координат 37 3.4.2. Декартовы координаты 37 3.4.3. Цилиндрические координаты 38 3.4.4. Сферические координаты 38 3.4.5. Координатные фильтры 39 Глава 4. Редактирование 3D-тел 40 4.1. Разрезы, разделения и сечения 40 4.2. Редактирование инструментами 2D-графики 43 4.3. Редактирование инструментами 3D-графики 43 4.4. Создание 3D-тел методом лофтинга 50 4.5. Создание 3D-тел методом сдвига 54 Глава 5. Фотореалистичная визуализация сцены 56 5.1. Создание источников света 57 5.1.1. Точечный источник света 58 5.1.2. Создание прожектора 62 5.1.3. Создание удаленного источника света 63 5.1.4. Подключение солнца и неба 64 5.1.5. Редактирование источников света 66 5.2. Работа с материалами 68 5.2.1. Редактирование материала 70 5.2.2. Способы наложения карт 73 5.2.3. Подключение материалов 74 5.3. Тонирование 75 5 5.3.1. Настройки качества тонирования 76 5.3.2. Тонирование области 78 5.3.3. Сохранение тонированного изображения 78 Глава 6. Примеры 3D-моделирования 79 6.1. Создание помещения 79 6.2. Тумба под TV 86 6.3. Создание телевизора 87 6.4. Создание интерьера кухни 89 6.4.1. Моделирование кухонной тумбы 89 6.4.2. Моделирование духового шкафа 89 6.4.3. Создание обеденного стола 90 6.4.4. Создание врезной раковины 91 6.4.5. Создание кухонного крана 92 6.5. Балясина 93 Заключение 94 Библиографический список 95 Сокращения и символика использованные в учебном пособии: ГМн – строка падающих меню, главное меню; 6 КМн – курсорное (контекстное) меню, вызывается щелчком по правой кнопке мыши в рабочем поле программы; ПИ – панель инструментов; ДО – диалоговое окно; КС – сообщение или приглашение командной строки; ЛКн – левая кнопка мыши; ПКн – правая кнопка мыши; Ent, 2Ent и 3Ent – одиночный, двойной и тройной, соответственно щелчки по клавише ENTER; Esc – выход из действия команды или ее отмена, выполняемый щелчком по клавише ESCAPE; переход от одного выполняемого действия к другому; pb (pick box) – указующий квадрат. Элемент интерфейса AutoCAD заменяет перекрестие при выполнении команд редактирования; ЮЗ – юго-западная изометрия; ЮВ – юго-восточная изометрия; СВ – северо-восточная изометрия; СЗ – северо-западная изометрия. ДВ – сообщение (или набор) в панели динамического ввода. Введение 7 На рубеже XX-XXI веков глобальные процессы, в частности, в образовании архитектора были связаны со сменой орудий труда механического (ручного) на электронные компьютерные технологии. В мире информационных технологий ежеминутно происходят изменения, которые образуют все большую пропасть между «старыми» и «новыми» школами, поэтому изучение возможностей информационных технологий и их применение в учебном процессе представляется одной из актуальнейших и важнейших проблем не только архитектурных специальностей. Сегодня IT технологии выступают: инструментом визуализации; технической базой проектного процесса; инструментом виртуального моделирования. Самой распространенной и самой востребованной системой информационных технологий из области проектирования, предназначенной для специалистов любой сферы, является AutoCAD За долгие годы развития продукт компании Autodesk трансформировался из простого инструмента, способного лишь заменить собой кульман, в программу, пригодную не только для формирования двумерных чертежей, но и для создания реалистичных трехмерных моделей. Фактически на данный момент AutoCAD является самой мощной системой автоматизированного проектирования (САПР), работающей на персональном компьютере. Широкое распространение AutoCAD в мире обусловлено не в последнюю очередь развитыми средствами разработки и адаптации, которые позволяют настроить систему под нужды конкретных пользователей и значительно расширить функционал базовой системы. Большой набор инструментальных средств для разработки приложений делает базовую версию AutoCAD универсальной платформой. В настоящем учебном пособии рассматриваются важнейшие понятия и методики твердотельного моделирования. В пособии приводится необходимый и достаточный набор команд и средств программы для понимания принципов работы и начала работы в 3D-пространстве. Книга содержит большое количество практических примеров. Эти сведения могут пригодиться при концептуальном проектировании и визуализации во многих дисциплинах, например, в архитектуре, в предметном наполнении, а также при проектировании механических конструкций и объектов гражданского строительства. Данные рекомендации преследуют следующие цели: • дать студенту уверенное понимание основ компьютерного проектирования и твердотельного моделирования в среде AutoCAD; • показать студенту применимые на практике сведения об эффективных методиках компьютерного моделирования; • создание малоэтажного жилого объекта и некоторых предметов интерьера. 8 Настоящие учебное пособие предназначено для пользователей AutoCAD имеющих начальные навыки. Для понятия и выполнения практических примеров, имеющихся в данном пособии, студент должен уметь: • пользоваться функциями зуммирования и панорамирования; • задавать декартовы координаты на плоскости; • работать с объектной привязкой; • создавать, выбирать и изменять2D объекты; • работать со слоями; • создавать и редактировать области; • создавать и вставлять блоки; • изменять значения системных переменных с помощью командной строки. Глава 1. Основы твердотельного моделирования 9 Твердотельное моделирование является наиболее распространенным видом трехмерного представления объектов. Твердые тела достаточно просто строить, они имеют объем а, следовательно, массу, что бывает иногда просто необходимо для некоторых инженерных построений, компоновок и расчетов, к тому же построив твердотельный объект, можно не прилагая особых усилий достаточно быстро получить необходимые плоские виды, разрезы или сечения. 1.1. Типовые трехмерные тела (тела-примитивы) Тела – это трехмерные объекты имеющие объем. Тела создаются в результате действия команд построения стандартных тел, логических операций сложения, вычитания и пересечения, из процедур выдавливания, вращения, а также в результате лофтинга [1]. При создании трехмерных моделей в AutoCAD необходимо мысленно разложить объект на простые составляющие. Затем с помощью редактирования и логических операций создать объект нужной формы. Твердотельные объекты наиболее полно из всех типов трехмерных моделей отражают свои свойства, например, массу, объем и момент инерции. В трехмерной графике AutoCAD существует некоторая группа объемных тел, называемых телами-примитивами, геометрическая форма которых уже заранее определена применением специальных инструментов моделирования. В двухмерной графике геометрические примитивы – это отрезок, круг, прямоугольник, эллипс и т. д. В 3D такими примитивами являются тела: параллелепипед, шар, цилиндр, конус, клип, тор, пирамида и политело, техника работы с которыми и будет рассмотрена ниже. В некоторых случаях тела-примитивы оказывают неоценимую услугу и могут быть использованы в следующих приложениях: – в качестве вспомогательных тел для последующего объединения с базовым телом или вычитания их из него; – в предварительных (черновых) компоновках сложных составных моделей в качестве опять-таки вспомогательных тел (тел замещения), которые впоследствии будут заменены детализированными оригиналами; – для предварительных оценок масс инерционных параметров будущего изделия или определения плотности его компоновки. Инструменты создания тел-примитивов расположены на ПИ Modeling (Моделирование), рис. 1.1. Рис. 1.1. ПИ создания тел Другие способы доступа к инструментам: 10 – ГМн > Draw (Рисование) > Modeling (Моделирование) > выбор пункта; – Ribbon (Лента) > Ноте (Главная) > Modeling (Моделирование) > выбор инструмента. Инструмент Polysolid (Политело). Работа с инструментом Polysolid напоминает работу с инструментами плоского рисования Multiline (Мультилиния) и Polyline (Полилиния), параметры которых задаются по приглашениям КС и вводятся с клавиатуры. Для построения трехмерного примитива инструментом Polysolid (Политело) первоначально необходимо задать определенные параметры. На рис. 1.2 показано несколько вариантов абстрактных фигур созданных инструментом Polysolid (Политело). Рис. 1.2. Тела, созданные инструментом Polysolid (политело) Активизируйте любым способом инструмент Polysolid (Политело) и по приглашениям КС выполните следующий алгоритм построений: а) Specify start point or [Object/Height/Width/Justify] (Начальная точка или [Объект/Высота/Подтвердить]): щелкните ПКн и укажите пункт Height (Высота); б) Specify height (Высота): 300 Ent; ПКн > КМн > выберите пункт Width (Ширина); Specify width (Ширина): 20 Ent; в) укажите ЛКн любую точку рабочего пространства и слегка переместите мышку в любую сторону. Последовательно вводя с клавиатуры в КС параметры объекта, изменяя при этом направление построения тела перемещением указателя мыши в любую из сторон и завершая каждый ввод данных щелчком по клавише Ent, выполните еще одну цепочку действий: 1) Specify next point or [Arc/Undo] (Следующая точка или [Дуга/Отменить]): 300 Ent; 2) Specify next point or [Arc/Undo] (Следующая точка или [Дуга/Отменить]): 100 Ent; 3) Specify next point or [Arc/Undo] (Следующая точка или [Дуга/Отменить]): 150 Ent; г) перейдите на построение дугового участка: ПКн > КМн > укажите пункт Arc (Дуга); д) постройте несколько дуговых участков; е) завершите действия щелчком по клавише Ent. 11 Инструмент Box (Ящик). С помощью инструмента Box (Ящик) формируются твердотельные тела примитивы в виде куба или параллелепипеда, рис. 1.3. Рис. 1.3. Параллелепипеды в различных визуальных стилях Инструмент Wedge (Клин). Инструментом Wedge создается твердотельный объект, напоминающий по форме разрезанный наклонной плоскостью параллелепипед. Основанием клина служит геометрическая фигура в виде квадрата или прямоугольника, которая находится в плоскости параллельной плоскости XY текущей ПСК. Варианты клинообразных примитивов показаны на рис. 1.4. При вводе параметров клинообразного объекта необходимо указать координаты первого угла его основания, тогда наклонная грань будет расположена напротив этого угла. Высота клина может иметь положительное или отрицательное значение. Рис. 1.4. Клинообразные тела в различных визуальных стилях Инструмент Cone (Конус). С помощью инструмента Cone в пространстве создаются примитивные тела конической формы, в том числе усеченные. Основанию конуса можно изначально задать геометрическую форму в виде круга или эллипса. На рис. 1.5 показаны конические тела, имеющие разные свойства: плотность каркаса, ориентацию в пространстве и визуальные стили отображения. Рис. 1.5. Круглые и эллиптический (справа) конусы 12