第七章 三维变换
前 言
CNC雕刻机在国内开始得到应用，大约只有十年左右的历史。但它的产品和市场发展很快，尤其是近两三年，CNC雕刻机不仅在传统的雕刻应用领域—广告标识制作业占据了举足轻重的地位，同时，也以精细、快速的优势，越来越深地进入了诸多工业领域，特别在CNC雕刻机具有突出优势的小模具、小产品的加工上，已经获得了广泛的应用。CNC雕刻机一方面在快速替代落后的传统手工雕刻作业方式，另一方面，随着制造业界对CNC雕刻技术的认识加深和认可，已在某些产品制造环节选用CNC雕刻机作为首选的制造设备，提升了产品制造品质，较大幅度地降低了生产成本。
CNC雕刻机在进入传统的工业产品制造领域的过程中，既有其精细、快速的优势，也遇到了一些挑战，其中，雕刻CAD/CAM软件的对一些工业产品设计和加工的适应性成为一个主要课题。从CAD功能上来说，雕刻CAD特长在于强大的文字和复杂平面图形的排版设计以及艺术浮雕曲面造型功能，而很多工业产品需要严格精确的曲面模型设计能力，这对于雕刻CAD/CAM软件的相对较弱的精确复杂曲面模型设计能力是勉为其难的；从CAM功能上而言，雕刻CAD/CAM更擅长进行平面加工和曲面细节丰富但整体较为平缓的浅浮雕模型加工，对于经常遇到的带有很多直壁、凹槽的工业模型，其加工能力和加工效果并不理想。
北京精雕科技有限公司是国内CNC雕刻业界的领军厂家，不但推出了一系列高品质的CNC雕刻设备，也研发了国内最早、最优秀的专业雕刻CAD/CAM软件—JDPaint，该软件的最新版本为5.0版本，已经形成一个强大的开放性CAD/CAM软件产品开发平台。北京进取者软件技术有限公司与北京精雕科技有限公司进行密切合作，在JDPaint软件平台上开发了面向工业加工的曲面设计与加工软件—SurfMill 2.0，成为JDPaint CAD/CAM软件产品家族中新的一员。
SurfMill 2.0在CAD功能上，提供强大的三维线框造型功能，具备完备的几何曲面构造与编辑功能，全面支持NURBS曲面造型技术。在CAM功能上，全面支持提供曲面模型的粗加工、半精加工和精加工，提供曲面三维曲面清根功能。SurfMill 2.0的推出，是对JDPaint精确曲面造型和加工能力的一个具有重大意义的提高，可以预期，CNC雕刻机将在工业产品制造领域获得更加广泛深入的应用。
SurfMill 2.0可以独立运行，也可与JDPaint 5.0整合在同一环境下，共同完成产品模型的设计与加工。本说明书为SurfMill 2.0使用手册, 分为上下两册，上册是曲面设计部分，下册是曲面加工部分。
本书是上册，共分十章，各章主要内容如下：
第一章介绍了SurfMill 2.0系统的主要功能。
第二章介绍了SurfMill 2.0的基础操作方法，包括精确定点、对象的选择和显示、对象
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第七章 三维变换
的操作、绘图面、视图与图形观察等内容。
第三章介绍了曲线绘制命令的使用方法，包括绘制点、线、圆弧、样条、圆、椭圆、矩形、多边形、包围盒、二次曲线等内容。
第四章介绍了曲线编辑命令的使用方法，包括撤消、重做、拷贝、粘贴等基本操作和曲线倒角、曲线修剪、曲线打断、曲线延伸、曲线等距、曲线编修等曲线编辑操作的使用方法。
第五章介绍了图形变换命令的使用方法，包括平移、旋转、镜象、放缩等平面几何变换操作和三维几何变换操作以及转为NURBS、转为网格面等曲线曲面类型转换操作。
第六章介绍了曲面构造命令的使用方法，包括标准曲面、平面、拉伸面、直纹面、旋转面、蒙皮面、边界面、等距面、扫掠面等几何曲面的构造方法。
第七章介绍了曲面编辑命令的使用方法，包括曲面组合、曲面炸开、曲面延伸、曲面裁剪、曲面修补、曲面倒角、曲面编修等几何曲面编辑操作的使用方法。
第八章介绍了与曲面有关的一些曲线的构造方法，包括曲线投影、曲面交线、曲面边界线、曲面流线、曲面上画线、曲线包裹等内容。
第九章介绍了图形的测量与查询方法，包括属性查询、测量点、测量距离、测量角度、测量曲线长度、测量曲面面积等内容。
第十章介绍了SurfMill支持的外部文件格式及相应的文件输入输出方法。
第一章 曲面造型工具
SurfMill 2.0软件是在JDPaint系统平台基础上开发出来的插件模块，它由曲面造型工具和刀具路径工具两个状态环境组成。运行SurfMill 2.0，首先必须在JDPaint 5.0下加载SurfMill 2.0插件模块。目前，SurfMill 2.0软件主要包含下列四个部分模块：
三维造型环境 曲面造型模块 曲面加工模块 刀具路径编辑
曲面造型工具提供了曲面造型的三维工作环境，三维线框造型、几何曲面构造与编辑等命令操作都必须依赖该环境才能正常运行。在曲面造型工具状态下，可以进行三维图形对象选择、快速变换、绘制曲线、构造曲面等操作。
启动JDPaint 5.0后，点击状态工具栏中的曲面造型工具
按钮，系统进入曲面造型工
提供曲面模型的三维造型环境和三维线框造型功能。 提供几何曲面创建与编辑功能。 提供曲面模型的刀具路径自动编程功能。 提供刀具路径轨迹编辑功能。 -2-
第七章 三维变换
具状态，位于界面右侧导航工具栏的状态如图1-1所示。
图1-1 曲面造型工具导航工具栏
参数定义：
微调距离 使用键盘快速平移对象时的调整距离。系统默认值为1mm，可通过键盘输入来增大或减小这个数值。 定义当前绘图平面的深度值。 当前绘图平面为XY平面时，该选项的值为Z轴绘图深度； 当前绘图平面为XZ平面时，该选项的值为Y轴绘图深度； 当前绘图平面为YZ平面时，该选项的值为X轴绘图深度； 说明：该值仅对鼠标点输入方式有效，对键盘点输入方式无效 按指定对象类型选择对象。 按指定对象类型显示或者隐藏对象。 按指定对象类型显示或者加锁对象。 用于系统用户坐标系的设置、创建、修改以及管理。 用于定义图形显示的角度，即图形观察视角。 用于创建、管理图层对象。 Z向深度 选择 显示 加锁 坐标系 视角 图层
本章主要叙述三维造型环境下的一些通用对象操作功能，主要有以下内容：
? ? 系统支持的对象类型 ? ? 对象的拾取与选择 ? ? 对象的快速变换 ? ? 对象的显示与隐藏 ? ? 对象的加锁与解锁 ? ? 对象的图层管理 ? ? 系统设置
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第七章 三维变换
1.1系统支持的对象类型
在进行三维造型环境介绍之前，有必要了解SurfMill系统能够对哪些类型对象进行操作处理。我们知道JDPaint系统可以支持二维图形、图象、文字、艺术变形等对象。与JDPaint系统不同，SurfMill软件主要面向的工业产品、模具、鞋模、小五金等雕刻加工行业，这些行业有标准的图纸设计，产品设计精度要求高，要求设计出几何模型能够满足行业的精度标准。因此，SurfMill软件在图形对象支持上与JDPaint系统有较大的区别，主要支持以下的对象类型可供操作，如表1-1所示，这些对象共同组成各种复杂的图形文件。
表 1-1 系统支持的对象类型
对象类型 点 曲线 类型描述 空间的三维点。 空间三维曲线，即单段曲线。 SurfMill支持的曲线类有：直线、圆弧、非均匀有理B样条曲线（NURBS曲线）、三维折线、等距曲线和曲面边界线。 组合曲线是由首尾相连的曲线连接而成的。它与JDPaint系统中多义线相似。 SurfMill系统支持精确表达形体的几何曲面模型和非精确表达形体的网格曲面模型。精确几何曲面类型有：直纹曲面、旋转曲面、NURBS曲面和等距曲面。非精确曲面类型有：网格曲面和点云曲面。 组合曲面是由多张边界相连的曲面组合而成的曲面对象。 刀具走刀的路线对象。 刀具走刀的路线对象集合。 用户坐标系是空间精确定位的主要工具。三维曲线的设计打样工作一般都在某一空间平面上进行，这空间平面就是绘图平面，也称工作平面。绘图平面建立在工作坐标系上，常用的绘图平面主要有XY平面、XZ平面和YZ平面。线框设计要求绘图平面及其相应的工作坐标系有方便灵活的定义和切换。 图形集合 组合曲线 几何曲面 组合曲面 刀具路径 刀具路径组 用户坐标系 图层
1.2对象的选择
对象的选择是三维造型环境下常用的操作，也是熟练应用SurfMill系统的基础。在SurfMill系统中，我们把对象的选择与对象的拾取加以区分：
? ? 对象的选择：指工具命令状态下对图形对象的选择，包括点选、框选和按指
定类型选择等功能。SurfMill系统中大部分的命令首先都要进行对象的选择； ? ? 对象的拾取：指在常规命令过程中要求拾取一个操作对象的过程，往往是一
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第七章 三维变换
个点选操作。
通常地，二者在SurfMill系统中没有本质的区别，只是在不同对象操作过程中，叫法不同而已。目前，SurfMill系统有四种对象选择的方法：
? ? 点选 ? ? 窗选
? ? 曲线串链拾取 ? ? 按对象类型选择
1.2.1点选
在SurfMill中，对象被选中之前都有相应的提示光标，不同的光标代表将拾取到不同的对象。
将鼠标移动到指定的对象上，单击鼠标左键，对象被选中。如图1-2所示对图形的点选。点选也被称为点拾取。
提示拾取点。 提示拾取曲线。 提示拾取曲面。 提示拾取绘图平面。 提示拾取刀具路径。 提示拾取指定对象的颜色。
图 1-2 对象点选
1.2.2窗选
在窗口空白处按住鼠标左键，拖动鼠标形成一个蓝色的矩形线框，以鼠标点击的位置为相对点，鼠标可以向左移动，也可以向右移动，如图1-3所示。
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