摘 要：在水工建筑设计施工过程中，我们需要在计算机里模拟出逼真的三维模型动画效果，以解决平面绘图中绘制的不足。而方圆渐变体是水工建筑输水隧洞重要形体结构，详细分析其立体模型是水工建筑物设计施工中重要工作。
关键词：AutoCAD；方圆渐变体；模型
中图分类号：TP391.72
计算机辅助设计绘图软件AutoCAD在工程领域的应用越来越广泛，目前AutoCAD已经成为工科学生必修的一门课程。随着国家大力发展职业教育，而职业教育越来越强调学生的实践动手操作能力，而AutoCAD软件应用就是培养学生实践动手操作能力课程之一。
1 方圆渐变体的投影视图及特点
方圆渐变体主要运用在水工建筑物的输水隧洞结构中。隧洞的断面一般是圆形的，而安装闸门的部分却需做成长方形断面。为了使水流平顺，在长方形断面和圆形断面之间，要有一个使方洞变为圆洞的逐渐变化的表面，这个逐渐变化的表面称为方圆渐变面。我们把方圆渐变面的内表面画成单线图，见图1。单线图是只表达物体某一部分表面的形状、大小而无厚度的图样。[1]
图1是方圆渐变面的三视图和断面图，图2为方圆渐变面的立体图。方圆渐变面的表面是由四个三角形平面和四个部分的斜椭圆锥面所组成。长方形的四个顶点就是四个斜椭圆锥面的顶点，圆周的四段圆弧就是斜椭圆锥面的底圆。四个三角形平面与四个斜椭圆锥面平滑相切。
在设计和施工中，还要求作出方圆渐变面任意位置的断面图。图1主视图中A-A剖切线表示用一个平行于侧面的剖切平面截断方圆渐变面。断面的基本形状是一个高为H，宽为Y的长方形。因为剖切平面截断四个斜椭圆锥面，所以断面图的四个角不是直角而是圆弧。断面的高度H和角弧的半径R的大小是随着A-A剖切线的位置而定，越靠近圆形，H越小，R越大。
图1 方圆渐变面投影图 图2 方圆渐变面立体图
2 平面立体和斜椭圆锥面组合方圆渐变体
下面我们按照1个10面体和4个斜椭圆锥面组成部分结构来创建方圆渐变体。
首先把作图平面切换到左视图，绘制矩形和圆的平面图。正交打开，将圆向左移动70，如图3所示。用线段顺次连接点1、5、2、6、3、7、4、8、1。对矩形5678进行长方体体拉伸，拉伸高度70，如图4所示。用7个平面△148、△158、△125、△256、△236、△367、△347分别剖切长方体后得到如图5所示10面体。先隐藏10面体。
用线段连接0点到5、6、7、8点，如图6所示。以圆0为横截面、点6为顶点、线段06为路径放样创建斜椭圆锥体，如图7所示。
具体操作步骤如下：
命令：_loft；
当前线框密度：ISOLINES=16，闭合轮廓创建模式=实体；
按放样次序选择横截面或[点（PO）/合并多条边（J）/模式（MO）]：_MO闭合轮廓创建模式[实体（SO）/曲面（SU）]<实体>：_SO；
按放样次序选择横截面或[点（PO）/合并多条边（J）/模式（MO）]：找到1个（用鼠标选择圆0）；
按放样次序选择横截面或[点（PO）/合并多条边（J）/模式（MO）]：PO（回车）；
指定放样端点：（用鼠标选择点6）；
选中了2个横截面；
输入选项[导向（G）/路径（P）/仅横截面（C）/设置（S）/连续性（CO）/凸度幅值（B）]<仅横截面>：P（回车）；
选择路径轮廓：（用鼠标选择线段06）；
使用同样方法完成其它3个斜椭圆锥体。
显示出10面体，使用并集命令合并10面体和4个斜椭圆锥体得到方圆渐变体，结果如图8所示。
图3 图4 图5 图6
3 使用AutoCAD放样导向命令创建方圆渐变体
以上是按照方圆渐变体组成结构创建，与立体投影视图完全吻合，但操作过程稍显麻烦。我们也可用放样导向命令直接创建方圆渐变体模型。
具体操作步骤如下：
命令：_loft；
当前线框密度：ISOLINES=16，闭合轮廓创建模式=实体；
按放样次序选择横截面或[点（PO）/合并多条边（J）/模式（MO）]：_MO闭合轮廓创建模式[实体（SO）/曲面（SU）]<实体>：_SO；
按放样次序选择横截面或[点（PO）/合并多条边（J）/模式（MO）]：找到1个（用鼠标选择圆0）；
按放样次序选择横截面或[点（PO）/合并多条边（J）/模式（MO）]：找到1个，总计2个（用鼠标选择矩形5678）；
按放样次序选择横截面或[点（PO）/合并多条边（J）/模式（MO）]：
选中了2个横截面；
输入选项[导向（G）/路径（P）/仅横截面（C）/设置（S）]<仅横截面>：G（回车）
用鼠标依次选择线段15、25、26、36、37、47、48、18总计8条导向线后回车确认，就生成图8所示方圆渐变体。[2]
对创建的方圆渐变体从A-A剖开，产生的断面形状与图1的A-A断面图完全相同，如图9所示。
同理创建小的隧洞空洞方圆渐变体，再用差集命令生成空心隧洞如图10所示。
图7 图8 图9 图10
4 结束语
以上是我用AutoCAD2012建立方圆渐变体三维实体模型运用的一点思考，可用来解决水工建筑物中一些特殊表面立体模型的创建。
参考文献：
[1]柯昌胜，李玉笄.水利工程制图[M].北京：中国水利水电出版社，2005.
[2]朱慧霞.AutoCAD2008中文版三维造型案例教程[M].北京：科学出版社，2010.
作者简介：刘凯（1971.10-），男，重庆开县人，教师，讲师，毕业于四川工业学院，流体机械及动力工程专业，工学学士，研究方向：制图、CAD、水机、建筑。
作者单位：四川水利职业技术学院，成都 611830
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