刍议计算机三维机械制图设计

AntonioLug

摘 要：进入到计算机数字化信息时代，传统的手绘制图被计算机三维制图所取代。目前计算机三维制图技术已经被应用到诸如工程的设计、动画的设计以及电脑图形的设计等领域当中。文章针对计算机三维制图设计进行探讨。
关键词：计算机；三维制图；设计
随着计算机应用技术的普及，各种绘图软件被研制开发出来，推动着制图技术快速发展。回顾制图的历史，传统的绘图方式是手工操作，进入到二十一世纪，计算机制图开始在各行各业得到普遍的应用，但是，起初是计算机的二维绘图技术。近些年来，计算机二维制图技术逐渐被取代，三维绘图技术配合手工绘图技术成为了制图首选方式。
1 计算机三维制图设计的意义
我国的一些企业中，在机械设计上，会应用一些更为先进的软件，诸如Solidworks、Pro/E、UG等来进行机械设计。使用计算机三维绘图技术，是将三维设计绘图软件与有关机械设备相互连接，当根据必要的参数进行三维建模之后，机械加工设备就能够按照设计要求将产品直接生产出来，在工序流程上简化了很多，而且从设计图纸到生产出来的产品都会达到最优的质量。可见计算机制图使机械设计趋向于更为完美，并推动企业不断地实现产品创新。但是，从计算机制图设计本身而言，其是作为一种辅助的技术手段加以利用的。对于企业的产品，通过CAD技术，可以对于产品的建模进行构思，根据产品的要求不断地调整和完善，省去了实用手绘制图而造成的重复劳动。所以，实用计算机三维技术进行制图，不仅是设计图纸，而且也是设计人员的一种思维表达。
2 计算机三维绘图设计中需要掌握的要点
在工程绘图中，计算机绘图经历了二维绘图和三维绘图两个阶段。现在对于三维制图设计已经达成了共识，主要是采用三维几何坐标进行建模，而二维绘图则是三维建模的基础，三维绘图技术是在二维绘图的基础之上扩展开来的。以AutoCAD软件绘图为例。
2.1 坐标系统
被世界上所认同的AutoCAD默认坐标系为WCS，AutoCAD的另一个坐标系统为UCS坐标系。在计算机操作上，AutoCAD三维绘图所建立的是笛卡尔直角坐标系，使用右手的大拇指操作Z轴，其他的四个手指操作X轴和Y轴，使两者之间呈现出90°直角。WCS坐标系使用“W”来表示，坐标的原点（0，0）则是“+”符号。
在计算机三维制图中，世界坐标系WCS是使用的坐标系，它在使用中表现出固定不变的特性，不需要对坐标系有所改变，但是却可以通过旋转的方式来观察，或者是将观察的角度改变，达到需要的效果。从计算机屏幕上观察，在屏幕的左下角位置就可以找到坐标的原点，X轴是水平正方向，向右；Y轴是垂直正方向，向上；Z轴则以屏幕为二维平面，指向观察者。
UCS用户坐标系统是建立在世界坐标系WCS的基础之上的。与世界坐标系WCS有所不同，其是一种相对的坐标系。用户在使用其进行绘图的时候，可以根据自己的需要来调整坐标系中X轴、Y轴和Z轴的方向。值得一提的是，在UCS用户坐标系统中，Z轴的方向是可以自动确定的，只要X轴、Y轴的方向在坐标原点的基础上被确定下来，Z轴的方向就能够自动生成。将世界坐标系WCS与UCS用户坐标系统相比较，在进行三维绘图设计的时候，使用用户坐标系统UCS会将原本复杂的工作变得简单了很多。
从三维制图设计的效果上来看，使用世界坐标系WCS设计建筑阳台，需要对于阳台的每一个角度都要计算，特别是对于阳台有特殊设计要求的倾斜角度，都要逐一计算，而且数据必须精确。使用用户坐标系统UCS取而代之，则要简便很多，因为针对阳台进行设计的时候，每一个角度的画面都相当于是一幅二维的平面图。操作起来会非常的简单，而且设计效果更好。另外，由于世界坐标系WCS具有坐标系固定不变的特性，所以对于一些三维图形的设计会存在着一定的局限性。比如，在二维平面坐标系中可以设计出一个圆，但是如果使用三维坐标系画出三个同心圆，则很难于实现。因为从世界坐标系WCS的坐标系设计上来看，要使用三个不同的坐标系才能够完成。
2.2 视点
在三维空间中，用户所观察的角度是非常重要的，其可以使三维设计呈现出不同的视觉效果，因此，在进行计算机三维制图设计的时候，选择一个恰当的视点非常必要。在三维坐标中，观察的视点就是可以指向原点的矢量，由于视点的选择并不会影响到图形设计，因此可以根据X轴、Y轴和Z轴的坐标来进行确定。
在视点的选择上，计算机二维制图设计与三维制图设计的差别在于，二维绘图一般会使用正视图，视角的位置是默认的，处于平面的正上方，以俯视图为主。三维制图设计主要体现为三维立体效果，所以所使用的是斜视图。那么在视角的选择上，会更为灵活一些，以能够有效地观察设计图形的三维效果为标准。在计算机三维制图设计中，对于视角或者是视点的设置可以通过VPOINT命令来完成，根据设计者对于三维制图设计效果的需求，也可以使用3DORBIT或DVIEW命令来设置视点，对于三维制图设计效果进行动态地观察。值得一提的是，用户在使用计算机进行三维制图设计的时候，一定不可以选择将2D的高度进行拉伸的方式，使其平面试图成为3D对象来进行观察。必要的时候，可以将视点根据需要进行改变，重新选择一个合适的几何特征点。
2.3 布局设计
打开CAD软件之后，要进行布局设计，可以点击“布局”标签，此时会呈现出矩形框图。按照顺序点击视图、视口和新建视口，就会看见有一个标准视口弹出来。如果要使用三维设计制图，就需要在“设置”对话框中进行选择，点击“三维线框”就可以了。当回到“布局”页面之后，光标就会变成“十”字型。此时，就可以进行绘图操作了。
CAD三维作图效果
3 计算机三维绘图设计的应用
使用计算机进行三维绘图设计，在工程设计领域广泛使用并实现了创新。比如SolidWorks，是一款功能更为强大的三维CAD系统，实现了高效快捷的三维设计。当设计师使用这种软件进行设计，就会创造出产品等级的工程图。而且在用户使用这种工具的时候，对于每一个装配图并不需要对其逐一加载，就可以将大型的装配视图创建出来。作为绘图工具，使用SolidWorks，可以实现完整的工程图设计，并且在进行图纸的修改时，其它关联图纸能够做到自动更新。无论是绘图的三维模型，还是装配体，都能够自动完成。工程图首先是从三维模型中所产生的，其剖视图效果明显增强。另外，这种高品质的视觉效果还可以生成品质图片文件，以备日后交流。
4 结束语
综上所述，计算机制图已经逐渐取代了手绘制图的方式，不但提高了工作效率，而且推动了有关技术软件的研制和开发。较为常见的是工程制图，并已经延伸到各个相关设计领域当中，其覆盖面之广，已经使三维绘图设计成为了设计领域中不可缺少的设计工具。
参考文献
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