基于AutoCAD三維房產(chǎn)數(shù)據(jù)模型構(gòu)建綜述

1、資源環(huán)境學(xué)院2014屆本科畢業(yè)論文分類號(hào)：?jiǎn)挝淮a：10452畢業(yè)論文基于AutoCAD三維房產(chǎn)數(shù)據(jù)模型的構(gòu)建姓 名 學(xué)號(hào) 201007170120年級(jí) 2010專業(yè) 測(cè)繪工程系（院）資源環(huán)境學(xué)院指導(dǎo)教師 2014年5月資源環(huán)境學(xué)院2014屆本科畢業(yè)論文基于AutoCAD三維房產(chǎn)數(shù)據(jù)模型的構(gòu)建摘要CAD三維房產(chǎn)建模技術(shù)對(duì)表達(dá)城市三維空間形態(tài)的復(fù)雜性和建筑物的空間 分析具有重要的研究意義，在城市信息化建設(shè)過程中，建筑物是最重要的部分， 由于其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，使得建筑物的三維重建，變得比較困難。利用CAD技術(shù)進(jìn)行 三維建模,能簡(jiǎn)化三維可視化模型的構(gòu)建過程。本文主要講述了CAD三維建模的發(fā)展歷程和常用的

2、三維建模技巧，包括制定用戶坐標(biāo)系、實(shí)體的拉伸以及進(jìn)行三 維實(shí)體編輯等來實(shí)現(xiàn)建筑物的構(gòu)建工作。關(guān)鍵詞：三維建模；拉伸；UCS布爾運(yùn)算17ABSTRATThree-dime nsio nal CAD modeli ng tech no logy for real estate three-dime nsio nal morphology of urban space to express the complexity of the analysis and the building has an important significance in the city informatization

3、construction, the building is the most importa nt part, because of its complex structure, making three-dime nsional recon structio n of the buildi ng, has become more difficult. The use of CAD tech no logy for three-dimensional modeling, to simplify the process of building a three-dimensional visual

4、ization of the model. This paper describesthe development process of three-dimensional CAD modeling and three-dimensional modeling tech niq ues used, in cludi ng custom user coordi nate system, as well as draw ing en tities to achieve three-dime nsional solid edit ing work to build buildi ngs.Key wo

5、rds： Three-dimensional modeling; stretch; UCS; Boolean; right-hand rule目錄1引言 42 CADE維房產(chǎn)數(shù)據(jù)建模技術(shù)的發(fā)展歷程及簡(jiǎn)述 43建模功能及技巧 53.1建模技巧1拉伸 53.2建模技巧2旋轉(zhuǎn) 63.3建模技巧3掃掠 73.4建模技巧4布爾運(yùn)算 84三維房產(chǎn)建模方法及其步驟 84.1圖層建立 84.2建立和管理用戶坐標(biāo)系 94.3平面底圖處理 94.4將二維圖形運(yùn)用拉伸命令生成三維實(shí)體 104.5應(yīng)用多視口建模 114.6運(yùn)用實(shí)體的面、邊、體編輯命令 124.6.1實(shí)體的面編輯 124.6.2實(shí)體的體編輯 135結(jié)語

6、 151引言現(xiàn)代信息技術(shù)的進(jìn)步和 CAD應(yīng)用的發(fā)展，使得CAD應(yīng)用程序的研發(fā)方向 應(yīng)該以快速提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率， 減少設(shè)計(jì)的成本，充分縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)間和 生產(chǎn)周期，積累和提高優(yōu)秀的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，提高整個(gè)設(shè)計(jì)技術(shù)的水平為目的。 隨著 CAD技術(shù)的不斷成熟，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用在企業(yè)中，并已成為企業(yè)提高生產(chǎn)力重 要技術(shù)手段1 O隨著城市化進(jìn)程的進(jìn)一步加快，二維平面繪圖技術(shù)很難表達(dá)城市三維空間形 態(tài)的復(fù)雜性和進(jìn)行空間分析，CAD三維建模技術(shù)，是對(duì)二維建模技術(shù)產(chǎn)品的基礎(chǔ) 上衍生技術(shù)建模的需要，是基于一個(gè)二維繪圖完成的，通過二維建模及技術(shù)事先 完成樓房的三視圖，再利用拉伸指令來形成其三維實(shí)體構(gòu)架，再按一些特殊

7、位置 的尺寸要求，通過布爾運(yùn)算來達(dá)到我們想要指定的特殊形狀和想要達(dá)到的目的。 2僅在三維的CADS計(jì)中，可建立原始基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行有限元分析，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的優(yōu) 化設(shè)計(jì)。在三維建模狀態(tài)下進(jìn)行繪圖，可避免實(shí)體的相互干擾，二維圖形設(shè)計(jì)僅 僅達(dá)到局部的設(shè)計(jì)要求，所以真正的開始CADS用程序是采用三維設(shè)計(jì)，更是設(shè) 計(jì)理念的改變。2 CAD三維房產(chǎn)數(shù)據(jù)建模技術(shù)的發(fā)展歷程及簡(jiǎn)述CAD三維房產(chǎn)數(shù)據(jù)建模技術(shù)始于上世紀(jì) 70年代，經(jīng)歷了特征建模，參數(shù)化 技術(shù)，行為建模等過程，并逐步走向成熟， CADE維建模的優(yōu)點(diǎn)為標(biāo)注方便，尺 寸精確，便于制圖且效率高，建模更為簡(jiǎn)便；并且兼容性高，CAD可以和3DMAX互相轉(zhuǎn)換。三維CA

8、D不僅可以準(zhǔn)確地顯示結(jié)構(gòu)計(jì)算的變化量的大小， 還能觀察到 結(jié)構(gòu)的各部分的多維形狀及質(zhì)量，而且也可以計(jì)算出結(jié)構(gòu)的重心，幾何體積和回 轉(zhuǎn)半徑，等等，也可以以此為基礎(chǔ)進(jìn)一步進(jìn)行構(gòu)造物的應(yīng)力分析，空間干涉分析等，但也存在一些缺點(diǎn)比如說，曲面建模功能不完善，復(fù)雜模型不容易建等問 題。GIS自20世紀(jì)70年代以來迅速發(fā)展并廣泛應(yīng)用于數(shù)字地圖領(lǐng)域，并取代了 CAD在該領(lǐng)域的主導(dǎo)地位，空間分析和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理的能力明顯強(qiáng)于CAD這并不意味著CAD的消失，相反，CAM大的編輯功能與數(shù)據(jù)建模技術(shù)和 GIS已經(jīng) 有更加密切的聯(lián)系。圖形是地理信息系統(tǒng)重要的數(shù)據(jù)來源，有些含有地理信息的CAD圖形，也可以成為地理信息系統(tǒng)

9、數(shù)據(jù)源，CAD是一款擁有強(qiáng)大的圖形編輯能力和分析能力的應(yīng)用程序，是我們進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)和分析必不可少的輔助性工 具。隨著快速增長(zhǎng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率，現(xiàn)代 CAD技術(shù)也在沿著信息集成一過程集 成一企業(yè)集成的道路發(fā)展。4但隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們逐漸發(fā)現(xiàn)，二維的 CADS 統(tǒng)中，由于無法建立可用于空間立體分析的實(shí)體模型， 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和熱場(chǎng)分布的設(shè) 計(jì)計(jì)算，只能靠書本中的計(jì)算公式，且計(jì)算量和勞動(dòng)強(qiáng)度均很大，如果設(shè)計(jì)變更， 需要重新進(jìn)行所有的數(shù)據(jù)計(jì)算，效率低；因此人們嘗試是否能建立一種三維的 CADX作環(huán)境來彌補(bǔ)二維的不足，CADE維建模技術(shù)由此誕生，并逐漸成熟。三維模型包括線框，表面和實(shí)體模型。實(shí)體模型包括線、面

10、、體的所有信息。 實(shí)體模型不僅具有質(zhì)量、體積等物理特性，而且復(fù)雜的模型也可以通過實(shí)體的交、 差和布爾運(yùn)算建立，并能進(jìn)行消隱，著色和渲染。此外，AutoCAD還可以輸出為后續(xù)數(shù)控加工分析和圖形化的實(shí)體模型數(shù)據(jù)。3建模功能及技巧熟練使用三維建模中的一些技巧能簡(jiǎn)化我們的建模過程，建筑物幾何模型的創(chuàng)建主要是以二維平面圖為基礎(chǔ)，并在 CAD建模軟件中通過Extrude （拉伸）、 Loft （放樣）以及復(fù)雜的布爾運(yùn)算來構(gòu)建建筑物的三維幾何模型。在這里，主要 介紹AutoCAD中幾種常用的三維幾何模型建立方法和繪圖技巧。3.1建模技巧1拉伸在平面上畫出實(shí)體的平面圖，使用平面曲面工具，繪制平面曲面，再經(jīng)過拉

11、 伸，將平面拉伸為三維模型。線只能拉伸成面，面拉伸成體，而我們想要拉伸成 實(shí)體，就要先創(chuàng)建一個(gè)面域，然后再對(duì)平面進(jìn)行拉伸，具體操作步驟如下：首先創(chuàng)建面域；在工具欄中點(diǎn)擊繪圖-建模-平面曲面，在相應(yīng)的位置創(chuàng)建面 域，再點(diǎn)擊拉伸命令，然后選擇創(chuàng)建的面域，確定，輸入拉伸距離，確定，三維 實(shí)體創(chuàng)建完成。如圖1所示：圖1垂直拉伸在CADE維建模中，平面曲面不僅可以線性拉伸，還可以通過指定路徑拉伸。 操作步驟：命令中欄輸入Ext-選擇平面-確定-輸入P（即沿路徑拉伸）-選擇路徑 線段-確定，如圖2所示：圖2指定路徑拉伸3.2建模技巧2旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)實(shí)體是將一些封閉的二維圖形繞指定的軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)而形成三維實(shí)體。旋轉(zhuǎn)

12、命令也是建模過程中最常用的功能之一，先畫平面的一半，然后通過沿中心線旋轉(zhuǎn)建立模型，可以旋轉(zhuǎn)0360度,通過不同的模型的中心軸可以旋轉(zhuǎn)出不同的 三維實(shí)體模型。我們可以在“繪圖實(shí)體Solids Revolve”啟動(dòng)Revolve :旋轉(zhuǎn)之前應(yīng)繪制圖3左邊的面域。通過旋轉(zhuǎn)而得到右邊的實(shí)體，圖3旋轉(zhuǎn)實(shí)體3.3建模技巧3掃掠掃掠，實(shí)際上就是把選中的面域按照我們指定的路徑來拉伸成實(shí)體，實(shí)際上，拉伸是它的一種特殊情況，我們可以在掃掠的時(shí)候設(shè)置成直線，那就變成拉伸了， 掃掠主要是用來繪制一些彎曲的實(shí)體，以掃掠螺旋線為例，輸入命令：EXT-空格-選中圓-空格-輸入P-空格-選擇路徑，如圖4，圖4掃掠3.4建模技

13、巧4布爾運(yùn)算布爾運(yùn)算是對(duì)實(shí)體進(jìn)行加減合并的重要編輯功能，布爾運(yùn)算包含“并、交、 差”三種編輯命令，其運(yùn)算模式如圖 5，差集圖5布爾運(yùn)算模式圖4三維房產(chǎn)建模方法及其步驟要?jiǎng)?chuàng)建三維實(shí)體模型，首先，該模型的結(jié)構(gòu)是我們分析的起點(diǎn)， 無論多么復(fù) 雜的模型結(jié)構(gòu)，它總是由幾個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)象組成。因此，要建立復(fù)雜模型，我們可 以先創(chuàng)建簡(jiǎn)單實(shí)體，再將其組合成復(fù)雜的實(shí)體。當(dāng)然，創(chuàng)建復(fù)雜的模型可能有幾 種解決方法，我們應(yīng)該選擇建模更加方便和合理的解決方案。然后用二維圖形元 素通過簡(jiǎn)單的拉伸或旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生實(shí)體。最后運(yùn)用布爾運(yùn)算和常用的編輯功能將各實(shí) 體之間進(jìn)行簡(jiǎn)單的組合，便能夠獲得一個(gè)更復(fù)雜的實(shí)體。我們以二層別墅三維建 模制

14、作過程，具體來講一下 CAD三維建模技術(shù)的應(yīng)用。4.1圖層建立要想建一個(gè)好的三維模型，前期的準(zhǔn)備工作是要做好的 ，建立必要的圖層 是非常重要的，對(duì)于復(fù)雜的圖形來說，圖層能使我們的建模思路更清晰，因此我 們需要建立墻體、窗臺(tái)、門窗、家具、文字等圖層，并分別設(shè)置好其屬性，如圖6所示,凍結(jié)開2 10色白白2s2d3117白3422顏口口口隴疇喘喘曾曾曾醱曾唱唱卿Cant in. Ctuntiii. Conti A. C&Iltifl. C&ntiii. C&jntin. C ant in. CoiitiiL 匚皿tm Can tin打印樣式默認(rèn)Colcir_7默認(rèn)Colr_7默認(rèn)1 巾.-默認(rèn)默認(rèn)C

15、ole. -監(jiān)認(rèn)Colo.執(zhí)認(rèn)Colo.對(duì)認(rèn)Color_T對(duì)認(rèn)Col.Colo.； 口 白 Contin.圖6圖層建立4.2建立和管理用戶坐標(biāo)系在AutoCAD應(yīng)用程序中常用的坐標(biāo)系有兩種，世界坐標(biāo)系 (WCS和用戶坐標(biāo) 系統(tǒng)(ucs)。世界坐標(biāo)系是不變且唯一的，一般應(yīng)用在二維制圖過程，在二維繪 圖中，CAM用程序默認(rèn)的坐標(biāo)系是世界坐標(biāo)系，但三維繪圖則不一樣，在三維 建模的制圖過程中，為了繪圖方便，需要不斷地改變坐標(biāo)系統(tǒng)，在三維制圖中， 為了便于制圖和分析三維模型，不僅可以使用 WC坐標(biāo)，我們還可以根據(jù)自己的 需要建立獨(dú)立的用戶坐標(biāo)系統(tǒng)(ucs)，UCS的優(yōu)勢(shì)為坐標(biāo)系可以任意移動(dòng)和旋轉(zhuǎn) 原點(diǎn)位

16、置和X，Y，Z軸。所以建立和管理戶坐標(biāo)系統(tǒng)可以簡(jiǎn)化復(fù)雜的三維建模 制作過程。在三維建模過程中，我們可以利用右手法則確定 Z軸的正方向，把右 手靠近繪圖窗口，大拇指指向X軸的正方；向，食指指向丫軸的正方；向，Z軸的 正；方向。就是中指所指的方向。4.3平面底圖處理一般情況下三維模型是在二維基礎(chǔ)上通過拉伸相應(yīng)的高度而成的，因此我們?cè)趫D層建好之后，先在二維環(huán)境下利用CAM繪圖功能，畫出別墅上下兩層的平 面圖，尺寸大小要控制好，墻體一般厚度為 240mm原始的二維平面圖存在一些 問題，如連續(xù)的線中間有隔斷、閉合的區(qū)域不閉合等。因此需要對(duì)原始的二維平面圖進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化處理，以方便后期三維模型和場(chǎng)景的創(chuàng)建

17、。 平面底圖通常是DWG SHP格式，如圖7所示，圖7樓層平面圖4.4將二維圖形運(yùn)用拉伸命令生成三維實(shí)體繪制二維平面圖形之后，將平面圖形利用拉伸功能將其拉伸成實(shí)體框架，按 提示命令進(jìn)行，拉伸成三維實(shí)體步驟如下；命令：Extrude ；當(dāng)前線框密度：ISOLINES=5 ;選擇對(duì)象：找到487 個(gè);選擇對(duì)象：指定拉伸高度或路徑(P): 3000;指定拉伸的傾斜角度0：調(diào)整視圖，如圖8，圖8拉伸底圖4.5應(yīng)用多視口建模繪制復(fù)雜的三維圖形時(shí)，為了方便我觀察和繪圖，我們可以從多個(gè)角度進(jìn)行 同步建模。AutoCAD中，繪圖區(qū)可以分為幾個(gè)不同的視圖，每個(gè)視圖允許用戶使 用不同的坐標(biāo)系統(tǒng)。因此，在制圖和分析

18、復(fù)雜的三維模型時(shí)， 可將制圖區(qū)域分為 4個(gè)編輯窗口，每個(gè)窗口中可以使用不同的獨(dú)立坐標(biāo)系，設(shè)置不同的制圖角度或 選擇顯示不同的觀察窗口等，如圖 9所示，圖9多視口建模上圖的四個(gè)視口中分別顯示了三維圖形的西南等軸測(cè)、東北等軸測(cè)、俯視圖及東南南等軸測(cè)圖，這樣不論在那個(gè)視口中繪圖或修改， 最終結(jié)果在其他視口中 也將同時(shí)顯示，而且可以在不同窗口中制圖和分析模型，極大地減少操作命令， 可以有效地提高建模效率。4.6運(yùn)用實(shí)體的面、邊、體編輯命令樓房的內(nèi)部處理，包括門窗的繪制都相當(dāng)復(fù)雜，這句需要對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)男?改處理，通過運(yùn)用布爾運(yùn)算合并或相加減實(shí)體， 就能獲得實(shí)體的物理信息。二維 繪圖編輯中的移動(dòng)、打散、

19、倒角操作命令同樣可應(yīng)用于三維建模中， 除此之外三 維中還可以編輯實(shí)體的面、邊、體等，例如可以拉伸、移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、傾斜實(shí)體表 面等，我們可以利用這些功能對(duì)模型進(jìn)行處理和修改，以達(dá)到我們預(yù)期想要設(shè)計(jì)的目的。靈活運(yùn)用物理模型的編輯功能，將大大提高效率。進(jìn)行實(shí)體的編輯，首 先要熟悉實(shí)體編輯命令條各圖形符號(hào)所代表的功能，如圖10，實(shí)體編輯_xj4.6.1實(shí)體的面編輯CAM用程序中擁有功能強(qiáng)大的圖形編輯命令，可對(duì)空間模型的面和體等進(jìn) 行修改和處理，可以對(duì)模型的面進(jìn)行移動(dòng)，旋轉(zhuǎn)和傾斜，幾個(gè)面可以同時(shí)移動(dòng)； 面的旋轉(zhuǎn)是繞指定的旋轉(zhuǎn)軸來旋轉(zhuǎn)面或?qū)嶓w的指定部分；按指定角度可以將實(shí)體 的面進(jìn)行任意傾斜，基點(diǎn)和下一個(gè)點(diǎn)

20、的順序不同，傾斜角度的方向就會(huì)不同，面 的編輯模式如圖11所示，原圖形移動(dòng)面旋轉(zhuǎn)面傾斜面圖11實(shí)體面的編輯4.6.2實(shí)體的體編輯實(shí)體移動(dòng)編輯：我們將拉伸好的上下兩層進(jìn)行移動(dòng)，目的是將第二層移動(dòng)到 第一層之上，因?yàn)槲覀兪窃谕蛔鴺?biāo)下進(jìn)行拉伸的， 所以在疊加的時(shí)候只需選中 第二層按M鍵，并在底部選一基點(diǎn)，然后移動(dòng)到第一層相應(yīng)位置的頂部， 在這里我們?yōu)榱撕锰幚恚仍诘诙拥撞慨?100mm勺樓板，過程如圖12所示,圖12實(shí)體三維移動(dòng)疊加完之后，三維二層別墅就成型了，其效果如圖13圖13樓層疊加下一步我們就得對(duì)細(xì)節(jié)問題進(jìn)行具體處理了，比如說屋面的構(gòu)建，門窗，各種樓梯的制作等，比較復(fù)雜的就是旋轉(zhuǎn)樓梯的制

21、作， 在這里簡(jiǎn)單講述一下，先在 平面上畫兩個(gè)同心圓R400 R1700再分別將兩圓向外、向內(nèi)偏移 50mm作為扶 手中線，再以同樣的圓心，半徑分別為R450 （欄桿內(nèi)扶手的中線）、R1650 （欄桿外扶手中線）作螺旋線，圈數(shù)為一圈，高度取 3000,再以直徑為80mm勺圓進(jìn) 行掃掠來獲得樓梯旋轉(zhuǎn)扶手，過內(nèi)心作條直線穿過4個(gè)圓，用這條直線陣列把圓 平分為20份，取R450-R1700這部分做臺(tái)階，用拉伸命令把 20份R450-R1700 沿z軸拉伸150作為臺(tái)階高。接下來把20份臺(tái)階一個(gè)一個(gè)對(duì)其垂直移動(dòng)，這樣 螺旋立體樓梯就創(chuàng)建好了，其效果如圖 14所示，圖14旋轉(zhuǎn)樓梯我們將設(shè)計(jì)好的旋轉(zhuǎn)樓梯，以

22、及屋頂?shù)冉Y(jié)構(gòu)再通過三維移動(dòng)，放在我們別墅 的設(shè)計(jì)位置，為了美化外觀，再將一些墻體交叉處進(jìn)行合并的布爾運(yùn)算， 也減少 我們繪圖過程中的數(shù)據(jù)冗余，這樣我們?nèi)S的房產(chǎn)數(shù)據(jù)模型就大功告成， 其效果 如圖15所示圖15三維樓房效果圖也誡IIA辱一5結(jié)語隨著CAD應(yīng)用程序的不斷研發(fā)和更新，CAM三維建模能力將變得越來越強(qiáng) 大。如果我們想使用AutoCAD建立三維模型，提高建模效率，除了采用上述種方 法和技巧外，還必須對(duì)CAE進(jìn)行開發(fā)創(chuàng)新，創(chuàng)建出新的三維建模功能。三維空間 CAD系統(tǒng)是科技創(chuàng)新和產(chǎn)品研發(fā)的有效輔助工具，是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要手段，這是 毋庸置疑的。對(duì)于提高各設(shè)計(jì)部門配合，協(xié)調(diào)，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的管理和使用

23、，具有較 大的現(xiàn)實(shí)意義。雖然，三維對(duì)象的數(shù)據(jù)模型和可視化研究才剛剛開始，但隨著建模技術(shù)越來越成熟，必將會(huì)對(duì)我們的生產(chǎn)生活帶來極大的方便，因此三維建模技術(shù)有著更加廣闊的發(fā)展前景。謝辭時(shí)光荏苒，歲月如梭，四年本科時(shí)光轉(zhuǎn)瞬即逝。還記得我們剛邁入大學(xué)校門 的時(shí)候，周圍一個(gè)個(gè)羞澀的面孔上寫滿了對(duì)未來美好時(shí)光的憧憬與向往，談笑間，四年轉(zhuǎn)眼即逝，也到了我們說再見的時(shí)候，回首過往，我們?cè)谶@里學(xué)到了知識(shí)， 收獲了友情，歷練了心志；身發(fā)受之父母，道德受之母校，學(xué)問受之師長(zhǎng)；我想 借此機(jī)會(huì)來對(duì)我的老師、同學(xué)、朋友表達(dá)深深謝意。感謝我的老師們，你們的深切教誨，是我這兩年獲得的最寶貴的知識(shí)。更要 感謝我的導(dǎo)師史云飛老師，史老師為人謙和與嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，是我一生都