真实感图形绘制技术研究论文（共6篇）
随着虚拟现实应用领域的日益扩大及应用内容的复杂化，尤其近两年网络图形技术的高速发展，计算机真实感图形已深入到人们的日常工作、学习、生活中，真实感图形实时绘制技术的需求急剧增加，使其成为计算机图形学的一项重要研究内容。以下我们主要介绍基于图像、点和图形与图像相结合这三种图形绘制技术。
二、基于图像的绘制技术
基于图像的图形绘制技术是从采样图像序列生成新视景图像的过程。首先在源场景中确定一系列的采样视点和采样方向，然后进行图像采样，并对得到的图像序列进行变换、组织，生成图像流场。依据观察者在虚拟场景中的位置和观察方向再从图像流场中检索生成新视景所需的光线信息从而恢复出图像。源场景可以是实景, 也可以是计算机合成场景, 且二者可以混合使用。
基于图像的图形绘制技术的理论基础是全光函数。全光函数为一参数化函数，定义了空间任一视点处，在任何时刻和任一波长范围内的所有可见信息。用计算机图形学的术语，它描述了给定场景中所有可能的环境映照集合。
对空间中的任一视点，从该视点出发的任一视线均可用球面角和定义。若记光波长为X，则在T时刻，视点V处的全光函数定义为：
全光函数刻画了一给定场景中任一点处的环境映照，因而，它以图像形式给出了场景的精确描述。将视点，和球面角，及时刻代入全光函数的定义式中，即可生成一帧给定视点沿特定方向的视图。这一过程实际上是对全光函数的采样，所得视图为全光函数的一个样本。于是，基于图像的图形绘制问题可描述为：从给定全光函数的离散样本集合中重构连续的全光函数，然后，在新的视点位置重新采样该函数来绘制新的视图。即基于图像的图形绘制过程其实是全光函数的采样、重建和重采样过程。
由全光函数的定义可知，一般意义上的全光函数是7维的，需要采样的图像信息量很大，因此，直接构造全光函数往往非常困难。在实际应用中, 针对具体的应用需求，我们可以合理地简化全光函数，以达到要求的实时绘制图像的效果。
我们通过限制观察者在一些离散的给定点观察场景，并忽略维全光函数中的波长、时间等其他参数，便得到一个维的全光函数：
其中,、分别对应于相机在固定视点的水平观察方向和镜头的焦距。这是一种最简单的全光函数表达，又称为基于全景图集合的方法。
三、基于点的绘制技术
物体表面几何细分的极限是点，点模型用从几何体表面密集采样得到的离散点用来隐式地表示物体的表面。与传统的三角网格模型相比，点模型最显著的特点就是它不包含任何拓扑信息，如点与点之间的连接关系及点的邻域信息等，因此常被用来构建几何体难以描述的“软”物体(如烟、云、灰尘、火焰、水和树等)。
基于点的绘制技术将点作为绘制基本元素。通过适当的采样，场景对象被表示成一组密集的表面采样点，与这些点一起存储的还有点的颜色、深度和表面法向量等信息，根据这些点的信息经过表面重构，生成连续表面而非离散点云构成的真实感图形。使用点的几何信息，加上基于点的光照、纹理、阴影等处理就可得到真实感图形。由于保存了点及其几何信息，并且点的采样与视点无关，所以，基于点的某些处理过程可以从绘制过程分离，并经过一次采样后，可以进行多次不同视角的场景绘制，这样就提高了绘制速度，达到交互实时绘制的目的。
点绘制技术要注意三个关键点：
1.存储效率。基于点的绘制方法只要求存储点的几何信息，而不需要点与点间的连接结构信息，看上去存储效率似乎高，其实不然。因为用点表示场景所需要的采样点比多边形网格多的多，因此，如何有效存储这些点是要解决的一个关键问题。
2.绘制性能。这是采用基于点绘制技术的主要动机，当场景高度复杂，构成场景的三角片在屏幕投影比一个象素还小时，绘制单个点会更加有效。当前基于软件实现的点绘制算法和部分硬件加速算法都以提高绘制性能为其目标之一。
3.绘制质量。点绘制技术最关键的工作是由离散点在屏幕重构没有空洞的连续表面。给定一组表面采样点，可以方便地把它们由物体空间转换到屏幕空间，并映射到屏幕象素，当多个表面的采样点映射到一个屏幕象素时，通过多种方法可以解决可见性问题，但困难在于，一个表面的采样点并不能映射到这个表面在屏幕上的所有象素，因而可能产生空洞。解决这一问题的不同途径产生了目前各种各样的绘制方法，并且仍是进一步研究的关键。
四、基于图形与图像的混合绘制技术
基于几何模型的绘制方法和基于图像的绘制方法在解决通用平台实时真实感绘制问题上均存在着局限性，这使研究者开始考虑将两者结合起来，互补长短，寻找达到目标的新途径。
所谓混合绘制，指的就是同时采用几何及图像作为基本元素来绘制画面的技术。该技术根据一定的标准，动态地将部分场景简化为映射到简单几何体上的纹理图像，若简化引起的误差小于给定阈值，就直接利用纹理图像取代原场景几何来绘制画面。简单几何面置于被简化景物的中心，而简化误差被严格控制在给定的阈值内。这种绘制技术可以在一定误差条件下，以较小的代价来快速生成场景画面，同时仍保持正确的前后排序，所生成的图形质量也很高。
混合绘制最明显的应用是采用环境映照来表示远距离景物，如天空、山脉等，而近距离景物则采用传统几何绘制模式。该技术在各种模拟器的动态仿真及三维游戏中得到了广泛的应用，它可在一定误差条件下，以较少的代价来快速生成场景画面。但由于不论视点在何位置，对整个场景均取统一的环境映照，因而所生成的图像存在着较大的误差。
1996年，Shade等人提出了层次图像存储算法。该算法的基本出发点是，当景物离视点较远时，在前后两帧画面上投影位置的变化非常小。因此，若将这些远距离景物在前一帧画面中的投影图像存储起来，并以该图像作为纹理映射到一简单几何体上，以近似取代该景物在其后续画面中的绘制，就能有效地减少当前视域中的可见面片，从而极大地提高画面的绘制效率。但是，当场景中有很多可见景物时，利用上述方法将产生非常多的纹理图像，需占用大量存储空间。为此，Shade等人利用二叉剖分技术对场景进行层次剖分，每 个节点中的所有景物根据其距离视点的远近，动态地在几何描述和纹理图像之间切换。这一算法的主要贡献在于给出了一种纹理表示与原景物几何描述间的误差估计，并给出了视点运动的安全区域。但该算法由于采用从后至前的绘制顺序来生成画面，因而对于高度复杂的场景，算法的效率将受到严重的影响。
为了提高绘制精度，Sillion等利用带纹理的多边形网格来逼近远距离景物，而近景则仍采用传统的几何绘制技术。考虑到对于高度复杂场景来说，将远距离景物简经成其纹理表示仍是一个非常耗时的过程，Sillion等采用预处理的方法来生成在不同视点范围处的远景纹理图像网格。与Shade的算法相比，这一算法具有更高的逼近精度。
后来，Snyder等人推出了一种新的动态场景自动分层技术，该技术基于K-d 树结构及传统的Newell消隐算法，设计了一个适合于动态场景的空间剖分技术，进而实现了动态场坟的自动排序和分层。
五、结论与展望
基于图像的绘制技术摆脱了处理复杂几何建模的困难, 通过与计算机视觉、虚拟现实等技术的结合将得到更快更好的发展。
基于点的绘制技术各类方法中，基于高斯滤波的表面足迹法呈现好的图象品质，可作为重点研究内容。如对采样模型中尖锐特征的绘制及采用硬件加速提高高品质图形的绘制速度。具有PHONG明暗着色的表面绘制，因基于变化的法向量，如何由离散点信息获取它们的值，也有许多新方法、新技术有待深入研究和开发。当前各种多分辨层次模型常专门针对某一种特定绘制算法，并且是不可交换使用的，如何设计有效的数据存储方式，以及在存储点的基本信息的同时，增加点的不透明度、曲率、散射函数等辅助信息仍值得研究。另外，在基于点的绘制技术中，由于点与点之间绘制次序的独立性，点绘制方法的并行实现对提高绘制质量和绘制速度将更加可行和有效，基于点的并行绘制也是值得研究的问题。
由于混合绘制技术研究还刚刚起步，还有待在下列问题或方面进一步研究和发展：
1.有效的数据表示。为了达到基于图像的实时绘制，人们常常要在真实感和实
时性之间做权衡。许多系统不得不决定采用多少几何和多少图像；这样为了同时提高真实感和实时性，必须采取有效的数据表示。例如在绘制时采用从压缩数据直接绘制以及多分辨率表示，有效地节约了存取开销，同时又不影响绘制速度和真实感。
2.重建景物表面的光照属性。目前大多数图像绘制算法都是假设景物表面为漫射表面，且在整个运动过程中，场院景的光照情况保持不变。显然，这种假设是理想化的，与实际应用具有很大的差距。因此，图像绘制必须在重建三维几何的同时也重建景物表面的光照属性。
3.动态环境的绘制。直到目前为止，大多数基于图像的实时绘制技术方法都是
集中于静态环境。随着视频技术的发展，人们希望基于图像的实时绘制技术也能够应用到动态动态环境的绘制。这样必须研究：采样（应该捕获多少幅图片）和压缩（怎样减少数据量）。
参考文献：
冯月萍，钟慧湘.基于离散点的点域绘制方法.吉林大学学报(理学版)，2004
彭群生、鲍虎军、金小刚.计算机真实感图形的算法基础，科学出版社，1999
徐丹、潘志庚、石教英.虚拟现实中基于图像的绘制技术，《中国图像图形学报》，1998
1 真实感绘制算法
1.1 光照模型
既是模拟物体表面的光照明物理现象的数学模型。可以划分为简单的光照模型和整体的光照模型两类。
简单的光照明模型, 假设物体是不透明的, 只考虑光源的直接照射, 而将光在物体之间的传播效果笼统地模拟为环境光。可以处理物体之间光照的相互作用的模型即为整体的光照明模型。
物体所表现的颜色与光源有密切的关系。光照模型的作用就是计算物体可见表面上每个点的颜色与光源的关系, 因此它是决定图形真实感的一项重要内容。物体表面发出的光是极其复杂的, 它既与环境中光源的数目、形状、位置、光谱组成和光强分布有关, 也与物体本身的反射特性和物体表面的朝向有关, 甚至还与人眼对光线的生理和心理视觉因素有关。把这一切都通过计算机精确地计算出来是不现实的, 我们只能用尽可能精确的数学模型——光照模型来模拟光和物体的相互作用, 从而近似地计算物体可见表面每一点的亮度和颜色。最基本的光照模型是Phong模型, 它首次使光源和视点的位置可以任意选定。
1.2 光线跟踪
光线跟踪常用算法的基本原理是从视点向每个象素发出一条光线, 它与场景中的一些物体表面相交, 最近的交点即为可见点, 记为P, 像素的亮度即由P点的亮度确定。由Whitted光照模型可知, P点的亮度由三部分组成:其中Isl可以直接由局部光照模型计算得到。为了求Isl和Itl, 从P点发出反射光线和透射光线, 它分别交场景中的物体表面于Ps和Pt, Ps和Pt点的亮度即分别为Isl和Itl, 将它们求出代入Whitted模型即可。但是, Isl和Itl同样由Whitted模型确定, 即Whitted模型是一个递归式, 从而计算Isl和Itl需要重复以上的计算过程:计算局部光亮度、发出反射光线与透射光线, 可以用一棵光线树来表示。如图1所示。
1.3 消隐
消隐的对象是三维物体;三维体的表示主要有边界表示和CSG表示等;消隐结果与观察物体有关, 也与视点有关。可分为隐藏线消除和隐藏面消除两种。前者主要用在线框图的绘制, Catmull提出的Z-Buffer算法是最常用的隐藏面消除算法。其算法思想是:先将Z缓冲器中每个单元的初始值置为最小值。当要改变某个像素的颜色值时, 首先检查当前多边形的深度值是否大于该像素原来的深度值;如果大于, 说明当前多边形更靠近观察点, 用它的颜色替换像素原来的颜色;否则说明在当前像素处, 当前多边形被前面所绘制的多边形遮挡了, 是不可见的, 像素的颜色值不改变。
2 复杂植物场景的真实感生成技术
2.1 自然景物模拟
自然景物模拟是现在非常流行的一个话题, 因此它也是计算机图形学的一个重要组成部分。在经典的欧几里德几何中, 我们可以用直线, 圆锥等规则的形状去描述诸如墙, 车轮等形状规则的人造物体。而在自然界中, 却存在许多不规则的形状复杂的物体, 我们可以用分行几何的方法对其进行描述。
高度复杂的植物场景的构造和真实感绘制就是自然景物的一种模拟。植物
对象比如草地和树木是虚拟自然场景的重要组成部分。这类物体因其形状, 形态随时间的推移而动态地, 随机地发生变化, 很难用常规的建模方法及模拟技术来生成。我们根据植物的自身特点, 可以分别采用多边形, 纹元和体纹理等作为工具来构造不同的植物。树木的绘制手段有多种, 常用的是绘制用粒子系统构造的树, 直接绘制多边形等几何面所构造的树以及绘制由三维纹理构造的远距离的树这三种方法。
2.2 纹元
最初由Kajiya和Kay提出的纹元, 是指用来近似表示许多微面总体光学特性的一个三维参数数组。纹元数组空间中的任意一个体元都存储着如下三个部分的内容:密度标量Q, 表示的是该体元包含的所有微面的近似投影面积;结构场B, 表示的是该体元中各微面的局部方向;光照模型7, 它决定将有多少光线从微面散射出来。
对于纹元绘制的光照模型, 我们采用类似于kajiya使用的方法。由于草叶子或者松针本身的方向向量 (切向量t) 是可以通过纹元的变形精确求取的, 因而对双向光照反射函数的计算可以采用局部光照模型。
2.3 体纹理
体纹理是构造复杂自然场景的重要工具, 三维体纹理使用的依据是自然景物的重复性。相同物种在形态和结构上通常都比较类似。对每一品种的植物构造有限个体纹理模型, 再将这些体纹理映射到自然场景中, 只要对体纹理的映射大小、形状和方向有一定的随机性以避免单一, 这样构造出来的自然场景在视觉效果上就可以接近真实场景。当然, 利用体纹理构造和绘制高度自然场景也存在许多困难, 主要有三个方面:如何构造所需的体纹理;如何解决分辨率和存储量之间的矛盾;如何减少运算量使得体纹理技术可以广泛应用。
3 总结和展望
3.1 本文的总结
本文主要介绍了图形的真实感生成技术与真实感绘制的方法, 并且对不同的算法进行比较, 重点讲述了自然景物的绘制, 它的难点主要在于原始数据的存储和光照计算。该文讲的是自然界中植物的绘制, 包括草地、树木和森林, 它们结构上高度复杂随机又各具特点, 这就决定了我们必须根据这些特点采取不同的构造和绘制技术, 才能保证存储和计算的效率。针对不同的环境特征和不同类型的树木, 我们可以分别采用基于Open GL的深度缓存阴影生成算法、结合光线跟踪和纹元绘制技术以及结合体绘制技术的光线跟踪方法。这几种绘制手段对应于各自相应的场景都有效可行。
3.2 进一步的工作
复杂场景的真实感绘制的研究内容非常广泛, 有许多值得进一步探讨的课题:在划分场景的时候如何考虑由于有向反射或者透射等产生的光能分布, 比如镜面反射光线造成的阴影, 是场景划分的另一个有意义的研究课题;如何构造和绘制高度复杂的植被场景, 包括不同距离的草地树木和森林等, 如何提高包括纹元, 体纹理和几何曲面等不同元素构成的场景的绘制效率;为了提高绘制效率.通常需要将场景进行划分。分别绘制然后再合成。对划分场景的标准的确定。以及如何合成最终结果、如何考虑不同部分的相互作用, 都是值得进一步研究的课题。
摘要：真实感图形是计算机图形学中一个重要的组成部分, 它的基本要求是在计算机中生成三维场景的真实感图形或图象。多媒体教育、虚拟现实系统、科学计算可视化、动画制作、电影特技模拟、计算机游戏等许多方面, 真实感图形学都发挥了重要的作用。其中的核心内容就是真实感绘制, 它有多种方法, 其中植物场景的真实感绘制是比较常用的。例如对于场景中的物体、要得到它的真实感图形, 就要对它进行透视投影, 并消除隐藏面, 然后计算可见面的光照明暗效果等。
关键词：真实感绘制技术,自然场景,体纹理,光线跟踪
参考文献
[1]潘云鹤.计算机图形学原理, 方法及应用[M].北京:高等教育出版社, 2003.
[2]杜世培.计算机图形与图像处理技术课件[M].重庆:重庆大学出版社, 2001.
[3]唐荣锡.计算机图形学教程[M].北京:科学出版社, 2000.
[4]Q Peng, Y Zhu, Y Liang.A Fast Ray Tracing Algorithm Using Space IndexingTechniques[J].EUROGRAPHICS'87, 1987.
教学目标：
知识与技能：体会Word自选图形的作用和意义，能在文字处理中正确运用自选图形工具及在不同的情况下合理的使用自选图形工具。
过程与方法：让学生通过观察对比，学会分析图形的构成，根据图形合理插入自选图形，再对比分析各自选图形的差别，学习合理设置自选图形，引导学生移动自选图形的位置，发现问题：由自选图形构成的图形不是一个整体，移动起来会影响整体效果，引出图形的组合。
情感、态度与价值观：激发学生学习信息技术的兴趣；通过自主探究，培养学生分析问题、解决问题的能力；培养学生勇于探索的精神，让学生在解决问题过程中，体会成功的快乐。
教学重点：
指导学生学会自主探究自选图形工具的基本使用方法。教学难点：
填充效果的设置和图形的组合。学习者特征分析：
学生对word的学习有了一定的了解，也有了一定的信息技术素养和处理简单文字信息的能力，但根据学生的学习情况，学生操作能力可能有差距，针对学生不同的知识水平，在任务安排上增加了一定的灵活性，所以考虑适当的分层教学。
教学过程
课前准备：提出学习要求，分发给每个小组一个红星，在课堂中表现优秀可以给予红星奖励，如果小组成员表现不好，将收回红星。课程结束以红星数的多少，对学生进行评价。
（一）、创设情景
播放媒体五星红旗，让学生进入五星红旗的情景中。师：同学们，你们在媒体中看到了什么，谁来描述一下。对语言流畅，表达清楚的同学寄于奖励。
当我们面对国旗站立，举起你的右手仰望着国旗的时候，你的心里又怎样的一种感觉，可以和大家分享一下吗？
国旗让我们感到，作为一个中国人的自豪。今天，我们一起来学习用word中提供的自选图形绘制国旗。
(二)、构建新知
1、介绍绘图工具栏，认识自选图形
刚才老师说了“自选图形”，那我们来找一找“自选图形”在哪儿？（学生尝试寻找）
你们找到自选图形在哪里了吗？ 假如你的Word中没有自选图形该怎么办？
（如果学生找到了就让学生来演示，如没找到，师边演示边讲解）
①打开word后，把鼠标移到菜单栏——单击插入——指向图片——单击自选图形。这时工具栏就显示在页面上。这就是自选图形的工具栏，有了它我们可以插入各种形状的图形。
②单击[视图]，选择[工具栏]，单击[绘图]，在[绘图]前面打√。绘图工具栏就出现在下面了。我们就看见自选图形了。
（教师演示操作）现在大家仔细看，老师要变魔术了，教师简单操作几个基本图形。是不是很好用啊，你们想不想也来试试。
2、出示任务一，学生试着绘出国旗。
（1）国旗是由哪些部分组成的？需要用到哪些自选图形。教师提示：旗面为长方形，长与宽比为3:2。
（2）说说在绘制中所碰到的问题。（生解答，师补充）（3）请学生演示。
（4）试着给图形填色。学生能做好的话，由学生做演示。教师提问，我们给国旗填上什么颜色那？为什么要填上这样的颜色？怎么填？
学生回答：旗面的红色象征革命；旗上的五颗五角星及相互关系象征中国共产党领导下的革命人民大团结；星用黄色是为着在红底上显出光明，黄色较白色明亮美丽。
（5）旋转图形，学生能够发现方法，则由学生做演示。
下面老师要考考同学们。你们知道国旗上五颗五角星代表什么吗？它们应该是怎么样排列的？
学生回答：大星象征中国共产党，四颗小五角星象征广大人民，表示亿万人民团结在中国共产党周围。五颗金星的结合图形，大小呼应，疏密相间，形成了一个椭圆形，这恰恰如我国疆土的几何图形类似，即表现了中国地理特征，也显得平稳和谐，明朗而有气势。大星 的一个角尖正向上方，使大星显得安定庄重，稳如泰山。四颗小五角星各有一尖正对着大星的中心点，这是表示围绕着一个中心而团结，在形式上也显得紧凑美观，1、4对齐，2、3对齐。
学生演示：图形旋转的方法。教师演示：对图形进行微调。（6）图形组合
绘制好的图形，为了方便移动和使用，需要对图形进行组合。教师演示：图形组合的方法。学生做练习。(三)、巩固练习
教师：我们应经绘制好了国旗，现在我们要把它升起来了，大家回想一下，国旗升起来是怎样的？
学生回答：被风吹着飘起来了。课件展示图片：飘动的红旗
任务二：飘动的红旗。提示学生要组合图形。抽几个小组的作品进行展示。
教师对其中的一个作品进行修饰，添加阴影效果，增加图形的立体效果。学生进一步完善作品。
(四)、提高练习，我是小小设计师
老师：同学们，你们看老师还给你们下载了一张图片，图片上的人物是谁呀？
学生回答：雷锋
大家知道老师为什么给出这张图片那？
学生回答：3月5日是学雷锋日。
今天，老师就发现了许多小雷锋，他们就像雷锋叔叔一样，有一颗爱心，喜欢帮助别人。下面老师要给大家一个具有挑战性的任务，大家敢接受吗？
出示任务三：小小设计师
请发挥你们的想象，绘制出自己设计的爱心标志。设计时你要考虑用哪些图形，想表达什么意思？
(五)、展示学生作品，师生共同评析
展示部分作品让学生自评、互评、师评，同学们的作品都很精彩，看来同学们的想象力和动手操作能力都很强。
(六)、课堂小结
这节课你学到了什么？有什么收获？
清点红星数，对上课中表现出众的小组进行表扬。教学反思：
本节课通过教学基本上达到了预期教学目的，通过老师引导学生学习，充分调动了学生学习的积极性，大部分学生能够独立操作，完成绘制国旗，让学生掌握了自选图形的应用，懂得如何组合各种自选图形制作一个图形。在教学过程中我变教师为一名帮助者、学生的好伙伴，巧妙创设情境，以任务驱动方式，激发学生的创作欲望，从而促使学生去自主学习、自我创新，达到掌握操作和使用信息技术的目的。
在教学过程中根据学生实际掌握知识水平的情况，给学生留有自
主学习和实践操作的时间。由于学生的操作水平相差较多，有的学生操作能力较强，有的学生操作能力较差，这是正常的，这正是学生差异性的体现，所以在做的过程中可充分发挥小老师的作用，会操作的学生帮助不会的学生，以点带面，让学生更好的完成任务，还可以大大节省老师的精力。也就是老师培养一批能力强的学生在课堂上发挥作用，那老师要节省很大的精力，其他学生操作水平也会逐渐提高，会起到很好的教学效果。
重点与难点：本节重点讲解了三维坐标表示及三维图形观察方法;使用直线、样条曲线、三维多段线和各种曲面绘制命令绘制三维图形;使用基本命令绘制三维实体以及通过对二维图形进行拉伸、旋转等操作创建各种各样的复杂实体，
在工程设计和绘图过程中，三维图形应用越来越广泛。AutoCAD可以利用3种方式来创建三维图形，即线架模型方式、曲面模型方式和实体模型方式。线架模型方式为一种轮廓模型，它由三维的直线和曲线组成，没有面和体的特征。曲面模型用面描述三维对象，它不仅定义了三维对象的边界，而且还定义了表面即具有面的特征。实体模型不仅具有线和面的特征，而且还具有体的特征，各实体对象间可以进行各种布尔运算操作，从而创建复杂的三维实体图形。
如何将单个视口变成四个视口方法
视口工具栏中点击显示“视口”对话框，选四个相等视图，改为三维，在左上角为俯视图，右上角为主视图(前视图)，左下角为左视图，右下角为--—等轴测。
观察三维图形
在AutoCAD中，使用“视图”菜单下的“缩放”、“视图”菜单下的“平移”子菜单中的命令可以缩放或平移三维图形，以观察图形的整体或局部。其方法与观察平面图形的方法相同。此外，在观测三维图形时，还可以通过旋转、消隐及着色等方法来观察三维图形。
消隐图形
在绘制三维曲面及实体时，为了更好地观察效果，可选择“视图”菜单下的“消隐”命令(HIDE)，暂时隐藏位于实体背后而被遮挡的部分。
着色图形
在AutoCAD中，使用“视图”菜单下的“着色”子菜单中的命令，可生成“二维线框”、“三维线框”、“消隐”、“平面渲染”、“体渲染”、“带边框平面渲染”和“带边框体渲染”多种视图。例如，选择“视图”----“着色”---“平面着色”命令，以图形的线框颜色着色图形。
着色工具栏：可在立体表面涂上单一颜色，还可根椐立体面所处方位的不同而表现出对光线折射的差别。
1、二维线框：显示用直线和曲线表示边界的对象
2、三维线框：显示用直线和曲线表示边界的对象，这是UCS为一个着色的三维图标。
3、消隐：显示用三维线框表示的对象，同时消隐表示后向面的线。
4、平面着色：用于在多边形面之间着色对象，但平面着色的对象不加体着色的对象那样细致、光滑。
5、体着色：用于对多边形平面之间的对象进行着色，并使其边缘平滑，给对象一个光滑，具有真实感的外观。
6、带边框平面着色：合并平面着色和线框选项。
7、带边框体着色：合并体着色和线框选项。
下面我们讲一个“三维动态观察器”和“三维连续观察器”命令。
1、选择“视图”菜单下“三维动态观察器”命令(BDORBIT)或单击中的三维动态观察按纽，可通过单击和拖动的方式，在三维空间动态观察对象。移动光标时，其形状也将随之改变，以指示视图的旋转方向。
第十六课时绘制三维图形
重点与难点：本节重点讲解了三维坐标表示及三维图形观察方法;使用直线、样条曲线、三维多段线和各种曲面绘制命令绘制三维图形;使用基本命令绘制三维实体以及通过对二维图形进行拉伸、旋转等操作创建各种各样的复杂实体。
在工程设计和绘图过程中，三维图形应用越来越广泛。AutoCAD可以利用3种方式来创建三维图形，即线架模型方式、曲面模型方式和实体模型方式。线架模型方式为一种轮廓模型，它由三维的直线和曲线组成，没有面和体的特征。曲面模型用面描述三维对象，它不仅定义了三维对象的边界，而且还定义了表面即具有面的特征。实体模型不仅具有线和面的特征，而且还具有体的特征，各实体对象间可以进行各种布尔运算操作，从而创建复杂的三维实体图形。
如何将单个视口变成四个视口方法
视口工具栏中点击显示“视口”对话框，选四个相等视图，改为三维，在左上角为俯视图，右上角为主视图(前视图)，左下角为左视图，右下角为--—等轴测。
观察三维图形
在AutoCAD中，使用“视图”菜单下的“缩放”、“视图”菜单下的“平移”子菜单中的命令可以缩放或平移三维图形，以观察图形的整体或局部。其方法与观察平面图形的方法相同。此外，在观测三维图形时，还可以通过旋转、消隐及着色等方法来观察三维图形。
消隐图形
在绘制三维曲面及实体时，为了更好地观察效果，可选择“视图”菜单下的“消隐”命令(HIDE)，暂时隐藏位于实体背后而被遮挡的部分。
着色图形
在AutoCAD中，使用“视图”菜单下的“着色”子菜单中的命令，可生成“二维线框”、“三维线框”、“消隐”、“平面渲染”、“体渲染”、“带边框平面渲染”和“带边框体渲染”多种视图。例如，选择“视图”----“着色”---“平面着色”命令，以图形的线框颜色着色图形。
着色工具栏：可在立体表面涂上单一颜色，还可根椐立体面所处方位的不同而表现出对光线折射的差别。
1、二维线框：显示用直线和曲线表示边界的对象
2、三维线框：显示用直线和曲线表示边界的对象，这是UCS为一个着色的三维图标。
3、消隐：显示用三维线框表示的对象，同时消隐表示后向面的线。
4、平面着色：用于在多边形面之间着色对象，但平面着色的对象不加体着色的对象那样细致、光滑。
5、体着色：用于对多边形平面之间的对象进行着色，并使其边缘平滑，给对象一个光滑，具有真实感的外观。
6、带边框平面着色：合并平面着色和线框选项。
7、带边框体着色：合并体着色和线框选项。
下面我们讲一个“三维动态观察器”和“三维连续观察器”命令。
1、选择“视图”菜单下“三维动态观察器”命令(BDORBIT)或单击中的三维动态观察按纽，可通过单击和拖动的方式，在三维空间动态观察对象，
移动光标时，其形状也将随之改变，以指示视图的旋转方向。
2、单击中的三维连续观察按纽，是鼠标拖动的方向就是旋转的方向，鼠标拖动的快与慢就是模型旋转速度的快与慢。
绘制三维点和线
选择“绘图”---“点”命令，或在“绘图”工具栏中单击“点”按钮，然后在命令行中直接输入三维坐标即可绘制三维点。由于三维图形对象上的一些特殊点，如交点、中点等不能通过输入坐标的方法来实现，可以采用三维坐标下的目标捕捉法来拾取点。在三维空间中指定两个点后，如点(0,0,0)和点(1,1,1)，这两个点之间的连线即是一条3D直线。
同样，在三维坐标系下，使用“样条曲线”命令，可以绘制复杂3D样条曲线，这时定义样条曲线的点不是共面点。
在二维坐标系下，使用“绘图”---“多段线”命令绘制多段线，尽管各线条可以设置宽度和厚度，但它们必须共面。三维多线段的绘制过程和二维多线段基本相同，但其使用的命令不同，另外在三维多线段中只有直线段，没有圆弧段。选择“绘图”----“三维多段线”命令(3DPOLY)，此时命令行提示依次输入不同的三维空间点，以得到一个三维多段线。
绘制三维曲面
在AutoCAD中，不仅可以绘制球面、圆锥面、圆柱面等基本三维曲面，还可以绘制旋转曲面、平移曲面、直纹曲面和边界曲面。使用“绘图”---“曲面”子菜单中的命令或“曲面”工具栏可以绘制这些曲面
选择“绘图”---“曲面”---“三维曲面”命令，利用打开的“三维对象”对话框，可以绘制大部分三维曲面，如长方体表面、棱锥面、楔体表面及球面等。
选择“绘图”---“曲面”---“三维面”命令(3DFACE)，可以绘制三维面。三维面是三维空间的表面，它没有厚度，也没有质量属性。由“三维面”命令创建的每个面的各顶点可以有不同的Z坐标，但构成各个面的顶点最多不能超过4个。
选择“绘图”---“曲面”---“三维网格”命令(3DMESH)，可以根据指定的M行N列个顶点和每一顶点的位置生成三维空间多边形网格。M和N的最小值为2，表明定义多边形网格至少要4个点，其最大值为256。
选择“绘图”----“曲面”---“旋转曲面”命令(REVSURF)，可以将曲线绕旋转轴旋转一定的角度，形成旋转曲面。
选择“绘图”----“曲面”----平移曲面”命令(RULESURF)，可以将路径曲线沿方向矢量进行平移后构成平移曲面。
选择“绘图”|“曲面”|“直纹曲面”命令(RULESURF)，可以在两条曲线之间用直线连接从而形成直纹曲面。
选择“绘图”---“曲面”---“边界曲面”命令(EDGESURF)，可以使用4条首尾连接的边创建三维多边形网格。
绘制基本实体
在AutoCAD中，使用“绘图”--“实体”子菜单中的命令，或使用“实体”工具栏，可以绘制长方体、球体、圆柱体、圆锥体、楔体及圆环体等基本实体模型。
A、选择“绘图”---“实体”----“长方体”命令(BOX)，或在“实体”工具栏中单击“长方体”按钮，都可以绘制长方体，此时命令行显示如下提示。
指定长方体的角点或[中心点(CE)]<0,0,0>:
在创建长方体时，其底面应与当前坐标系的XY平面平行，方法主要有指定长方体角点和中心两种。
B、选择“绘图”---“实体”----“楔体”命令(WEDGE)，或在“实体”工具栏中单击“楔体”按钮，都可以绘制楔体。由于楔体是长方体沿对角线切成两半后的结果，因此可以使用与绘制长方体同样的方法来绘制楔体。
C、选择“绘图”----“实体”---“圆柱体”命令(CYLINDER)，或在“实体”工具栏中单击“圆柱体”按钮，可以绘制圆柱体或椭圆柱体。
D、选择“绘图”----“实体”---“圆锥体”命令(CONE)，或在“实体”工具栏中单击“圆锥体”按钮，即可绘制圆锥体或椭圆形锥体。
E、选择“绘图”---“实体”---“球体”命令(SPHERE)，或在“实体”工具栏中单击“球体”按钮，都可以绘制球体。
F、选择“绘图”---“实体”---“圆环体”命令(TORUS)，或在“实体”工具栏中单击“圆环体”按钮，都可以绘制圆环实体，此时需要指定圆环的中心位置、圆环的半径或直径，以及圆管的半径或直径。
通过二维图形创建实体
在AutoCAD中，选择“绘图”--“实体”---“拉伸”命令(EXTRUDE)，可以将2D对象沿Z轴或某个方向拉伸成实体。拉伸对象被称为断面，可以是任何2D封闭多段线、圆、椭圆、封闭样条曲线和面域，多段线对象的顶点数不能超过500个且不小于3个。
对二维线进行拉伸方法
1.在命令栏中输入快捷键为EXT
2.指定位伸的高度
3.指定拉伸的倾斜角度
4.确定
使用“绘图”|“实体”|“旋转”命令，将二维对象绕某一轴旋转生成实体。用于旋转的二维对象可以是封闭多段线、多边形、圆、椭圆、封闭样条曲线、圆环及封闭区域。三维对象、包含在块中的对象、有交叉或自干涉的多段线不能被旋转，而且每次只能旋转一个对象。
2、绘图的基本方法和步骤课堂类型：讲授教学目的：1、讲解平面图形的尺寸分析、线段分析和平面图形的作图步骤，
机械制图教程第6讲-平面图形的绘制
。2、讲解仪器绘图和徒手绘图的基本方法。教学要求：会画中等难度的平面图形。教学重点：平面图形的尺寸分析教学难点：平面图形尺寸基准的判断和选择教具：模型“手柄”教学方法：讲课中要抓住尺寸分析这个核心，教会学生具有对平面图形分析尺寸基准和识读定位尺寸的能力。基准与定位尺寸紧紧相连，二定位尺寸又是画出第二基准线、第三基准线……的依据，在讲解时不可忽视。教学过程：一、复习旧课结合作业中的问题，纠正错误，强调圆弧连接中几个需要注意的地方。二、引入新课题平面图形是由直线和曲线按照一定的几何关系绘制而成的，这些线段又必须根据给定的尺寸关系画出，所以就必须对图形中标注的尺寸进行分析。三、教学内容(一)平面图形的尺寸分析1、定形尺寸定形尺寸是指确定平面图形上几何元素形状大小的尺寸，如图1—33所示中的φ12、R13、R26、R7、R8、48和10。一般情况下确定几何图形所需定形尺寸的个数是一定的，如直线的定形尺寸是长度，圆的定形尺寸是直径，圆弧的定形尺寸是半径，正多边形的定形尺寸是边长，矩形的定形尺寸是长和宽两个尺寸等。2、定位尺寸定位尺寸是指确定各几何元素相对位置的尺寸，如图1—33中的18、40。确定平面图形位置需要两个方向的定位尺寸，即水平方向和垂直方向，也可以以极坐标的形式定位，即半径加角度。图1-33平面图形3、尺寸基准任意两个平面图形之间必然存在着相对位置，就是说必有一个是参照的。(由此引出基准这个概念，介绍基准时可联系直角坐标系的坐标轴来讲解)标注尺寸的起点称为尺寸基准，简称基准。平面图形尺寸有水平和垂直两个方向(相当于坐标轴x方向和y方向)，因此基准也必须从水平和垂直两个方向考虑。平面图形中尺寸基准是点或线。常用的点基准有圆心、球心、多边形中心点、角点等，线基准往往是图形的对称中心线或图形中的边线。(二)线段分析根据定形、定位尺寸是否齐全，可以将平面图形中的图线分为以下三大类：1、已知线段概念：定形、定位尺寸齐全的线段。作图时该类线段可以直接根据尺寸作图，如图1—33中的φ12的圆、R13的圆弧、48和10的直线均属已知线段。2、中间线段概念：只有定形尺寸和一个定位尺寸的线段。作图时必须根据该线段与相邻已知线段的几何关系，通过几何作图的方法求出，如图1—33中的R26和R8两段圆弧。3、连接线段概念：只有定形尺寸没有定位尺寸的线段。其定位尺寸需根据与线段相邻的两线段的几何关系，通过几何作图的方法求出，如图1—33中的R7圆弧段、R26和R8间的连接直线段。在两条已知线段之间，可以有多条中间线段，但必须而且只能有一条连接线段。否则，尺寸将出现缺少或多余。课题：1、平面图形的绘制2、绘图的基本方法和步骤课堂类型：讲授教学目的：1、讲解平面图形的尺寸分析、线段分析和平面图形的作图步骤。2、讲解仪器绘图和徒手绘图的基本方法。教学要求：会画中等难度的平面图形。教学重点：平面图形的尺寸分析教学难点：平面图形尺寸基准的判断和选择教具：模型“手柄”教学方法：讲课中要抓住尺寸分析这个核心，教会学生具有对平面图形分析尺寸基准和识读定位尺寸的能力。基准与定位尺寸紧紧相连，二定位尺寸又是画出第二基准线、第三基准线……的依据，在讲解时不可忽视。教学过程：一、复习旧课结合作业中的问题，纠正错误，强调圆弧连接中几个需要注意的地方。二、引入新课题平面图形是由直线和曲线按照一定的几何关系绘制而成的，这些线段又必须根据给定的尺寸关系画出，所以就必须对图形中标注的尺寸进行分析。三、教学内容(一)平面图形的尺寸分析1、定形尺寸定形尺寸是指确定平面图形上几何元素形状大小的尺寸，如图1—33所示中的φ12、R13、R26、R7、R8、48和10。一般情况下确定几何图形所需定形尺寸的个数是一定的，如直线的定形尺寸是长度，圆的定形尺寸是直径，圆弧的定形尺寸是半径，正多边形的定形尺寸是边长，矩形的定形尺寸是长和宽两个尺寸等。2、定位尺寸定位尺寸是指确定各几何元素相对位置的尺寸，如图1—33中的18、40。确定平面图形位置需要两个方向的定位尺寸，即水平方向和垂直方向，也可以以极坐标的形式定位，即半径加角度。图1-33平面图形3、尺寸基准任意两个平面图形之间必然存在着相对位置，就是说必有一个是参照的，(由此引出基准这个概念，介绍基准时可联系直角坐标系的坐标轴来讲解)标注尺寸的起点称为尺寸基准，简称基准。平面图形尺寸有水平和垂直两个方向(相当于坐标轴x方向和y方向)，因此基准也必须从水平和垂直两个方向考虑。平面图形中尺寸基准是点或线。常用的点基准有圆心、球心、多边形中心点、角点等，线基准往往是图形的对称中心线或图形中的边线。(二)线段分析根据定形、定位尺寸是否齐全，可以将平面图形中的图线分为以下三大类：1、已知线段概念：定形、定位尺寸齐全的线段。作图时该类线段可以直接根据尺寸作图，如图1—33中的φ12的圆、R13的圆弧、48和10的直线均属已知线段。2、中间线段概念：只有定形尺寸和一个定位尺寸的线段。作图时必须根据该线段与相邻已知线段的几何关系，通过几何作图的方法求出，如图1—33中的R26和R8两段圆弧。3、连接线段概念：只有定形尺寸没有定位尺寸的线段。其定位尺寸需根据与线段相邻的两线段的几何关系，通过几何作图的方法求出，如图1—33中的R7圆弧段、R26和R8间的连接直线段。在两条已知线段之间，可以有多条中间线段，但必须而且只能有一条连接线段。否则，尺寸将出现缺少或多余。(三)平面图形的画图步骤以图1—34所示的平面图形为例，演示画图步骤，边画图边讲解。演示和讲解完以后，对平面图形的画图步骤作以下总结：图1—34平面图形1、根据图形大小选择比例及图纸幅面。2、分析平面图形中哪些是已知线段，哪些是连接线段，以及所给定的连接条件。3、根据各组成部分的尺寸关系确定作图基准、定位线。4、依次画已知线段、中间线段和连接线段，。5、将图线加粗加深。6、标注尺寸。(四)平面图形的尺寸注法平面图形中标注的尺寸，必须能唯一地确定图形的形状和大小，不遗漏、不多余地标注出确定各线段的相对位置及其大小的尺寸。1、标注尺寸的方法和步骤(1)先选择水平和垂直方向的基准线;(2)确定图形中各线段的性质;(3)按已知线段、中间线段、连接线段的次序逐个标注尺寸。2、参照图1—35所示的平面图形，分析讲解：图1—35平面图形的尺寸标注(1)分析图形。确定基准图形由外线框、内线框和两个小圆构成。整个图形左右是对称的，所以选择对称中心线为水平方向基准。垂直方向基准选两个小圆的中心线。(2)标注定形尺寸。外线框需注出R12和两个R20以及R15 ;内线框需注出R8 ，两个小圆要注出2×Ф12。(3)标注定位尺寸。左右两个圆心的定位尺寸65 ，上下两个半圆的圆心定位尺寸5和10。(五)绘图的基本方法重点讲解徒手绘图。1、仪器绘图(1)准备工作(2)选定图幅(3)固定图纸(4)画底稿(5)检查并清理底稿，加深图形和标注尺寸等(6)全面检查图纸(可结合前面的平面图形画法略讲。)2、徒手绘图依靠目测来估计物体各部分的尺寸比例、徒手绘制的图样称为草图。在设计、测绘、修配机器时，都要绘制草图。所以，徒手绘图是和使用仪器绘图同样重要的绘图技能。绘制草图时使用软一些的铅笔(如HB、B或者2B)，铅笔削长一些，铅芯呈圆形，粗细各一支，分别用于绘制粗、细线。画草图时，可以用有方格的专用草图纸，或者在白纸下面垫一张有格子的纸，以便控制图线的平直和图形的大小。(1)直线的画法画直线时，可先标出直线的两端点，在两点之间先画一些短线，再连成一条直线。运笔时手腕要灵活，目光应注视线的端点，不可只盯着笔尖。画水平线应自左至右画出;垂直线自上而下画出;斜线斜度较大时可自左向右下或自右向左下画出，如图1—37所示。(2)圆的画法画圆时，应先画中心线。较小的圆在中心线上定出半径的四个端点，过这四个端点画圆。稍大的圆可以过圆心再作两条斜线，再在各线上定半径长度，然后过这八个点画圆。圆的直径很大时，可以用手作圆规，以小指支撑于圆心，使铅笔与小指的距离等于圆的半径，笔尖接触纸面不动，转动图纸，即可得到所需的大圆。也可在一纸条上作出半径长度的记号，使其一端置于圆心，另一端置于铅笔，旋转纸条，便可以画出所需圆。如图1—38所示。图1—38徒手绘制圆形(3)徒手绘制平面图形徒手绘制平面图形时，也和使用尺、规作图时一样，要进行图形的尺寸分析和线段分析，先画已知线段，再画中间线段，最后画连接线段。在方格纸上画平面图形时，主要轮廓线和定位中心线应尽可能利用方格纸上的线条，图形各部分之间的比例可按方格纸上的格数来确定。图1—39所示为徒手在方格纸上画平面图形的示例。四、小结1、几个基本概念：基准、定形尺寸、定位尺寸、已知线段、中间线段、连接线段。2、简述平面图形的作图步骤。五、布置作业习题集1-7
在AutoCAD 2007中，使用“绘图”菜单中的命令，可以绘制点、直线、圆、圆弧和多边形等简单二维图形，
中文版AutoCAD2007实用教程-2绘制简单二维图形对象
。二维图形对象是整个AutoCAD的绘图基础，因此要熟练地掌握它们的绘制方法和技巧。2.1教学目标通过本章的学习，读者应掌握在AutoCAD 2007中绘制二维图形对象的基本方法 ，绘制点对象，直线、射线和构造线，矩形和正多边形，以及圆、圆弧、椭圆和椭圆弧对象的绘制方法。2.2教学重点与难点AutoCAD 2007中绘制二维图形对象的基本方法绘制点对象，直线、射线和构造线绘制矩形和正多边形绘制圆、圆弧、椭圆和椭圆弧对象本章知识点绘图方法绘制点对象绘制直线绘制射线绘制构造线绘制矩形绘制正多边形绘制圆绘制圆弧绘制椭圆绘制椭圆弧2.2.1绘图方法绘图菜单绘图工具栏屏幕菜单绘图命令1、绘图菜单绘图菜单是绘制图形最基本、最常用的方法，其中包含了AutoCAD 2007的大部分绘图命令。选择该菜单中的命令或子命令，可绘制出相应的二维图形。2、绘图工具栏 “绘图”工具栏中的每个工具按钮都与“绘图”菜单中的绘图命令相对应，是图形化的绘图命令。3、屏幕菜单“屏幕菜单”是AutoCAD 2007的另一种菜单形式。选择其中的“工具1”和“工具2”子菜单，可以使用绘图相关工具。“工具 1”和“工具2”子菜单中的每个命令分别与AutoCAD 2007的绘图命令相对应。默认情况下，系统不显示“屏幕菜单”，但可以通过选择“工具”|“选项”命令，打开“选项”对话框，在“显示”选项卡的“窗口元素”选项组中选中“显示屏幕菜单”复选框将其显示。4、绘图命令 使用绘图命令也可以绘制图形，在命令提示行中输入绘图命令，按Enter键，并根据命令行的提示信息进行绘图操作。这种方法快捷，准确性高，但要求掌握绘图命令及其选择项的具体用法。AutoCAD 2007在实际绘图时，采用命令行工作机制，以命令的方式实现用户与系统的信息交互，而前面介绍的3种绘图方法是为了方便操作而设置的，是3种不同的调用绘图命令的方式。2.2.2绘制点对象在AutoCAD 2007中，点对象有单点、多点、定数等分和定距等分4种。选择“绘图”|“点”|“单点”命令，可以在绘图窗口中一次指定一个点。选择“绘图”|“点”|“多点”命令，可以在绘图窗口中一次指定多个点，最后可按Esc键结束。选择“绘图”|“点”|“定数等分”命令，可以在指定的对象上绘制等分点或者在等分点处插入块。选择“绘图”|“点”|“定距等分”命令，可以在指定的对象上按指定的长度绘制点或者插入块。2.2.3绘制直线“直线”是各种绘图中最常用、最简单的一类图形对象，只要指定了起点和终点即可绘制一条直线。在AutoCAD中，可以用二维坐标(x,y)或三维坐标(x,y,z)来指定端点，也可以混合使用二维坐标和三维坐标。如果输入二维坐标，AutoCAD将会用当前的高度作为Z轴坐标值，默认值为0。选择“绘图”|“直线”命令(LINE)，或在“绘图”工具栏中单击“直线”按钮，可以绘制直线。2.2.4绘制射线射线为一端固定，另一端无限延伸的直线。选择“绘图”|“射线”命令(RAY)，指定射线的起点和通过点即可绘制一条射线。在AutoCAD中，射线主要用于绘制辅助线。指定射线的起点后，可在“指定通过点:”提示下指定多个通过点，绘制以起点为端点的多条射线，直到按Esc键或Enter键退出为止。2.2.5绘制构造线构造线为两端可以无限延伸的直线，没有起点和终点，可以放置在三维空间的任何地方，主要用于绘制辅助线。选择“绘图”|“构造线”命令(XLINE)，或在“绘图”工具栏中单击“构造线”按钮，都可绘制构造线。在本章的上机实验中，将具体介绍它的用法。
第02章绘制简单二维图形对象
