AutoCAD联手3DS—复杂造型 轻松渲染

何永新、潘艳侠
1999年 第8期 38版

    在第5、6期，我们分别为读者介绍了一些建筑CAD软件，并以德赛软件为例，对建筑造型设计作了一个粗略介绍。现在，很多建筑设计师仍然喜欢使用AutoCAD和3DS来进行建筑造型及效果渲染。用AutoCAD和3DS进行3D造型及效果图处理，是把高度真实的彩色纹理通过计算机产生在3D物体上表现出来的，并由此创造出一个近于真实的效果图像。这也许就是许多设计师独钟于3DS和AutoCAD的原因。
    3DS是一个功能强大的造型处理、渲染着色及动画制作软件，它主要用于生成照片级影像并制作3D动画，在造型处理方面偏重于艺术化，但它不可能达到AutoCAD的精度，因而对建筑造型来说一般不使用3DS的2D Shaper、3D Lofter造型。AutoCAD是更为精确的造型工具，使用AutoCAD建立精确的造型，并且把造型带入3DS进行材质处理，这样一种结合是较理想的工作方式。但这一切并不是说3DS在3D造型处理方面，尤其是在3D建筑造型处理方面难以运作，只有高效地将AutoCAD与3DS结合使用，才能使各种复杂3D造型更易实现。
#1    一、AutoCAD与3DS联手策略
    ＊采用精确的测量单位及准确的定位，用AutoCAD建立3D造型，可快速构造简单几何形体。
    ＊对要进行多次布尔运算的物件，最佳的办法是在AutoCAD中用3D实体进行布尔运算。
    ＊使用AutoCAD构造3D造型，最明智的方法是按照最终要生成的物体的材料类型，对应地构造图层。3DS使用AutoCAD图层构造物件。
    ＊对难以直接在AutoCAD中建立的复杂造型，可使用AutoCAD建立复杂放样用的形状及路径，然后使用3DS的2D Shaper、3D Lofter来放样成型。
    ＊对已有的场地平面图及楼层平面图，AutoCAD作为建立造型的基地和要输入3DS中物体的存储地，并作为需要有精确细节及准确位置的其它物件的建造地。
    ＊在AutoCAD和3DS之间来回传输物体。对复杂物体而言，可使用3DS构造来当作初步设计的工具，这些工具可用歪曲、扭曲、变形及曲线化修改，然后把修改后的物体输入到AutoCAD中，进行精确的尺寸修正，使造型更具有建筑“真实”感。
    ^083801a^1是使用AutoCAD与3DS联合建立3D造型后，用3DS进行材质处理、渲染着色后的效果图。
#1    二、在AutoCAD中构造3D造型
    设定伸展对象所用的高度和厚度或通过改变对象的高度和厚度创建3D表面造型。
    所谓厚度可以看作是一个平面图形（X，Y平面图）沿Z轴向上延伸的厚度或向下延伸的厚度。高度是指在Z轴上的高低基准面。
    设置高度和厚度的命令有Elev命令（其中:Elevation指高度，Thickness指厚度）。
    改变对象的高度和厚度的命令有Change或Chprop等。可伸展的对象有线段、封闭的多义线、多边形、圆、Spline线等。
    3D多边形网格
    3D多边形网格可以看作是一个具有表面覆盖层的对象，它可以扭转或弯曲成一定的形状，这些形状一般不能用其它对象来描述。构造网格的命令如下：（可以在AutoCAD参考手册中了解下列所有命令）
    3Dmesh（三维网格面）    Tabsurf（板状曲面）
    Pface（多重面）         Revsurf（旋转曲面）
    Rvlesurf（直纹曲面）    Edgesurf（边界曲面）
    3D对象
    AutoCAD中包含了一些基本对象形状（表面造型）供用户在造型中方便使用，用户也可以根据自己的需求增加对象。绘制基本对象的命令如下（可以在AutoCAD参考手册中了解下列所有命令）：
    AI_box（立方面）       AI_pyramid（角锥面）
    AI_wedge（楔形面）     AI_dome（上球面）
    AI_sphere（圆球面）    AI_cone（圆锥面）
    AI_torus（圆环面）     AI_dish（下球面）
    AI_mesh（网格面）
    除上列命令直接绘制基本对象外，AutoCAD还为用户提供了一个绘制3D对象的对话框，可通过在菜单条中选择Draw→Surface→3D Surface获得。
    3D实体基元
    实体基元用来从构造块中创建实体模型，许多实体模型能够从这些基本形状中构造出来。构造实体基元的命令如下（可以在AutoCAD参考手册中了解下列所有命令）：
    Box（立方体）         Cone（圆锥体）
    Cylinder（圆柱体）    Sphere（球体）
    Torus（环状体）       Wedge（楔体）
    EXTRUDE工具
    EXTRUDE工具用来将平面对象拉伸为实体或将二维侧面图，沿着用户指定的路径构造成三维形体。
    拉伸的对象有：封闭的多义线、多边形、圆、椭圆、封闭的Spline线、填充圆和面域等对象。
    可以作路径的对象有：线、圆、弧、椭圆、多义线和Spline线等。
    使用EXTRUDE沿某一路径构造三维形体必须明确以下几点：
    a.使用的AutoCAD版本必须是R13或R14版。
    b.要拉伸的多义线至少要有3个顶点，但不超过500个顶点。
    c.路径和侧面图不能在同一个平面上。
    e.被拉伸的轮廓必须是封闭的多义线、圆、面域等。
    d.路径必须是二维区域中的多义线、Spline线。
    e.如果要使轮廓线相对于路径保持原有位置，轮廓线必须与路径的端点重合。
    REVOLVE工具
    REVOLVE工具是通过多义线绕轴旋转来构造实体。
    可旋转成实体的对象有:封闭的多义线、多边形、环形、圆、椭圆、面域、封闭Spline线等。
    使用REVOLVE绕轴旋转来构造实体必须注意以下几点:
    a.被旋转的多义线至少有3个顶点，但不超过500个顶点。
    b.用户只能一次旋转一个对象。
    c.含有块（Block）的对象和多义线有相交或交叉的情况都无法产生旋转实心体。
    d.非零宽的多义线旋转时，会忽略多义线的宽度。
    在AutoCAD中除掌握以上构造实际3D物体的命令及工具外，还需掌握下列AutoCAD命令：
    ①从各种视图，如平面图、正视图、等比投影图及透视图中设置多个观察3D造型的视点。
    ②使用Ddvpoint命令创建等比投影及轴侧投影图。
    ③使用Dview命令创建透视相机视图。
    ④理解UCS（用户坐标系统）命令，以及如何使用它，从而为物体的创建设置一“工作平面”。
#1    三、用3DS构造3D造型
    在3DS中，有三个工作模块可建立3D造型。
    a.2D Shaper（2D成型器）。在该模块中，可制作、编辑2D平面图形，用于成型及放样为3D物体。AutoCAD文件中的2D封闭多义线及2D直线或弧线也可以送入2D Shaper中作为形状及路径用于3D物体放样。
    b.3D Lofter（3D放样器）。在该模块中可以把在2D Shaper中建立的形状沿指定的路径放样成型为3D物体。可以用所提供的许多控制功能制作复杂形状，并送入3D Editor中。
    c.3D Editor（3D编辑器）。在该模块中可制作基本三维立体模型，并可编辑生成复杂立体模型。该模块也是3DS唯一用来接受AutoCAD 3D造型的地方。
#1    四、从AutoCAD中输出文件到3DS
    在AutoCAD R13以前的版本中，使用DXFOUT命令把AutoCAD 3D造型存储为DXF格式文件后方可输入3DS。AutoCAD的R13和R14版本中新提供了3DSOUT命令，它可生成能直接被3DS调用的3DS格式文件。
#1    五、从3DS中输出文件到AutoCAD
    3DS提供以DXF格式保存文件的功能，从而可以把文件输出给AutoCAD。但AutoCAD的R13和R14版可直接调用3DS以3DS格式保存的文件，使用更加方便。
#1    六、复杂造型，轻松渲染
    ^083801b^2是使用AutoCAD与3DS联合建立3D造型后，用3DS进行材质处理、渲染着色后的效果图方案。该方案右侧是一螺旋上升的造型，该造型在AutoCAD中难以构造。我们就该造型的构造过程，讲述如何使用AutoCAD构造复杂造型，及3DS如何渲染该造型。
    1.在AutoCAD中建立精确的形状及路径
    a.首先进入AutoCAD，用Limits命令重新定义图形界限为23000×17000，然后ZOOM→ALL。
    b.选择Draw→Polyline命令绘制螺旋体两端的轮廓线及环形路径如图2，在此须注意的是轮廓线的左下角必须是绝对坐标的（0，0）点，且两轮廓线的绘制方向及节点数都必须相同（这一点很重要）。
    c.使用Dxfout命令将图形存为DXF格式并将其命名为ARCH.DXF。
    d.退出AutoCAD。
    2.在3DS中放样螺旋体
    a.进入3DS，按F1键转向2D Shaper模块，选择Files→Load调入ARCH.DXF文件，在随后出现的对话框中均取默认值，然后单击OK。路径及两轮廓线均应出现在绘图区内。
    b.选择Shapes→Assign并选择路径，路径线变黄。按F2键转向3D Lofter，选择Path→Get→Shaper，在提示信息出现时，点击OK，于是直线路径被新的环形路径取代。
    c.按F1键返回2D Shaper，选择Shapes→Assign并选择路径，撤去路径指派，然后再拾取较矮的轮廓线，轮廓线变黄。按F2键转向3D Lofter，选择Shapes→Get→Shaper轮廓线出现在路径的一端，此时应该可以看见轮廓线的左下角点[坐标（0，0）点]和路径的端点是重合的。
    d.选择Shapes→Pick并拾取路径的另一个端点，然后按C项所述步骤将另一个较高的轮廓线指派到该端点。
    e.选择Objects→Make，在随后出现的对话框中将Tween及Contour均设为ON，并单击Create。
    f.按F3键转到3D Editor模块，可看到一螺旋体已生成了。
    设置好灯光、摄像机及背景、地面后选择Renderer→Render View，渲染着色该螺旋体（^083801c^3）。
    g.选择Files→Save以物件方式把文件保存为DXF文件格式，文件名仍为ARCH.DXF。
    h.退出3DS。
    3.以AutoCAD为建造地完成建筑造型
    a.进入AutoCAD，使用DXFIN命令调入ARCH.DXF文件，在绘图区出现螺旋体的TOP视图。可用Vpoint命令观看其它方向的轴测视图。
    b.螺旋体构造完成后，即可用前面所讲的AutoCAD 3D造型命令较简单地完成如图1所示建筑方案其它部分的造型工作了（^083801d^4）。


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