В современных САПР применяются следующие способы построения графических моделей трехмерных изображений:
- с помощью двухмерных графических примитивов;
- построение, так называемых, проволочных (каркасных) трехмерных моделей;
- построение с помощью набора непрозрачных поверхностей;
- построение с помощью комбинации трехмерных поверхностных геометрических фигур;
- построение с помощью комбинации трехмерных твердотельных геометрических фигур.
Правила построения трехмерных изображений с помощью двухмерных графических примитивов ничем не отличаются от построения плоских изображений методом "электронного кульмана". Для этого в САПР предусмотрен режим вычерчивания изометрических проекций, позволяющий быстро переключаться в любую из трех плоскостей изометрической проекции и в каждой из них выполнять вычерчивание соответствующих двухмерных изображений. Необходимо помнить, что изображение, построенное этим способом, является двухмерным, то есть каждая точка такого изображения имеет две координаты. Поэтому попытки просмотра такого изображения с различных точек зрения приведут к его искаженному виду.
Способ построения каркасной модели трехмерного объекта позволяет получать такие графические модели, которые содержат информацию обо всех графических примитивах трехмерного объекта, расположенного в трехмерном пространстве, то есть строится числовая модель трехмерного объекта, каждая точка которой имеет три координаты, что позволяет перестраивать аксонометрические проекции моделей объектов в различных пользовательских системах координат, а также получать их аксонометрические виды с любой точки зрения или визуализировать их в виде перспективы. Построение чертежей каркасной модели осуществляется путем задания для плоского изображения (то есть изображения, построенного в координатах X и Y) третьей координаты Z с помощью специальной команды, которая в английской терминологии означает: выталкивание, выдавливание, экструзия. В результате плоское изображение при перемещении на заданную высоту по координате Z оставляет след своего движения, образуя при этом каркасную модель. Для задания уровня положения трехмерного графического объекта по координате Z относительно текущей координатной плоскости XY используется соответствующая команда, при выполнении которой перемещения плоского объекта не оставляет следов, а, следовательно, на этом участке не образует каркасной модели.
В САПР имеются команды, осуществляющие построение в пространстве сложных поверхностей, которые отображаются в виде отрезков прямых, покрывающих построенную поверхность (сеть). Средства САПР позволяют генерировать следующие поверхности: вращения, переноса, образованные четырехугольниками, произвольно расположенными в пространстве и соединенными между собой общими вершинами, натянутые на две заданные кривые, натянутые на четыре смыкающиеся граничные кривые, по точкам, произвольно расположенным в пространстве. Для построения поверхности вращения предварительно вычерчивается контур (образующая кривая) и ось, вращением вокруг которой образующей кривой будет образована требуемая поверхность. Образующей кривой могут быть: отрезок, дуга, окружность, полилиния. При построении поверхности переноса предварительно вычерчивается образующая кривая и направляющая прямая, перемещением вдоль которой образующей прямой получают требуемую поверхность. Образующей кривой могут быть: отрезок, дуга, окружность, полилиния, определенная на плоскости или в пространстве. Полученная поверхность представляет собой сеть, состоящую из М линий, параллельных направляющей прямой. Поверхность, состоящая из прямолинейных четырехугольников, объединенных между собой общими вершинами, представляет собой сеть, каждая "ячейка" которой является прямолинейным четырехугольником. Пользователь должен задать координаты каждой из вершин сети, совокупность которых определяется как матрица размером М*N, где М - номер строки, а N - номер столбца. Для построения поверхности, натянутой на две заданные кривые, предварительно вычерчиваются две определяющие кривые, на которые должна быть натянута поверхность. При построении поверхности, натянутой на четыре смыкающиеся граничные кривые, предварительно вычерчиваются граничные кривые, которые должны представлять в пространстве замкнутый контур, причем каждая из граничных кривых должна обязательно представлять отдельный объект. В режиме построения поверхности по точкам, произвольно расположенным в пространстве, строится плоская многоугольная поверхность, представляющая собой сеть, имеющую неограниченное количество вершин, которые вводятся пользователем.
Для построения чертежей трехмерных объектов с помощью комбинации трехмерных поверхностных геометрических фигур в САПР с помощью четырех типов графических примитивов трехмерного пространства (точка, линия, грань и полилиния) созданы графические программы (макросы) для вычерчивания 9 геометрических фигур: призма, конус, чаша, купол, сеть, пирамида, шар, тор, клин. Поскольку поверхности сложных геометрических тел являются, в основном, комбинацией из 9 вышеназванных фигур, последние используются в качестве модулей формируемых изображений, что существенно облегчает сложные построения.
В основе способа построения чертежей трехмерных объектов с помощью комбинации трехмерных твердотельных геометрических фигур лежит идея получения геометрической модели объекта как алгебраической суммы элементарных тел. В этом случае используются элементарные геометрические фигуры, которые, в отличие от ранее описанных, созданных с помощью поверхностей, являются сплошными телами. Это позволило осуществить возможность выполнения трех логических операций при образовании нового тела из нескольких составляющих тел: ОБЪЕДИНЕНИЕ(UNION), ВЫЧИТАНИЕ(SUBSTRACTION), ПЕРЕСЕЧЕНИЕ(INTERSECTION).
Для осуществления возможности визуализации аксонометрических проекций трехмерных изображений объектов в САПР имеется ряд команд, позволяющих пользователю "просмотреть" объект с различных точек зрения.
В настоящее время разработано большое количество САПР с графическими редакторами. Наиболее известным и распространенным в машиностроении является графический редактор графической системы AutoCAD фирмы AUTODESK Ltd.
Использование способа графического редактирования, как показал опыт, позволяет лишь незначительно сократить трудоемкость проектирования (в среднем на 20%). Поэтому применяют его в следующих случаях:
- когда в чертежах многократно повторяются графические фрагменты (например, в схемах);
- когда в чертежи приходится неоднократно вносить изменения, причем доля изменяемой части незначительна;
- в комплексе с методом графического программирования, когда основная часть графического изображения создается с помощью графической программы, а небольшие дополнения (как иногда их называют, "обогащения") вносятся с помощью графического редактора.