1、第八章第八章三维建模基础及应用三维建模基础及应用本章要点：本章要点：道路工程三维建模的基本内容与功能道路工程三维建模的基本内容与功能三维建模的创建方法三维建模的创建方法道路三维建模方法道路三维建模方法桥梁三维建模方法桥梁三维建模方法8.1 道路工程三维建模的基本内容与功能道路工程三维建模的基本内容与功能道路工程项目:路基路基、桥梁桥梁、隧道隧道、涵洞涵洞、通道通道、立交立交、平交平交、交通安全设施交通安全设施（标志标志、标线标线、护栏护栏等）以及其他附属设施其他附属设施等多项工程实体。制作真实感真实感的效果图效果图和三维动画模型三维动画模型，工程建成之前对设计方案设计方案进行可视化分析可视化分
2、析和评价评价。如检验路线平、纵、横平、纵、横三方面的组合是否得当，与周围环境环境、景观景观的配合是否协调是否协调，标志、标线标志、标线的设置是否合是否合理理，绿化绿化的效果是否满意效果是否满意等。8.1.1 道路工程三维建模的基本内容道路工程三维建模的基本内容根据道路工程各类构造物的特点，可以分为道路建道路建模、桥涵建模、隧道建模、交通安全设施建模、模、桥涵建模、隧道建模、交通安全设施建模、交叉设施建模交叉设施建模等模块。各模块的具体内容如下：道路建模：道路建模：包括路基、路面、边坡、边沟及与道路相连接的地表三维模型；桥涵建模：桥涵建模：包括桥梁上部结构、下部结构、桥头锥坡、涵洞洞身和洞口三维
3、模型；隧道建模：隧道建模：包括隧道洞身、洞门三维模型；交通安全设施建模：交通安全设施建模：包括标线、标志和护栏三维模型；交叉设施：交叉设施：包括立体交叉、平面交叉三维模型。 8.1.2 道路工程三维建模的基本功能道路工程三维建模的基本功能道路工程三维建模：创建基本三维模型及用它们组合成实际的工程结构模型两个部分基本三维面是一种表面模型：三维平面、三维曲面两大类三维物体的构造模型主要有：线框模型 表面模型 实体模型1线框模型线框模型最简单，只包含三维物体的顶点、边信息，即只能反映物体的边界轮廓，不能进行消隐、渲染等。用AutoCAD可在三维空间的任何位置放置二维（平面）对象来创建线框模型。Aut
4、oCAD也提供了一些三维线框对象，如三维多段线（3DPOLY）和样条曲线（spline）。在道路工程三维建模过程中，线框模型只用于某些中间环节，如创建物体的边界轮廓、拉伸（或称放样）路径、旋转轴、对称轴等。2面模型面模型包含三维物体的顶点、边、面信息，可反映物体表面外观形状。AutoCAD的曲面模型使用多边形网格定义镶嵌面。由于网格面是平面，所以网格只能近似于曲面。常用的曲面模型有三维多边形网格（包括由3D命令创建的长方体、圆锥体、球体、圆环体、楔体和棱锥体的外表面）、自由形式多边形网格（3DMesh）、多面（多边）网格（PFaee）、直纹曲面（RULESURF）、平移曲面（TABSURF）、
5、旋转曲面（REVSURF）、边界曲面（EDGESURF）、三维面（3DFace）等。在道路工程三维建模中使用较多的是三维面（3DFace），因为它是一种三边或四边曲面，形式简单，使用方便、灵活。AutoCAD的三维平面模型主要是面域（Region）。它是以封闭边界创建的封闭区域。边界可以是一条曲线或一系列相连的曲线。组成边界的对象可以是直线、多段线、圆、圆弧、椭圆、椭圆弧、样条曲线等。这些对象或者是自行封闭的，或者与其他对象有公共端点从而形成封闭的区域，但它们必须共面，即在同一平面上。面域在道路工程三维建模中用得也较多，如创建物体的表面或截面等。3实体模型实体模型描述的是物体的面和体的特征，在
6、各类三维建模中，实体的信息最完整，歧义最少，不仅可以像表面模型那样对实体模型进行渲染处理，而且可以对实体模型进行剖切，得到其内部特征。常用的规则实体模型有长方体、圆锥体、球体、棱锥体、圆柱体、楔体、旋转体、拉伸体等，通过实体间的布尔运算（并、交、差运算）可以完成对复杂实体的建模。桥梁建模一般采用实体模型。 8.2 三维建模的创建方法三维建模的创建方法8.2.1 三维面的绘制三维面的绘制8.2.2 三维形体表面的绘制三维形体表面的绘制8.2.3 三维实体的绘制三维实体的绘制8.2.1 三维面的绘制三维面的绘制1绘制三维平面（绘制三维平面（3Dface）在命令行“命令：”提示符下，输入3Dface
7、并回车。系统将会出现如下提示。指定第一点或不可见（I）：输入第一顶点：指定第二点或不可见（I）：输入第二顶点：指定第三点或不可见（I）：输入第三顶点；指定第四点或不可见（I）：输入第四顶点，创建了第一个三维面；指定第三点或不可见（I）：输入第二个三维面的第三顶点，如果不想建立下一个三维面，按回车键，结束本次命令。2绘制三维多边形网格（绘制三维多边形网格（3DMesh）在命令行“命令：”提示符下，输入3DMesh并回车。启动该命令之后，系统将给出下面提示。 输入M方向上的网格数量：输入m方向的网格顶点数目； 输入N方向上的网格数量：输入m方向的网格顶点数目； 指定顶点（O，0）的位置：输入第一行
8、，第一列的顶点坐标； 指定顶点（0，1）的位置：输入第一行，第二列的顶点坐标； 指定顶点（0，2）的位置：输入第一行，第三列的顶点坐标； 指定顶点（1，0）的位置：输入第二行，第一列的顶点坐标； 指定顶点（1，1）的位置：输入第二行，第二列的顶点坐标： 指定顶点（1，2）的位置：输入第二行，第三列的顶点坐标； 指定顶点（2，0）的位置：输入第三行，第一列的顶点坐标； 指定顶点（2，1）的位置：输入第三行，第二列的顶点坐标； 指定顶点（2，2）的位置：输入第三行，第三列的顶点坐标；指定顶点（m-1,n-1）的位置：输入第m行，第n列的顶点坐标。当输入完所有顶点的坐标之后，若无错误，系统将自动生成
9、一组多边形网格曲面。 3绘制直纹曲面（绘制直纹曲面（Rulesurf）在命令行“命令：”提示符下，输入Rulesurt并回车。启动该命令之后，系统将给出如下提示。选择第一条定义曲线：选择第一条曲线；选择第二条定义曲线：选择第二条曲线。选择完两条曲线之后，系统检查满足要求后，便会自动在两条曲线之间生成一个直纹曲面。 例例8-1用Rulesurf命令绘制一个圆台直纹曲面单击菜单“视图”，选择“东南等轴测”，设置为东南等轴测视图，如8-1图所示；图 8-1输入“命令：SURFTAB1”，回车后，输入15（将系统变量SURFTAB1设为15）；用Circle命令绘制两个圆，如图8-3所示；输入“命令：
10、Rulesurf”，并回车；选择第一条定义曲线：（选择小圆）；选择第二条定义曲线：（选择大圆）。绘制的圆台图形见图8-4。 图 8-3 圆台的两个圆 图 8-4 圆台SURFTAB1=6 SURFTAB1=15 图8-2 不同SURFTAB1的直纹曲面 4绘制旋转曲面（绘制旋转曲面（Revsurf）在命令行“命令：”提示符下，输入Revsurf并回车。启动该命令之后，系统将给出如下提示。选择要旋转的对象：选择旋转曲线；选择定义旋转轴的对象：选择旋转轴；指定起点角度：输入旋转起始角；指定包含角（+=逆时针，-=顺时针）：输入旋转角度，逆时针为正，顺时针为负。 图8-5 旋转轴和旋转曲线例8-2用
11、Revsurf命令绘制一个旋转曲面。单击菜单“视图”，选择“东南等轴测”，设置为东南等轴测视图；设置系统变量SURFTABl=15，SURFTAB2=6；利用二维绘图方法绘制如图8-5所示的旋转轴和旋转曲线；命令：Revsurf选择要旋转的对象：（选择旋转曲线）选择定义旋转轴的对象：（选择旋转轴）指定起点角度：（回车）指定包含角（+=逆时针，-=顺时针）：360（回车）。命令执行后，绘图区就出现了如图8-6所示的旋转曲面。 图8-6 旋转曲面5绘制拉伸曲面（绘制拉伸曲面（Tabsurf）拉伸曲面是直纹曲面的一个特例，在直纹曲面中，当两条曲线具有相同的形状，而且相互平行，由此而生成的曲面就是拉伸
12、曲面，但拉伸曲面的生成方法与其不同。拉伸曲面是由一条初始轨迹线沿指定的矢量方向伸展而成的曲面。绘制拉伸曲面的命令是Tabsurf。在命令行“命令：”提示符下，输入Tabsurf并回车。启动该命令之后，系统将会出现如下提示。选择用作轮廓曲线的对象：选择欲拉伸的轨迹线；选择用作方向矢量的对象：确定轨迹线的拉伸方向。8.2.2 三维形体表面的绘制三维形体表面的绘制1绘制长方体（绘制长方体（ai_Box）表面）表面选择工具条中的长方体图标之后，AutoCAD将给出如下提示序列。指定角点给长方体：输入长方体的一个顶点坐标；指定长度给长方体:输入长方体的长度；指定长方体表面的宽度或立方体（C）:默认项提示
13、用户输入长方体的宽度值；指定高度给长方体表面：输入长方体高度指定长方体表面绕 Z 轴旋转的角度或 参照（R）:输入绕Z轴的旋转角。 2绘制棱锥体（绘制棱锥体（ai_Pyramid）表面）表面该命令既绘制三棱锥或四棱锥体表面，也可以绘制三棱台或四棱台形体表面。选择该选项后，AutoCAD出现如下命令序列。命令：ai_pyramid（回车）； 指定棱锥面底面的第一角点：输入第一角点； 指定棱锥面底面的第二角点：输入第二角点； 指定棱锥面底面的第三角点：输入第三角点； 指定棱锥面地面的第四角点或四面体（T）：输入第四角点或绘制四面体。具体含义如下。默认值为输入第四角点，绘制四棱锥体表面或四棱台体表面
14、。输入第四角点后，提示如下：指定棱锥面的顶点或棱（R）/顶面（T）：“顶点”选项，要求输入四棱锥顶点，绘制四棱锥，如图8-7（a）所示；“棱”选项，则要求用户输入两个点，两点连线作为四棱台的脊线，如图8-7（b）所示；“顶面”选项，要求用户输入四点确定一个面，形成一个四棱台，如图8-7（c）所示。“四面体”选项，绘制三棱锥或三棱台表面。选择该选项，AutoCAD将出现以下提示：指定四面体表面的顶点或顶面（T）：默认项为：“顶点”，用户输入一个顶点，绘制一个三棱台表面，如图8-7（d）所示；“顶面”选项，则要求用户输入三个点，创建一个三棱锥体表面，如图8-7（e）所示。3绘制楔形体（绘制楔形体（
15、ai_Wedge）表面）表面命令：ai_wedge（回车）AutoCAD将出现以下提示，要求用户逐步确定楔形体的尺寸； 指定长角点给楔体表面：（给定楔形体长度） 指定长度给楔体表面：（给定楔形体长度） 指定楔体的表面宽度：（给定楔形体宽度） 指定高度给楔体表面：（给定楔形体高度） 指定楔体表面绕Z轴旋转的角度：（输入楔形体绕Z轴的旋转角度）。输入参数后，楔形体便绘制出来了，如图8-8（a）所示旋转角度为90。4绘制圆顶（绘制圆顶（ai_Dome）表面）表面该选项绘制圆球的顶面，类似一个球盖。选择这一选项，AutoCAD将出现以下提示。命令:ai_dome（回车）指定中心点给上半球面：（输入圆顶
16、表面中心得坐标）指定上半球的半径或直径D：（指定圆顶的直径或半经）输入曲面的经线数目给上半球面16：（输入圆顶面在经度方向的网格数）输入曲面的纬度数目给上半球面8：（输入圆顶面在纬度方向的网格数），如图8-8（b）所示。5绘制球面（绘制球面（ai_Sphere）表面）表面命令：ai_sphere（回车）指定中心点给球面：（指定球面中心位置）指定球面半径或直径（D）：（输入球面的半径或直径）输入曲面的经度数目给上半球：（输入球面经度网格数）输入曲面的纬度数目给上半球：（输入球面纬度网格数），如图8-8（c）所示。6绘制圆锥（绘制圆锥（ai_Cone）表面）表面命令：ai_cone（回车）指定圆锥
17、面底面的中心点：（指定圆锥底面圆的中心坐标）指定圆锥底面的半径或直径（D）：（输入圆锥底面圆的直径或半径）指定圆锥面顶面的半径或直径（D）:（输入圆锥顶面上圆的直径或半径，若取默认值0，则生成圆锥表面，若不为0，则生成圆台表面）指定圆锥面的高度: （输入圆锥体高度）输入圆锥面曲面的线段数目 :（输入圆锥面在纬度方向的网格数），如图8-8（d）及图8-8（e）所示。7绘制圆环体（绘制圆环体（ai_Torus）表面）表面命令：ai_Trus（回车）指定圆环面的中心点：（指定圆环体中心点的坐标）指定圆环面的半径或直径（D）:（输入圆环体中心线的直径或半径）指定圆管的半径或直径（D）:（输入圆环体的半
18、径或直径）输入环绕圆管圆周的线段数目 ：（输入圆环在周围方向的网格数）输入环绕圆环面圆周的线段数目 ：（输入环绕管截面中心线方向的网格数），如图8-8（f）所示。8.绘制圆盘（绘制圆盘（ai_Dish）表面）表面命令：ai_Dish（回车） 指定中心点给下半面：（指定圆盘中心点坐标） 指定下半球的半径或直径（D）：（输入圆盘的直径或半径） 输入曲面的经线数目给下半球面：（输入圆盘表面经度方向的网格数） 输入曲面的纬度数目给下半球面：（输入圆盘表面纬度方向的网格数），如图8-8（g）所示。注意：在上述基本形体表面的绘制过程中，形体的控制点坐标可以在命令行输入，也可以用光标在屏幕上直接选取，当用光
19、标点取时，应注意所点取的点是否在希望的平面上。8.2.3 三维实体的绘制三维实体的绘制1用命令直接绘制三维实体用命令直接绘制三维实体在AutoCAD中用命令可以直接绘制三维实体有：长方体（Box）、圆锥体（Cone）、球体（Sdhere）、圆柱体（Cylinder）、楔形体（Wedge）、圆环（Torus）。（1）绘制长方体（）绘制长方体（Box）命令：Box回车指定第一个角点或 中心（C）：该提示中有两个选项： 默认选项“角点”，输入立方体的一个角点坐标； 选项“中心点（C）”，（输入立方体中心）指定角点或立法体（c）/长度（L）：该提示中有三个选项： 默认选项“角点”输入立方体的另一个角点
20、坐标; 选项“立方体（C）”绘制正方体； 长度（L）选项：输入正方体的长度。指定高度：（指定立方体高度），如图8-9（a）所示。（2）绘制球体（）绘制球体（Sphere）命令：Sphere（回车）指定中心点或 三点（3P）/两点（2P）/切点、切点、半径（T）：指定球体中心。默认选项“中心点”：指定球体的圆心位置；选项“三点（3P）”：通过在三维空间的任意位置指定三个点来定义球体的圆周；选项“两点（2P）”：通过在三维空间的任意位置指定两个点来定义球体的圆周；选项“切点、切点、半径（T）”：通过该选项定义与两个圆、圆弧、直线和某些三维对象相切的球体。指定球体半径或直径（D）：（输入球体的直径或
21、半径），如图8-9（b）所示。注意：用Sphere命令绘制的球体是用线框形式来表示的，线框的密度由系统变量ISOLINES控制，其值越大相框越密。（AutoCAD三维中ISOLINES的值默认为4）。（3）绘制圆柱体（）绘制圆柱体（Cylinder）命令：Cylinder（回车）指定底面的中心点或 三点(3P)/两点(2P)/切点、切点、半径(T)/椭圆(E):该提示五个选择含义如下：默认选项“中心点”，该选项用来绘制圆柱体，指定圆柱体地面中心点的位置，AutoCAD便出现下列提示：指定底面半径或 直径(D)：输入圆柱体的半径或直径；指定高度或 两点(2P)/轴端点(A)：输入圆柱的高度；选项
22、“三点(3P)”，该选项用三点确定圆柱体底面大小；选项“两点(2P)”，该选项通过两点确定圆柱体底面直径，从而确定圆柱体底面大小；选项“切点、切点、半径(T)”，定义具有指定半径，且与两个对象相切的圆柱体底面。有时会有多个底面符合指定的条件。程序将绘制具有指定半径的底面，其切点与选定点的距离最近。 选项“椭圆（E）”选项，改选项用来生成椭圆柱体，选择该选项后，AutoCAD提示：指定第一个轴的端点或 中心(C):默认选项“轴端点”，依次输入椭圆轴的两个端点及另一轴端点；选项“中心点（C）”依次输入椭圆轴的中心、一个轴的端点及另一轴的端点。指定圆柱体高度或另一个圆心（C）：输入椭圆柱的高度，如图
23、8-9（c）所示。（4）绘制圆锥体）绘制圆锥体命令：Cone（回车）指定底面的中心点或 三点(3P)/两点(2P)/切点、切点、半径(T)/椭圆(E):该提示中五个选项：默认选项“中心点”，用于绘制圆锥体，输入圆锥体底面中心点的位子，AutoCAD便会出以下提示:指定圆锥体底面的半径或直径（D）：（输入直径或半径）；指定高度或 两点(2P)/轴端点(A)/顶面半径(T)：（输入高度或直接指定圆锥顶点）；“两点(2P)”，指定圆锥体的高度为两个指定点之间的距离；“轴端点(A)”，指定圆锥体轴的端点位置。轴端点是圆锥体的顶点，或圆台的顶面圆心(“顶面半径”选项）。轴端点可以位于三维空间的任意位置。
24、轴端点定义了圆锥体的长度和方向；“顶面半径(T)”，指定创建圆锥体平截面时圆椎体的顶面半径。最初，默认顶面半径未设定任何值。执行绘图任务时，顶面半径的默认值始终是先前输入的任意实体图元的顶面半径值；选项“三点(3P)”，通过指定三个点来定义圆锥体的底面周长和底面；选项“两点(2P)”，通过指定两个点来定义圆锥体的底面直径； 选项“切点、切点、半径(T)”，定义具有指定半径，且与两个对象相切的圆锥体底面； 有时会有多个底面符合指定的条件。程序将绘制具有指定半径的底面，其切点与选定点的距离最近。 选项“椭圆（E）”，指定圆锥体的椭圆底面，如图8-9（d）所示。（5）绘制楔形体（）绘制楔形体（Wed
25、ge）命令：Wedge（回车）指定第一个角点或 中心(C):该提示中有两个选项：默认选项“第一个角点”，指定楔体的一个角点，系统继续下面提示：指定其他角点或 立方体(C)/长度(L):该提示中拥有三个选项：默认选项“指定其他角点”，指定楔体的另一个角点，然后输入楔体的高度。选项“立方体（）”，用于绘制长、宽、高相同的楔体，要求输入第二角点。选项“长度（）”输入楔体的边长，然后输入楔体的高度。选项“中心点（C）”，输入楔形体斜面上的中心点，系统继续以下提示指定对角点或立方体（C）/长度（L）:其中各参数的含义与上述类似，在此不作详述。如图8-9（e）所示。（6）绘制圆环体（）绘制圆环体（Toru
26、s）命令：Torus（回车）指定中心点或 三点(3P)/两点(2P)/切点、切点、半径(T):该提示中有四个选项：“指定中心点”，输入圆环体中心坐标；“三点(3P)”，用指定的三个点定义圆环体的圆周。三个指定点也可以定义圆周平面；“两点(2P)”，用指定的两个点定义圆环体的圆周。第一点的 Z 值定义圆周所在平面； “切点、切点、半径(T)”，使用指定半径定义可与两个对象相切的圆环体；指定半径或 直径(D)：输入圆环体半径或直径；指定圆管半径或 两点(2P)/直径(D):输入圆管半径或直径，如图8-9（f）所示。2拉伸二维实体拉伸二维实体拉伸实体的命令是Extrude命令：Extrude（回车）
27、, AutoCAD提示：选择要拉伸的对象或 模式(MO): “选择要拉伸的对象”，指定要拉伸的对象。注意：按住 Ctrl 键的同时选择面和边子对象来选择面和边子对象。 “模式(MO)”，控制拉伸对象是实体还是曲面。指定拉伸的高度或 方向(D)/路径(P)/倾斜角(T)/表达式(E)该提示中五个选项：“指定拉伸的高度”，如果输入正值，将沿对象所在坐标系的 Z 轴正方向拉伸对象。如果输入负值，将沿 Z 轴负方向拉伸对象。对象不必平行于同一平面。如果所有对象均处于同一平面上，将沿该平面的法线方向拉伸对象。默认情况下，将沿对象的法线方向拉伸平面对象。 “方向(D)”，两个指定点指定拉伸的长度和方向。（
28、方向不能与拉伸创建的扫掠曲线所在的平面平行。）“路径(P)”，指定基于选定对象的拉伸路径。路径将移动到轮廓的质心。然后沿选定路径拉伸选定对象的轮廓以创建实体或曲面。注意：注意：按住 Ctrl 键的同时选择面和边子对象来选择面和边子对象。 路径不能与对象处于同一平面，也不能具有高曲率的部分。 拉伸始于对象所在平面并保持其方向相对于路径。 如果路径包含不相切的线段，那么程序将沿每个线段拉伸对象，然后沿线段形成的角平分面斜接接头。如果路径是封闭的，对象应位于斜接面上。这允许实体的起点截面和端点截面相互匹配。如果对象不在斜接面上，将旋转对象直到其位于斜接面上。 将拉伸具有多个环的对象，以便所有环都显示
29、在拉伸实体端点截面这一相同平面上。“倾斜角(T)”，指定拉伸的倾斜角。正角度表示从基准对象逐渐变细地拉伸，而负角度则表示从基准对象逐渐变粗地拉伸。默认角度 0 表示在与二维对象所在平面垂直的方向上进行拉伸。所有选定的对象和环都将倾斜到相同的角度。 指定一个较大的倾斜角或较长的拉伸高度,将导致对象或对象的一部分在到达拉伸高度之前就已经汇聚到一点。 面域的各个环始终拉伸到相同高度。 当圆弧是锥状拉伸的一部分时，圆弧的张角保持不变而圆弧的半径则改变了。 倾斜角。指定 -90 到 +90 度之间的倾斜角。 指定两个点。指定基于两个指定点的倾斜角。倾斜角是这两个指定点之间的距离。 可以水平拖动光标以指定
30、和预览倾斜角。也可以拖动光标以调整和预览拉伸高度。动态输入原点在拉伸形状上应位于该点在该形状的投影处。 选择拉伸对象时，倾斜夹点的位置是动态输入原点在拉伸顶面上的对应点例8-3用Extrude命令拉伸二维实体来创建一个三维实体。在XOP平面上用polygon命令绘制一个闭合六边形。命令：Extrude（回车），AutoCAD提示：前线框密度: ISOLINES=4，闭合轮廓创建模式 = 实体；择要拉伸的对象或 模式(MO)：（选择闭合六边形）；选择要拉伸的对象或 模式(MO):（回车）指定拉伸的高度或 方向(D)/路径(P)/倾斜角(T)/表达式(E)：（输入“T”回车）；指定拉伸的高度或 方
31、向(D)/路径(P)/倾斜角(T)/表达式(E)：（输入“200”回车）。拉伸结束后的三维实体见图8-10图8-10 拉伸后的实体图3旋转实体旋转实体旋转实体的命令是Revolve，如果“实体”选项卡处于活动状态，REVOLVE 命令会创建实体。相反，如果“曲面”选项卡处于活动状态，则会 创 建 曲 面 （ 程 序 曲 面 或 N U R B S 曲 面 ， 具 体 取 决 于 SURFACEMODELINGMODE 系统变量的设定方式）。命令: Revolve（回车）AutoCAD将出现如下提示：选择要旋转的对象或 模式(MO)：“选择对象”，指定要绕某个轴旋转的对象；“模式(MO)”，控制
32、旋转动作是创建实体还是曲面。会将曲面延伸为 NURBS 曲面或程序曲面，具体取决于SURFACEMODELINGMODE系统变量；选择要旋转的对象或 模式(MO):（回车）；指定轴起点或根据以下选项之一定义轴 对象(O)/X/Y/Z :“轴起点”，指定旋转轴的第一个点。轴的正方向从第一点指向第二点； “轴端点”，设定旋转轴的端点；“旋转角度”，指定选定对象绕轴旋转的距离。正角度将按逆时针方向旋转对象。负角度将按顺时针方向旋转对象。还可以拖动光标以指定和预览旋转角度；图8-11 选定轴点旋转效果图“起点角度”，为从旋转对象所在平面开始的旋转指定偏移。可以拖动光标以指定和预览对象的起点角度；“反转
33、”，更改旋转方向；类似于输入-（负）角度值。右侧的旋转对象显示按照与左侧对象相同的角度旋转，但使用反转选项的样条曲线； “对象”，指定要用作轴的现有对象。轴的正方向从该对象的最近端点指向最远端点。可以将直线、线性多段线线段以及实体或曲面的线性边用作轴； “X/Y/Z”， 要求用户指定X轴或Y轴作为旋转轴；“表达式”，输入公式或方程式以指定旋转角度（本教材不做详解）。指定旋转角度:（输入旋转角度，默认值为360）图8-12 选定轴旋转效果图例8-4用Revolve命令旋转一个而为实体从而生成一个三维实体在XOP平面上绘制一个二维封闭实体，如图8-13（a）。命令: Revolve（回车）选择要旋
34、转的对象或 模式(MO):（选择二维实体）选择要旋转的对象或 模式(MO):（回车）指定轴起点或根据以下选项之一定义轴 对象(O)/X/Y/Z :（选择旋转轴的一个端点）指定旋转轴的另一个端点：（选择旋转轴的另一个端点）指定旋转角度或 起点角度(ST)/反转(R)/表达式(EX) : 360（回车）操作结束后，得到的三维实体如图8-13（b）所示。 （a）旋转之前 （b）旋转之后图8-13 旋转生成三维实体8.3 道路三维建模方法道路三维建模方法道路三维模型包括道路设计几何模型和道路周围的带状地表面模型两个部分。道路桥梁三维建模可以采用表面模型，也可以采用实体模型。采用哪种方法取决于建模的用途
35、和计算机硬件支持条件。由于道路设计表面和地表都是不规则的，因而可以采用表面模型来构造道路及其周围地形三维模型。道路的三维模型包括道路周围的带状三维地表模型和道路设计表面模型。通过野外测量、航测、地图数字化等途径可以获得设计所需的道路带状地形资料，经过数字地面模型处理软件后形成数字地面模型（DTM），根据DTM的类型（常用的有三角网式和方格网式等）采用不同的方法来建立地面三维模型。如果采用的是三角网式DTM，那么地表采用的是若干空间三角形平面来表示的，每一个三角形平面的空间位置均由三个顶点的三维坐标（x，y，z）确定，而这些数据都可以方便地从DTM中获得。在AutoCAD中绘制地表三维模型时，每
36、个三角形平面的绘制采用3dface命令来完成，见图8-14。如果采用常用的是方格网式DTM，即可以采用三角形平面，又可以采用网格曲面来拟合地表。对于前者，只需将每个网格分解为两个三角形即可，对于后者，可以直接采用AutoCAD的多边形网格曲面（3dmesh命令）来拟合，见图8-15。8.3.2 道路设计表面模型道路设计表面模型道路设计表面模型包括：中间带、行车道、路肩、边坡表面、边沟、各种交通设施（包括标志标牌、标线、防撞护栏等）、桥梁（包括梁、桥台、桥墩等）。采用表面模型来建立道路设计表面模型既可以采用三角形空间平面，也可以采用四边形空间平面。相对于地表模型而言，道路设计表面模型的规律性还是
37、较强的。一般采用四边形空间平面来建立道路设计表面三维模型。例如绘制行车道表面模型时，先根据所需的建模精细程度，确定延路线前进方向的间距，然后计算出模拟道路表面的每个四边形的四个顶点的三维坐标，再用AutoCAD的3dface命令绘制出每个空间四边形平面，见图8-16。三维坐标的计算采用路线设计软件来完成。组成道路设计表面模型的其它部分也可以采用相同的方法来完成。图8-16 空间四边形平面拟合道路设计表面8.3.3道路表面模型与底面的叠加道路建模是建筑在地面上的三维带状实体，为适应地形的起伏变化，道路在纵断面和横断面上不可避免地会出现填挖现象，与此相对应的地表面模型与道路表面模型就会出现两者相互
38、重叠的情况。在填方处，道路模型在上，地面模型在下；在挖方处，地面模型在上，道路模型在下。为了真实地表现两个模型的重叠效果，就必须对覆盖在下面的模型进行局部范围内的消除或消隐处理。对两个实体模型而言，可以采用布尔运算将两个实体并为一个实体，这样就自动消除了重叠现象。但对于表面模型的道路表面和地表面，是不能直接采用布尔运算来消除重叠现象的。目前，对道路表面模型与地表面模型的叠加处理，主要采用根据两个模型的交界线重新构网，然后再叠加的方法。这种方法的优点是占用内存少、运算速度快。其处理方法如下。先计算出道路表面模型与地表面模型的交界点的坐标，该坐标可从横断面设计结果中的坡脚点（填方）或坡顶点（挖方）
39、获得。按填挖性质将相邻交界点连成折线，这些折线形成的多个封闭多边形，即是两个模型的交界线。显然在封闭多边形以内的地表面模型，不管是在道路表面模型上面还是下面，都是不需要的，建模时须挖去。根据交界线对地表面模型重新构网，即可得到处理后的地表面模型。从上面多边形的性质可知，凡在多边形以内的地形点将不参与构网须剔除，剩余的地形点是重新构网的点。为保证地面模型与道路表面模型的无缝拼接，将多边形作为约束线，也即把多边形作为三角形的边，按有约束Delaunay三角网重新构网。判断一点是否在一封闭多边形内可采用铅垂线算法。经过上将面方法处理后的地表面模型与道路设计表面模型叠加在一起，就实现了两个模型的无缝拼
40、接，见图8-17。图8-17 道路表面模型与底面的叠加8.4 桥梁三维建模方法桥梁三维建模方法8.4.1桥梁附属结构三维建模桥梁附属结构三维建模8.4.2桥梁下部结构三维建模桥梁下部结构三维建模8.4.3桥梁承重结构三维建模桥梁承重结构三维建模8.4.4桥面结构三维建模桥面结构三维建模8.4.1桥梁附属结构三维建模桥梁附属结构三维建模桥梁附属结构主要包括桥头锥坡、八字墙、护坡等。对正交桥梁来说，锥坡平面是一个1/4椭圆，可以采用锥体命令绘制椭圆锥，然后用切割（Slice）命令切成锥坡。下面是正锥坡的建模过程：用圆锥体（Cone）命令绘制一个椭圆锥体；用切割（Slice）命令将椭圆锥对称切成4块
41、，删除3块，剩余一块即为锥坡实体，见图8-24。图8-24 锥坡实体模型8.4.2桥梁下部结构三维建模桥梁下部结构三维建模桥梁下部结构可分为桥墩、桥台等，而桥墩、桥台又可分为重力式墩、台和轻型墩、台。这些结构一般都由一些规则实体组合而成，建模时可采用命令直接绘制规则实体，然后用编辑命令进行修改，再组合成一个整体墩台。下面以重力式U形桥台为例说明建模方法，其过程如下。用Line命令绘制桥台前墙断面，并用 命令制作成面域，见图8-19（a）；用Extrude命令对前墙断面进行拉伸，见图8-19（b）；用Line命令绘制侧墙断面，并用Boundary命令制作成面域，再用Extrude命令对其拉伸，见
42、图8-20；用Box命令绘制矩形基础；用Mirror命令制作另一侧墙；并用Move命令将前墙、侧墙移动到基础上面；用Union命令将前墙、侧墙和基础组合为U形台，见图8-21。8.4.3桥梁承重结构三维建模桥梁承重结构三维建模不同类型的桥梁其承重结构也不同，但对等截面结构来说，其横断面形状及尺寸沿桥轴线方向变化较小，可以用实体拉伸的方法来建模；对于变截面结构，则可以采用分段拉伸方法来建模。下面以空心板桥为例说明桥梁承重结构的建模方法，其过程如下。用Line（或Pline）命令按一定比例绘制中板和边板图形，见图8-15；用Boundary命令分别对空心板外轮廓和内孔生成两个面域；用Extrude
43、命令将空心面域沿桥轴线方向拉伸，拉伸长度为板的长度；用Subtract命令掏空里面的内芯，拉伸并掏空内芯的边板及中板模型见图8-16；用Copy命令将中板模型沿桥梁横向复制8份，并按板的设计位置布置，见图8-17；用Mirror命令完成另一块边板的建模；用Move命令将两块边板移动到中板的两侧，至此完成空心板梁的建模，见图8-18。建模时要注意，用Extrude命令拉伸实体时，拉伸路径必须是二维直线或二维曲线，对三维曲线则无效。如果建模需要按三维路径拉伸，则必须将三维路径分为几个二维路径分别拉伸，然后再合为一体。8.4.4桥面结构三维建模桥面结构三维建模 桥面结构包括桥面铺装、人行道、栏杆扶手
44、、防撞护栏等。其中桥面铺装和防撞护栏结构比较简单，其截面形状沿桥轴方向变化较小，可先创建二维断面，然后采用拉伸方法制作。人行道一般为长方体形状，可以采用Box命令绘制。栏杆扶手的杆件虽然较多，但一般都是规则构件，可以先用绘图命令绘制和拉伸方法完成构件的建模，然后按每根杆件的设计位置，用Copy命令进行多重复制，最后用Union命令组合成整体模型。对于不规则构件，须分割成若干个规则构件分别建模，再组合成整体。下面是一段铸铁护栏的建模过程。用球体（Sphere）命令分别绘制三个直径不同的球体；绘制栏杆柱的纵向半剖面图（梯形）；并用Boundary命令制作成面域；用旋转（Revolve）命令将柱剖面
45、绕柱中心旋转360，制作成上细下粗的栏杆柱；绘制直径不同的两个圆，用Extrude命令拉成圆饼状；绘制圆弧和直角组成的封闭图形，并处理成面域，用Extrude命令拉伸制作成侧块，用布尔并（Union）命令将圆饼和4个侧块组成一体，形成一个带侧块的圆饼底座；用Union命令将球体、栏杆柱和底座组合在一起形成栏杆柱，见图8-22；用Circle命令和Extrude命令制作横截面为圆饼的扶手，将扶手穿入栏杆柱的球体中，用Union命令将其组合成一体，见图8-23。8.5 附属设施三维建模附属设施三维建模道路附属设施包括交通安全设施和其他附属设施。交通安全设施主要包括标志、标线和护栏等，其他附属设施主
46、要包括灯具和照明灯具等。1标线三维建模标线三维建模道路交通标线是标划于路面的各类车道分割线及行车方向指示线等，包括各种线条、文字、箭头、凸起路标和立面标记等。线条分实线和虚线两种，颜色有白色和黄色两种。可根据平、纵、横设计数据计算出每条标线的三维坐标，用3Dface命令来绘制各条标线。文字、箭头、凸起路标的形状一般是固定不变的，可预先制作成“块”，然后在所需位置处插入相应的“块”。2标志三维建模标志三维建模标志标牌模型主要包括里程指示牌、地名指示牌、道路出入口指示牌、警示牌等。这些标志标牌模型可从预先制作成的“块”或系统提供的三维部件库中直接调用，并输入合适的指示内容，插入到指定里程的合适位置
47、上即可。指示内容的位置和插入点的位置由系统自动计算。3护栏三维建模护栏三维建模路侧护栏是位于道路两侧土路肩上的防撞及缓冲设施，其形式主要有波形梁护栏、混凝土护栏两种。波形梁护栏由立柱和波形梁组成，立柱的截面形状主要是圆形，一般是固定的，可预先制作成“块”，然后根据立柱间距插入到相应的位置上；波形梁的断面形状也是固定的，可按需要长度用拉伸方法来制作。混凝土护栏的截面形状一般也是固定的，可先绘制截面，形成面域，然后用拉伸方法制作。练习与思考：1.绘制如图8-24桥梁上部结构标准横断面图。图8-24 桥梁上部结构标准横断面图2. 构建如图8-25桥梁上部结构三维实体模型。图8-25 桥梁上部结构三维
48、实体模型 用1：1的比例绘制上部结构标准横断面图（剖面图），如图8-25。横断面图需要采用多段线（pline命令）绘制，并且多段线必须闭合。在绘制的时候，把外轮廓用一条闭合多段线绘制，内部的轮廓也分别用闭合多段线绘制。将每条多段线表示的区域用面域命令region转换为面域。使用subtract命令对面域进行掏空（图8-25）。操作过程如下：Command：subtract(回车)选择要从中减去的实体或面域.选择对象：（选择面域1按 ENTER 键）选择要从中减去的实体或面域.选择对象：（选择面域2、3、4、5按 ENTER 键） 绘制三维桥梁中线作为拉伸路径。将上部结构剖面图进行三维旋转，使剖面与桥梁中线垂直，见图8-26。沿拉伸轨迹拉伸剖面，得到上部结构三维实体模型，见图8-25。图8-26 桥梁上部结构剖面图和拉伸路径3构建如图8-27桥梁下部结构双柱式桥墩和盖梁。 桥梁的下部结构主要包括桥台、桥墩、承台等。这些部分一般构造比较规则，可以采用AutoCAD的基本三维实体模型通过组合和拉伸命令完成。例如图8-28中的双柱式桥墩和盖梁采用拉伸的方法来产生，系梁采用长方体来产生的，然后使用并集命令union来产生组合三维实体。图8-27 桥梁下部结构双柱式桥墩和盖梁 目前，道路三维建模都有相关的辅助软件，这些软件大多数是采用对AutoCAD进行二次开发的方法来编制。
