帐篷拱形设计与曲面命令

任务描述

利用曲面命令完成拱帐篷的创建如图3-4-1所示。

图3-4-1　帐篷曲面图

任务实施

一、新建进入实体建模模块

步骤1　选择“新建”→选择“零件”模块→输入公用名称“3-4-1”→将“使用缺省模板”的勾去掉→单击“确定”，如图3-4-2所示。进入实体建模模块。

图3-4-2　“新建”对话框

步骤2　选择公制尺寸选项，单击“确定”，进入实体建模模块，如图3-4-3所示。

图3-4-3　公制选项

二、创建底部100×60×20长方体

步骤1　选取工具栏中的“拉伸”命令，如图3-4-4所示，在图中空白处按住鼠标右键，直至弹出对话框，左键选择“定义内部草绘”，如图3-4-5所示。

图3-4-4　拉伸命令

图3-4-5　定义内部草绘

步骤2　在弹出的草绘设置对话框中，选择“TOP”面为草绘平面→单击“草绘”，如图3-4-6所示。

图3-4-6　选择草绘平面

步骤3　进入草绘界面后，绘制100×60长方形，如图3-4-7所示，完成后打“√”退出草绘。

图3-4-7　绘制二维截面

步骤4　退出草绘界面，回到拉伸界面，输入拉伸深度为“20”，完成后打“√”，如图3-4-8所示。最终完成100×60×20长方形如图3-4-9所示。

图3-4-8　定义拉伸深度

图3-4-9　完成效果

三、创建顶部帐篷形状

步骤1　选取工具栏中的“拉伸”选项，如图3-4-10所示，进入拉伸界面后，选择“曲面”选项，在图中空白处按住鼠标右键，直至弹出对话框，左键选择“定义内部草绘”，如图3-4-11所示。

图3-4-10　拉伸命令

图3-4-11　拉伸选项

步骤2　在弹出的草绘设置对话框中，选择“RIGHT”面为草绘平面→单击“草绘”，如图3-4-12所示。

步骤3　进入草绘界面后，绘制截面图，如图3-4-13所示，完成后打“√”退出草绘。

步骤4　退出草绘界面后，在拉伸界面选择“双侧拉伸”，输入拉伸深度为“100”（此深度只要大于50即可），如图3-4-14所示。

创建另一个方向的顶棚，方法与上面相同，在草绘平面选择“FRONT”面，拉伸深度同样为“100”（大于50即可），完成后如图3-4-15所示。

图3-4-12　选择草绘平面

图3-4-13　草绘二维截面

图3-4-14　定义拉伸深度

图3-4-15　完成拉伸效果

步骤5　完成两个曲面的创建后，进行曲面合并。选择第一个曲面→移开鼠标→再次选择该曲面（此时该曲面呈现粉红色）→按住键盘上的“Ctrl”键选择第二个曲面，此时两个曲面都呈粉红色。单击工具栏“合并”工具，如图3-4-16所示。

图3-4-16　曲面合并

步骤6　进入曲面合并界面后，观察曲面保留侧是否正确，如果正确则打“√”，如图3-4-17所示。

注意：曲面的合并命令带有修剪功能，可以实现合并后将不要的部分减掉。本帐篷的造型曲面应该是保留曲面的内侧，如图3-4-17所示，图中，箭头指向是要保留的部分，此时该部分曲面呈网格状。

图3-4-17　选择合并方向

加油站：

以帐篷顶部曲面为例分析曲面合并的修剪问题。

如图3-4-18所示，箭头所指的两个图标分别是第一曲面保留侧选择按钮、第二曲面保留侧选择按钮。单击按钮可以选择曲面相交部分的不同侧，保留的部分在图中以网格的形状显示出来。在图3-4-18中，箭头所示第一曲面选择要保留的侧为相交部分，第二曲面选择要保留的侧为不相交的部分，完成后效果图如图3-4-19所示。

图3-4-18　合并方向选择类型

图3-4-19　完成效果

步骤7　合并完成后，选择帐篷顶（整个呈粉红色），单击菜单栏中的“编辑”→“实体化”，如图3-4-20所示。

图3-4-20　实体化命令

步骤8　进入“实体化”界面后，选择第一个选项，把曲面包围的空间变成实体，如图3-4-21所示。

图3-4-21　生成实体方向

注意：“用实体材料填充由曲面组界定的体积块”的意思是说，用实体材料去填充一个封闭的曲面组，此封闭曲面组可以是曲面组与实体的表面构成封闭，图3-4-21就是这种情况，帐篷的顶部与长方体的上表面形成了一个封闭的曲面后，故可用实体化将其进行材料填充。另一种情况是曲面自身构成一个封闭的曲面组，也可以用此方法进行实体化，填充材料。

步骤9　确定完成打“√”，最终完成效果如图3-4-22所示。

图3-4-22　完成效果

加油站：

曲面实体化的情况说明如下所述。

1.实体化去除材料

下面以一个简单的例子来说明这点。

步骤1　以“TOP”面为草绘平面，草绘截面为100×50的长方形，拉伸深度为“30”，构建一个100×50×30的长方体，如图3-4-23所示。

步骤2　以“FRONT”面为草绘平面，草绘截面为R15的半圆，圆心位于长方体最顶部，如图3-4-24所示，作360°旋转，完成后如图3-4-25所示。

步骤3　进行实体化：选择刚刚完成的球面→单击菜单栏中的“编辑”→“实体化”→旋转去除材料，如图3-4-26所示，实体图中箭头所指方向为要去除材料的方向，单击箭头可以改变方向，图中方向表示要删除球内部的材料。完成效果如图3-4-27所示。

图3-4-23　长方体

图3-4-24　旋转截面

图3-4-25　完成旋转的曲面

图3-4-26　实体化去除材料

图3-4-27　完成效果

注意：采用实体化去除材料，其曲面组有下述两种情况才能符合要求。

①要删除材料的曲面组可以不封闭，但是要超出实体的边界，如图3-4-28所示为长方体实体，给图3-4-29作一个截面，此截面超出实体边界，给图3-4-30作实体化去除材料，删除面组上面的材料，最终效果图如3-4-31所示。

图3-4-28　长方体

图3-4-29　去除材料的曲面

图3-4-30　实体化去除材料

图3-4-31　完成效果

②如果不超出实体边界的曲面组，但又要作实体化去除材料，那么其面组自身就要封闭，在图3-4-30中，如果整个球面是嵌在长方体内的，也可以实现去除材料。

另外，实体化去除材料的侧有两个方向，单击黄色箭头可以变换方向，以达到用户需要的效果。

任务拓展

通过曲面来构建实体的一般思路是构建空间曲线→构建曲面→通过曲面编辑，最终做成实体。在构建空间曲线时，有时需要借助基准点来辅助设计，或者借助基准平面来帮助。曲面的编辑其实也是曲面的创建，方法有很多，前面的例子主要讲述了曲面的合并及实体化，下面再给大家介绍几种常用的曲面编辑的方法。

1.曲面复制

将实体的表面或者曲面复制出来，作为新的曲面的方法。

步骤　任意作一拉伸曲面，如图3-4-32所示。选择该曲面（粗红色），在工具栏中单击“复制”→“粘贴”，选择预览后会看到红色的曲面为网格状，完成后如图3-4-33所示。

图3-4-32　拉伸曲面

2.曲面偏移

曲面偏移是将曲面偏移出去而构建新曲面的一种方法，其有4种情况，分别是标准偏移、拔模偏移、不带拔模偏移及曲面替代偏移。

1）标准偏移

步骤1　拉伸曲面：以“FRONT”为草绘平面，截面为一个半径为“40”、弧度为“60”的圆弧，如图3-4-34所示，拉伸深度为“30”，完成后如图3-4-35所示。

图3-4-33　复制曲面

图3-4-34　草绘截面

图3-4-35　完成曲面

步骤2　选择该曲面，在菜单栏中选择“编辑”→“偏移”，如图3-4-36所示。

图3-4-36　曲面偏移

步骤3　进入偏移界面后，选择第一种偏移方式（标准偏移），输入偏移距离“4”，如图3-4-37所示，确定则打“√”，完成效果如图3-3-38所示。

图3-4-37　标准偏移

图3-4-38　完成效果

2）拔模偏移

现以作“标准拔模”创建的曲面为例来说明拔模偏移的操作方法。

步骤1　重复步骤1、步骤2，进入偏移界面后，选择第二种“具有拔模特征”的偏移方式，如图3-4-39所示。在图中空白处按住鼠标右键，在弹出的对话框中选择“定义内部草绘”，如图3-4-40所示。

图3-4-39　拔模偏移

图3-4-40　定义内部草绘

步骤2　在弹出的草绘设置对话框中，选择“TOP”面为草绘平面，其余默认，单击“草绘”，如图3-4-41所示。进入草绘界面后，在其中心绘制R15的圆，如图3-4-42所示。

图3-4-41　选择草绘平面

图3-4-42　绘制二维截面

步骤3　完成草绘后回到偏移界面，转到“FRONT”面，输入偏移距离“3”，拔模角度为“45”，如图3-4-43所示。完成后打“√”，如图3-4-44所示。

图3-4-43　拔模偏移选项

图3-4-44　完成效果

图3-4-45　反向偏移

注意：偏移的距离可以接受负值，也就是说方向可以往下偏移，图3-4-43中偏移距离输入“-3”，然后回车，或者单击偏移距离后面的“反方向”按钮，可以看到曲面是往下偏移的，如图3-4-45所示，但拔模角度不接受负值。

3）不带拔模偏移

以完成的“具有拔模特征”的曲面为例，说明不带拔模偏移的操作方法。

步骤1　对已完成的“具有拔模特征”的曲面进行重新定义，如图3-4-46所示。进入偏移界面后，选择第三种偏移方式，如图3-4-47所示。

图3-4-46　编辑定义偏距特征

图3-4-47　不带拔模斜度偏移

步骤2　完成后打“√”，如图3-4-48所示。同样，不带拔模特征的偏移方向也有两种，单击偏移距离后面的方向按钮，则往下偏移，如图3-4-49所示。

图3-4-48　完成效果

图3-4-49　反向偏移

注意：这种偏移方式与具有拔模特征的偏移方式很相似，可以统称为局部拔模，只是一种带有拔模特征，一种没有拔模效果。

4）曲面替代偏移

现以作标准偏移前创建的曲面为例，说明曲面替代偏移的操作方法及应用。

步骤1　重复标准偏移的步骤1，完成创建曲面。以“FRONT”面为草绘平面，作出“拉伸”特征，拉伸截面为30×10的长方形，如图3-4-50所示，拉伸深度为15，双侧拉伸。完成效果如图3-4-51所示。

图3-4-50　草绘二维截面

图3-4-51　完成效果

步骤2　选择实体的上表面（粉红色）→选择菜单栏中的“编辑”→“偏移”，如图3-4-52所示。

图3-4-52　偏移命令

步骤3　进入偏移界面后，选择第四种偏移方式（曲面替代），选择要替代的曲面，如图3-4-53所示。确定后打“√”，最终完成效果如图3-4-54所示。

图3-4-53　选择替代曲面

图3-4-54　完成效果

3.曲面修剪

曲面修剪是将已知曲面的某一部分修剪后去掉，为曲面编辑的一种方式。修剪曲面的方法有很多，可以用拉伸、旋转、扫描、混合等传统的创建曲面的方式来实现曲面的修剪，也可以用曲线、曲面、基准平面等其他工具来进行修剪。下面将进行说明。

1）拉伸方式修剪曲面

步骤1　按前面所述曲面标准偏移的操作步骤1的方法创建曲面，如图3-4-55所示。

图3-4-55　拉伸曲面

步骤2　以“TOP”面为草绘平面，作拉伸曲面，截面为一R15的圆，如图3-4-56所示。完成后打“√”，退出草绘界面，回到拉伸界面，如图3-4-57所示。

图3-4-56　草绘界面

图3-4-57　拉伸曲面修剪对话框

步骤3　在拉伸界面选择“去除材料”，选择要修剪的曲面，修剪方向向内，拉伸深度为“穿透”，如图3-4-57所示，完成后打“√”，退出拉伸，效果图如图3-4-58所示。

图3-4-58　修剪效果

注意：采用拉伸命令修剪曲面时，要注意选择被修剪的曲面及要修剪的曲面侧。其方法与实体拉伸的“去材料”是很相像的。可采用“旋转”“混合”“扫描”等其他命令来进行曲面修剪的方法与“拉伸”的方法是一样的，这里就不再重复叙述了。

2）采用曲线来修剪曲面

步骤1　按前面曲面标准偏移的操作步骤1的方法创建曲面，如图3-4-59所示。在此曲面上创建一条曲面，采用偏移的方式创建曲线，一边的偏移距离为“5”，另一边的偏移距离为“10”，如图3-4-60所示，最终完成效果如图3-4-61所示。

图3-4-59　拉伸曲面

步骤2　选择要修剪的曲面，单击工具栏中的“修剪”，如图3-4-62所示。

图3-4-60　创建偏距曲线

图3-4-61　偏距曲线效果

图3-4-62　修剪命令

步骤3　进入修剪界面后，选择修剪工具为刚刚创建的曲线选择要保留的曲面侧，如图3-4-63所示。确定后打“√”，退出修剪界面，完成效果如图3-4-64所示。

注意：曲面的保留侧有3种选择，分别是正向、反向和双侧，其意思是保留这一侧或者保留另一侧或者修剪后双侧都保留。单击图3-4-63中的“调整保留侧的工具”图标可以选择不同的保留侧。

3）采用基准平面来修剪曲面

步骤1　按前面曲面标准偏移的操作步骤1的方法创建曲面，如图3-4-65所示。选择该曲面，单击工具栏中的“修剪”，如图3-4-66所示。

图3-4-63　修剪选项

图3-4-64　完成效果

图3-4-65　拉伸曲面

图3-4-66　修剪命令

步骤2　进入修剪界面后，选择修剪工具为“RIGHT”，选择要保留的曲面侧，如图3-4-67所示。确定后打“√”，退出修剪界面，完成效果如图3-4-68所示。

图3-4-67　修剪选项

图3-4-68　完成效果

4）采用“侧面投影”来修剪曲面

“侧面投影”的修剪方法是利用投影的原理来对曲面进行修剪的，如图3-4-67所示，选用“RIGHT”为投影基准，则将曲面投影到“RIGHT”面上，有投影的面则保留下来，投影不到或者投影成一直线的侧修剪掉。

步骤1　作一拉伸曲面，草绘平面为“FRONT”面，拉伸截面如图3-4-69所示。拉伸深度为“100”，完成后如图3-4-70所示。

图3-4-69　草绘二维截面

图3-4-70　拉伸曲面

步骤2　选择要修剪的曲面，单击工具栏中的“修剪”，如图3-4-71所示。

图3-4-71　修剪命令

步骤3　进入修剪界面后，选择基准平面为“RIGHT”，选择“侧面投影修剪曲面”工具，如图3-4-72所示。确定后打“√”，退出修剪界面，完成效果如图3-4-73所示。

图3-4-72　修剪选项

图3-4-73　修剪效果

4.曲面延伸

曲面延伸是将已知曲面的某一边界往外延伸，新生成一部曲面的方法，其也是曲面编辑的一种方式。曲面延伸通常用于所创建的曲面面积不够大，或者曲面没有延伸到实体的边界，无法对实体进行修剪等情况。下面就曲面延伸的几种方法做详细介绍。

1）相同、相切及逼近曲面延伸

首先以“相同”曲面延伸为例来说明延伸的操作方法。相同曲面延伸，顾名思义，即是延伸出来的曲面与之前的曲面是一样的，下面以一个例子来说明其操作方法。

步骤1　做一扫描曲面，扫描轨迹线为R30的圆弧，弧度为50°，如图3-4-74所示。截面线放在“FRONT”面，扫描的截面为一个R5的半圆，如图3-4-75所示，完成效果如图3-4-76所示。

图3-4-74　扫描轨迹

图3-4-75　扫描截面

图3-4-76　完成效果

步骤2　选择要作延伸的边，单击菜单栏中的“编辑”→“延伸”，如图3-4-77所示。

步骤3　进入延伸界面后，选择菜单栏中的“选项”→“方式”→“相同”，输入延伸距离“10”，如图3-4-78所示。

图3-4-77　延伸命令

图3-4-78　相同延伸

注意：相同延伸做出来的曲面与原曲面是一样的。在“选项”下，除了“相同”外，还有两种延伸方式，分别是“相切”和“逼近”。相切延伸出来的曲面是直的，其与原曲面的关系为相切，如图3-4-79所示，注意观察“相同”与“相切”的延伸效果。而逼近则是采用接近的方式去构建曲面的，大部分做出来的效果与相切类似，如图3-4-80所示。另外需要注意的是，在用“相同”方式延伸曲面时，延伸的长度不能太大，否则将无法延伸曲面。而“相切”和“逼近”则没有这样的要求。如图3-4-78所示的例子，如果延伸长度输入“13”，则无法做“相同”曲面延伸了。

图3-4-79　相切延伸

图3-4-80　逼近延伸

2）曲面延伸至基准平面

同样以刚才的例子来说明，如图3-4-81所示，选择“延伸至基准平面”选项，选择“TOP”面为参考平面，如图3-4-81所示。

图3-4-81　延伸至基准平面

这种延伸曲面的方法，是直接将要延伸的边做一垂直于基准平面的曲面，简单明了，掌握起来也比较容易。

3）延伸方式及长度的探究

下面以一个填充曲面为例子，说明曲面延伸方式及延伸长度的问题。

步骤1　在“TOP”面做一填充曲面，截面如图3-4-82所示，完成后效果如图3-4-83所示。

图3-4-82　二维截面

图3-4-83　填充效果

步骤2　选择TOP视图，选择最上面的边作为要延伸的边，单击菜单栏中的“编辑”→“延伸”，如图3-4-84所示。

图3-4-84　延伸命令

步骤3　进入延伸界面后，输入延伸距离“10”，选择菜单栏中的“选项”→“方式”→“相同”，在“拉伸第一侧”中选择“垂直于”，在“拉伸第二侧”中选择“沿着”，如图3-4-85所示。

图3-4-85　延伸方式选择

注意：“垂直于”表示该侧延伸是垂直于要延伸的边进行延伸的，也就是此侧垂直于红色的边来延伸。

“沿着”表示该侧延伸是沿着曲面的边来进行延伸的，也就是此侧沿着斜边来延伸。

步骤4　单击“量度”，再在空白处单击鼠标右键，选择“添加”，在位置处输入“1”，如图3-4-86所示。

图3-4-86　延伸距离输入

步骤5　在“量度”的选项下选择“距离类型”，并在此中选择“沿边”及“垂直于边”，完成效果如图3-4-87所示。

注意：如图3-4-85所示，延伸方式下拉伸侧有“沿着”及“垂直于”两个选项，图3-4-87所示的量度距离类型也有“沿边”及“垂直于边”两个选项。这两处的选项都很相像，但要注意区分，“拉伸侧”里指的是延伸的生长方向，而“量度”下的则是指距离的计算方式。这两个选项可以不同搭配，学习者可以自行练习，选择不同的选项，观察曲面生长的效果及测量的距离。

图3-4-87　完成效果

5.曲面镜像

曲面镜像是指将已知曲面通过基准平面，镜像到另外一边，从而生成新的曲面的一种方法，它是属于曲面编辑的一种方式。曲面的镜像方法与实体的镜像相类似。

步骤1　做一拉伸曲面，拉伸截面为直径30的圆，距离“RIGHT”为“50”，拉伸深度为“50”，截面线放在TOP面，如图3-4-88所示。

图3-4-88　拉伸曲面

图3-4-89　镜像命令

步骤2　选择要镜像的曲面，单击工具栏中的“镜像”，如图3-4-89所示，确定完成后如图3-4-90所示。注意不要勾选选项处的“隐藏原始几何”选项。

图3-4-90　镜像选项

6.曲面的移动——平移或旋转

曲面移动是指将已知曲面移动到另一个地方，从而生成新的曲面的一种方法。其有平移及旋转两种方式，也隶属于曲面编辑的一种方式。曲面的移动与实体的移动也是很相似的，只不过曲面的移动多一个隐藏原始几何的选项，初学者要注意。

1）曲面的平移

下面以一个例子来说明曲面平移的问题。

步骤1　做一拉伸圆饼，拉伸截面为直径为“50”的圆，拉伸深度为“10”，拉伸截面线放在TOP面，如图3-4-91所示。

图3-4-91　拉伸圆饼

图3-4-92　拉伸曲面

步骤2　在圆饼的上面最左端创建一个直径为“10”，高也为“10”的曲面，完成后如图3-4-92所示。

步骤3　选择要移动的曲面，单击工具栏中的“复制”→“选择性粘贴”，如图3-4-93所示。在弹出移动的选项栏中，选择“平移”，选择“RIGHT”为平移方向（也就是该平面的法线方向），输入平移距离“50”。去掉“隐藏原始几何”前面的钩，如图3-4-94所示。确定后打“√”，完成效果如图3-4-95所示。

图3-4-93　复制、选择性粘贴

图3-4-94　平移粘贴选项

图3-4-95　完成效果

2）曲面的旋转

以上面平移的例子说明曲面旋转的问题。

步骤1　删除刚刚完成的平移曲面，选择要移动的曲面，单击工具栏中的“复制”→“选择性粘贴”，如图3-4-96所示。

步骤2　在弹出移动的选项栏中选择“旋转”，选择圆饼的中心线A-1为旋转中心，输入旋转角度“60”。去掉“隐藏原始几何”前面的勾，如图3-4-97所示。确定后打“√”，完成效果如图3-4-98所示。

图3-4-96　复制、选择性粘贴

图3-4-97　旋转粘贴选项

图3-4-98　完成效果

7.曲面加厚

曲面加厚是利用曲面做成实体的一种方法，以赋予曲面一定的厚度，则得到想要的实体。值得注意的是，厚度生成的方向有3个，分别是向外、向里及两侧同时生成。下面以刚刚完成的旋转曲面为例，说明曲面加厚的方法。

步骤1　选择要加厚的曲面，单击菜单栏中的“编辑”→“加厚”，如图3-4-99所示。

图3-4-99　加厚命令

步骤2　在弹出的选项框中，输入加厚距离为“1”，单击生长方向，可以选择不同的加厚方向，分别为向外、向里及两侧生长，如图3-4-100所示。

图3-4-100　加厚对话框

拓展练习

1.运用曲面创建及编辑命令完成图3-4-101所示曲面造型，并将其制作为0.5厚的实体。

2.综合运用前面所学，构建如图3-4-102所示造型。

图3-4-101　练习1图

图3-4-102　练习2图

3.综合运用前面所学，构建如图3-4-103所示造型。

图3-4-103　练习3图

4.综合运用前面所学，构建如图3-4-104所示造型。

图3-4-104　练习4图

5.综合运用前面所学，构建如图3-4-105所示造型。

图3-4-105　练习5图

6.综合运用前面所学，完成如图3-4-106及图3-4-107所示造型。

图3-4-106　练习6图

图3-4-107　练习6图