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Capítulo 10: Diseño Asistido por Ordenador en 3D.

Autor: José Mª Altemir Grasa.

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Capítulo 10:DISEÑO ASISTIDO POR ORDENADOR EN 3D

1. INTRODUCCION.

1.1.- IMPORTANCIA DEL DIBUJO EN EL DISEÑO.

Para diseñadores de productos el dibujo tiene que transmitir información acerca de

complejas formas tridimensionales, dotando de personalidad y facilidad de uso a nuevos

productos, quizá desconocidos para el consumidor. Por ello, el dibujo del diseñador de productos

tiene tres funciones principales:

es un medio para exteriorizar pensamientos y clasificar problemas multifacéticos;

es un medio de persuasión que vende la idea a los clientes y les confirma que sus

instrucciones están siendo satisfechas;

es un método para comunicar información completa e inequívoca a los responsables de

fabricación, montaje y comercialización del producto.

Además, una vez diseñado el producto, es posible que el diseñador tenga que presentar

nueva información gráfica, ilustraciones técnicas o animaciones, a modo de instrucciones de

uso para el usuario o para el propio marketing de la empresa.

El diseño asistido por ordenador (CAD de las siglas Computer Aided Desing) es un

instrumento más, aunque sumamente eficaz y polifacético, de que dispone el diseñador, para ser

utilizado cuando y como sea conveniente. El CAD puede integrarse en todas las etapas del

proceso de diseño, como una tecnología idónea con un enorme potencial para modificar el oficio

del diseñador, restituyéndole el control y la amplitud de percepción sobre los diseños, que le

estaba negado desde que las demandas de la Revolución Industrial condujeron a la división del

trabajo y a la fragmentación del ciclo diseño-producción.

Dibujo Industrial.


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Paradójicamente, el CAD resultará un beneficio contradictorio para el diseñador. Por una

parte, acelerará, aliviará y concatenará el proceso, pero simultáneamente lo volverá más

responsable de la totalidad del diseño. Con esta herramienta, el diseñador tiene que trabajar

arduamente para resolver por adelantado los posibles problemas de producción, sin dejarlos para

que más adelante los herede y resuelva el modelista.

1.2.- EL CAD Y LA FUNCION CAMBIANTE DEL DISEÑADOR.

Con toda probabilidad el diseño asistido por ordenador es tan viejo como los tubos de

Neper. Casi todos los sistemas CAD actuales derivan del Sketchpad, un programa informático

desarrollado en 1963 y basado en la tesis doctoral de Ivan Sutherland en el Massachustts Institute

of Technology. El Sketchpad tenía muchas de las características esperadas en los sistemas

modernos de dibujo bidimensional. Sutherland también introdujo el concepto de las estructuras de

datos con el fin de que los elementos usados comúnmente pudieran almacenarse en "bibliotecas"

y ser llamados cuando fueran necesarios para nuevos dibujos. Nunca sería menester, insistió,

hacer dos veces lo mismo.

El CAD acelera el ciclo diseño-producción sacando más rápido al mercado productos

mejores, dando a las empresas que lo utilizan ventaja competitiva en los mercados mundiales.

Puede usarse para unificar las variadas etapas del proceso de diseño, allanando en una

ininterrumpida transmisión de ideas, el camino de las en otro tiempo separadas fases que van del

diseño conceptual a los medios visuales, maquetas, dibujos de piezas. Con la creciente capacidad

y un control más firme del manejo, las empresas pueden aprovechar la oportunidad de abrir

nuevos mercados y obtener productos más diversificados y mejor orientados.

Con dibujos más limpios, legibles y precisos - en especial si desde el principio de un

proyecto se emplea el modelado sólido en tres dimensiones-, el CAD elimina la ambigüedad de los

diseños, además de proporcionar a los diseñadores la confianza de que no estará en juego la

totalidad de sus conceptos mientras recorren la senda decreciente del proceso diseño-producción.

El CAD significa más comunicación entre técnicos, diseñadores, administrativos, personal de venta

y de oficina.

Pese a un recelo común entre los usuarios, el CAD no parece ahogar la creatividad; por el

contrario, dota al diseñador de tiempo para intentar hipotéticas soluciones alternativas. Se lo puede

integrar con programas de análisis, simulación y evaluación para probar la validez de un diseño y

verificar si satisface las expectativas de rendimiento, lo que permite detectar y eliminar posibles



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fallos de diseño sobre la pantalla y no en la fábrica. Tal vez no se elimine la necesidad de realizar

prototipos, pero se requerirán menos y los que haya que hacer se aproximarán más al objeto real.

Y a medida que se vuelva más importante para la industria fabril una legislación sobre fiabilidad de

productos, han de encontrarse nuevos métodos para ayudar a los diseñadores a evitar errores,

predecir y eludir escollos en potencia, y controlar la elevada cantidad de datos complejos

relacionada con la fiabilidad y la seguridad del producto.

2. MODELADO GEOMETRICO.

Los sistemas CAD que permiten el diseño de objetos tridimensionales (diseño de piezas

mecánicas, diseños en chapa, en plástico, diseños de obra civil, arquitectura y urbanismo, etc.)

pueden llegar a ofrecer al usuario las siguientes prestaciones:

a) En un módulo de preproceso, se define interactivamente la forma tridimensional del objeto

o conjunto de objetos a diseñar. El ordenador almacena un modelo tridimensional completo del

mismo, que permite la generación de cualquier vista (diédrica, axonométrica, perspectivas), así

como secciones, detalles y planos. Asimismo, el modelo de representación tridimensional contiene

la información necesaria para el cálculo de las propiedades geométricas del objeto que se está

diseñando: superficie, volumen, peso, centro de gravedad, momentos de inercia, etc.

b) En una segunda fase de proceso, se utiliza el modelo obtenido para realizar cálculos y

simulaciones más complejos, como pueden ser el cálculo de tensiones por elementos finitos, o la

simulación del comportamiento aerodinámico en el caso del diseño de carrocerías, perfiles de avión,

etc.

c) En una tercera fase se pueden visualizar gráficamente los principales resultados de los

programas de cálculo. Si no son correctos, el usuario incidirá sobre la forma del objeto, modificando

el modelo y repitiendo el proceso; si en cambio ya son aceptables, el sistema podrá generar

automáticamente una cinta de control numérico para la generación automática de un prototipo del

objeto diseñado.

2.1.- EL MODELO DE ALAMBRES.

En realidad, sólo es posible obtener todo tipo de proyecciones del objeto diseñado si el

ordenador almacena información tridimensional. Uno de los sistemas, sin duda el más sencillo, es el

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llamado modelo de alambres. En él, el ordenador dispone de las coordenadas en el espacio de

todos los vértices del cuerpo, junto con información de qué pares de vértices se encuentran unidos

mediante aristas. Mediante sencillas transformaciones geométricas de proyección, se puede

obtener cualquier vista del objeto. Sin embargo, no permite la producción de secciones y vistas con

eliminación de partes ocultas.

Figura 10.1.- Objeto definido en modelo de alambre.



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2.2.- EL MODELO DE FRONTERAS.

En este sistema se amplía la información que almacena el modelo de alambres, incluyendo

datos de las caras del objeto.

El modelo de fronteras contiene toda la información tridimensional y posibilita todo tipo de

operaciones y representaciones realistas del sólido.

Una de las técnicas más utilizadas en los sistemas de modelado geométrico para la creación

de nuevos sólidos es el llamado método de barrido (sweep). Con este sistema, el usuario genera el

objeto tridimensional mediante traslaciones o rotaciones de caras planas que dibuja en pantalla.

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Figura 10.2.- Objeto definido en modelo de fronteras.

2.3.- REPRESENTACION MEDIANTE OCTTREES.

Aparte del modelo de fronteras, existe otra gran familia de esquemas de representación en

los que se divide el espacio en una serie de celdas, y para cada una de ellas se guarda información

de si es interior o exterior al objeto.

Una mejora que reduce considerablemente la memoria necesaria consiste en la codificación

mediante "octtrees" (o árboles octales). El espacio se divide en cubos, pero no todos son del mismo



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tamaño. El espacio cúbico inicial que contiene el objeto a diseñar se divide en 8 octantes, y para

cada uno de ellos se analiza si es blanco (exterior al objeto), negro (interior) o gris (en parte interior

y en parte exterior). Se vuelven a dividir en 8 octantes sólo estos últimos nodos grises, hasta llegar

a nodos blancos o negros o bien alcanzar la mínima división. La ocupación de memoria es

generalmente mucho más alta que en el modelo de fronteras, y todavía se tiene el problema de una

representación escalonada en la superficie del objeto.

Figura 10.3.- Diseño mediante el modelo de octtrees.

2.4.- REPRESENTACION MEDIANTE MODELADO SOLIDO.

En los sistemas que usan el modelo de geometría constructiva de sólidos (CSG), en vez de

generar volúmenes a partir de caras, el usuario puede combinar sólidos elementales (prismas,

cilindros, conos y esferas), moldeando con ellos la forma del cuerpo final. Las operaciones que

puede realizar con estos sólidos primitivos son: 1) Traslación, escalado y rotación, para situar las

primitivas en la posición adecuada; 2) unión; 3) intersección; 4) diferencias.

Estos sistemas almacenan únicamente las primitivas utilizadas y el conjunto de operaciones

que se ha realizado con ellas. Así, en la generación del objeto, de la figura 10.4, el usuario ha

empezado uniendo un paralelepípedo y un cilindro; restando de este conjunto otro cilindro

concéntrico al primero consigue practicar un agujero; finalmente, la parte central puede desaparecer

si restamos un paralelepípedo de dimensión adecuada. La información que guarda el sistema es

únicamente:

- Las dimensiones de las primitivas utilizadas.

- La localización espacial de las mismas.

- Un árbol con las operaciones realizadas: unión, diferencia, intersección.

La representación interna es mucho más compacta que cuando se utiliza el modelo de

fronteras o los octtrees. Existen algoritmos para el cálculo de propiedades volumétricas, al igual que

en los métodos de enumeración espacial: únicamente es necesario combinar las propiedades de los

sólidos primitivos. Por otra parte, las operaciones booleanas entre objetos se reducen a combinar

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los dos árboles CSG para producir el árbol final. Ahora bien, en la actualidad sólo existen algoritmos

aproximados para la visualización directa de árboles CSG en tiempo real.



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Figura 10.4.- Representación mediante modelado sólido.

3. OPERACIONES EN 3D.

3.1.- ORDENES DE VISUALIZACION.

*ELEV:

Esta orden permite especificar la elevación y la altura propia de objetos actuales.

Todas las entidades que se dibujen a partir de la orden ELEV asumirán como una

característica más los valores por ella indicados, hasta el momento en que éstos se cambien

empleando de nuevo la orden. Cada vez que una orden precise introducir una coordenada Z, se

adopta por defecto el valor de la elevación actual.

Comando: ELEV

Nueva elevación actual <>:

Nueva altura de objeto actual <>:

Figura 10.5.- Vista normal y tridimensional.

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También pueden fijarse para un objeto ya dibujado pulsando el botón de propiedades en la

barra de herramientas (propiedades de los objetos) y modificar los datos en la ventana de

diálogo.

*PTOVISTA: Menú.- Ver/Pto Vista 3D

Con esta orden se puede determinar el punto de vista a partir del cual se desea observar el

dibujo. Una vez que se ha especificado el punto de vista, el Paquete Gráfico regenera el dibujo

proyectando las entidades de manera que aparezcan tal como se verían a partir de la dirección del

infinito del punto de vista elegido.



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Se puede introducir los valores del punto de vista por :

SELECCION: Donde se especifican, por el cuadro de diálogo Parámetros pto.vista, los ángulos

que forma el punto de vista en el plano X_Y respecto al eje X y el ángulo con el plano X-Y.

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ROTACIÓN (PTOVISTA: Se solicitan numéricamente los mismos ángulos que en el caso

anterior.

TRIPODE: Se presenta en la pantalla una brújula y un trípode mediante los cuales se

especifica como se quiere visualizar el objeto. La brújula que se encuentra en la esquina superior

derecha de la pantalla es una representación simbólica de una esfera. Su centro corresponde al polo

norte; el círculo interior corresponde al ecuador; el círculo exterior corresponde al polo sur. Dentro de

la brújula se distingue un pequeño retículo que se puede ubicar en cualquier punto de la "esfera"

mediante el dispositivo señalador. Este desplazamiento produce una rotación correspondiente de los

ejes del sistema de referencia.

Figura 10.6.- Definición de la brújula para seleccionar el comando VPOINT.



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VECTOR: Se indica numéricamente las coordenadas X, Y y Z del punto de vista.

El menú desplegable y la barra de herramientas suministran automáticamente los siguientes

puntos de vista: Planta en diferentes SC, Superior, Inferior, Izquierdo, Derecho, Frontal, Posterior y

los Isométricos SO, SE, EN y NO.

* OCULTA: Menú.- Ver/ Ocultar. Barra: Render

Determina la eliminación de líneas ocultas. Tras la ejecución de la orden la pantalla queda

vacía durante cierto tiempo, según la complejidad del dibujo. Luego se redibuja el dibujo sin las

líneas ocultas.

* SOMBRA: Menú.- Ver/ Sombra.

Mediante esta orden se obtiene una representación sombreada del objeto. No confundir esta orden

con la opción de sombreado=rayado.

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* _DVIEW (VISTADIN):

Esta orden usa los términos "cámara y objetivo", que permiten determinar cualquier punto

de vista. La "línea de mira" viene representada por una línea que va desde la cámara al centro del

objetivo.

El formato de la orden es el siguiente:

Comando: _DVIEW.

Designar objetos:

Cámara/Objetivo/dIstancia/Puntos/eNcuadre/Zoom/lAdeo/deLim/Oculta/DES/desHacer<Salir>:

Si a la pregunta "Designar objetos:" se da una respuesta nula (RETURN), el paquete

gráfico buscará en el dibujo un bloque denominado "DVIEW-BLOCK", visualizándolo y alineándolo

con los ejes del SCP actual. Si este bloque no ha sido encontrado, automáticamente creará uno

formado por una casa con una ventana, una puerta principal abierta y una chimenea, tal como se

muestra en la figura 10.7.

Figura 10.7.- Visualización del bloque DVIEWBLOCK .

Cámara: Gira la cámara alrededor del objetivo con el cursor, o solicita el ángulo desde al

plano XY. Se supone encerrada en una semiesfera, de forma que puede girar 360º en el sentido

horizontal y 180º en el sentido vertical.

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Objetivo: Gira el objetivo alrededor de la cámara. Su forma de trabajo es similar a la opción

Cámara, a excepción de que en esta opción se indicarán ángulos de rotación del objetivo.

Distancia: Permite indicar la distancia de separación entre la cámara y el objetivo.

La escala-guía está graduada desde 0x a 16x, donde 1x es la distancia actual. Desplazando

el cursor hacia la izquierda se acercará la cámara al objetivo y se alejará en caso de desplazarlo a la

derecha.

Puntos: Debe ser la primera opción en seleccionarse, ya que designa el centro de

atención del objetivo o punto de destino (hacia donde se quiere mirar) y la situación de la cámara.

Encuadre: Desplaza la imagen sin variar el factor de visualización.

Zoom: Permite ajustar la distancia focal del objeto a la cámara, modificando

el campo visual y apareciendo más o menos objetos. La distancia por defecto está

situada a 50 mm. , simulando la visualización de una cámara de 35 mm.

Ladeo: Gira el objetivo alrededor de la línea de visión establecida.

Delimita: Esta opción permite situar unos planos (traseros o delanteros)

perpendiculares a la línea de mira que actúan a modo de paredes invisibles, ocultando

todo lo anterior al plano delantero y todo lo posterior al plano trasero.

Oculta: Elimina líneas ocultas.

DES: Desactiva la perspectiva cónica.

Deshacer: Anula la última orden.

* _DSVIEWER (VISTAAEREA): Menú.- Ver/Vista aérea. Barra:Estándar

Proporciona una vista del dibujo en una ventana distinta, como la mostrada, para facilitar el

desplazamiento por el mismo.



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3.2.- SISTEMAS DE COORDENADAS.

Hasta ahora, se ha utilizado un único sistema de coordenadas, que era el universal (SCU o

UCP en la versión inglesa). En este sistema el plano de trabajo era siempre el X-Y o planos paralelos,

y las elevaciones y altura de objetos se tomaban sobre el eje Z (perpendicular a dicho plano).

También el usuario puede definir un sistema de coordenadas cualquiera, es decir, un Sistema

de Coordenadas Personal (SCP). El punto de origen del nuevo sistema puede ser un punto

cualquiera del espacio, el plano X-Y puede ser cualquier plano en 3D y la orientación de los ejes X e

Y puede ser la que se quiera dentro de este plano. Con la condición de que los tres ejes del SCP

(Sistema de Coordenadas Personal) definido por el usuario sean perpendiculares entre sí.

Una vez establecido el nuevo SCP, las coordenadas de todos los puntos quedan referidas al

nuevo sistema. Sin embargo, también es posible introducir coordenadas referidas al sistema universal

sin tener en cuenta el SCP actual. Para ello basta introducir un (*) delante de los valores numéricos.

*5,6.5,4.95

@*15<60

@*5,0,4.5

*SIMBSCP (_UCSICON): Menú.- Ver/Visualización/Icono SCP

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Esta orden permite controlar la visualización del icono del Sistema de Coordenadas Personal

actual.

Este icono presenta las siguientes características:

Una letra U aparece en el brazo de la Y cuando el SCP actual es el Sistema Universal.

Si el icono está localizado en el origen del actual SCP, aparece un signo + en la intersección

de los ejes.

Si en el punto de vista adoptado se está mirando al SCP actual desde arriba se forma una

caja en la base del icono. La no presencia de esa caja significa que se está mirando al SCP desde

debajo.



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Command: SIMBSCP

formato: ACT/DES/ Todas/Sin origen/Origen<ACT>:

La opción ACT hace que aparezca el icono y se visualice en la ventana actual.

La opción DES elimina la visualización del icono en la ventana actual.

La opción Todas permite cambiar los iconos de todas las ventanas definidas en pantalla,

opción que se verá más adelante.

La opción Sin origen (S) sitúa el icono de la ventana actual en su esquina inferior izquierda

independientemente de que sea o no el origen.

La opción Origen (O) hace que el icono de la ventana establecida como actual se sitúe en el

origen (0,0,0) del SCP actual. Si el origen cae fuera de la ventana se situará en la esquina inferior

izquierda.

*_UCS: Menú.- Herr.

Barra:

Es la orden para definir un nuevo Sistema de Coordenadas Personales o restablecer uno ya

existente. Siguiendo el orden de los iconos se definen los siguientes casos:

SCP: Controla los Sistemas de Coordenadas Personales. Engloba la mayor parte de las

opciones accesibles con el resto de los iconos. Se le invoca como _UCS en la línea de

comandos.

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Mostrar cuadro de diálogo SCP. Muestra el siguiente cuadro de diálogo:

SCP guardados. Herr.-SCP Guardado: Gestiona los Sistemas de Coordenadas Personales

con el cuadro de diálogo que permite: selección como actual, suprimir, listar datos, cambiar el

nombre.

SCP ortogonal : Selecciona un Sistema de Coordenadas Personal cambiando por el cuadro

de diálogo el SCP actual.



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Nuevo: Seleccionar un nuevo origen de SCP

Nuevo/ejeZ: Se designa el origen y la dirección positiva del eje Z. Los ejes X e Y se

establecen por defecto.

Nuevo/3p: El primer punto especifica el origen del nuevo SCP; el segundo, el eje X positivo y

el tercero el plano para situar el eje Y positivo. El eje Z se define conforme a la regla de la mano

derecha.

Nuevo/oBjeto: Se utiliza para definir un nuevo sistema con la orientación de la altura del

objeto marcado. El nuevo origen y el eje X vendrán dados según el objeto marcado.

Nuevo/Cara: Designa la cara como origen del plano XY

Nuevo/Vista: Determina un nuevo SCP cuyo plano X,Y es perpendicular a la línea de mira

del punto de vista actual o sea paralelo a la pantalla. El origen permanece intacto.

Nuevo/X/Y/Z: Los tres últimos iconos permiten indicar un nuevo SCP mediante el giro del

SCP actual alrededor del eje especificado.

Previo: Restablece el anterior SCP.

Universal: Transforma el SCP actual en el Sistema de Coordenadas Universales.

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3.3.- CONTROLES DE PANTALLA.

La parte de pantalla donde se visualizan los dibujos se puede dividir en varias ventanas,

visualizándose en cada una de ellas la parte del dibujo requerido.

En la "ventana principal", identificada por un recuadro grueso alrededor de ella, se

visualizará el cursor del dibujo y se podrán introducir puntos o designar objetos. En el resto de las

ventanas el cursor aparecerá a modo de flecha inclinada.

*_ Vports (VIEWPORTS): Menú.- Ver/ Ventanas en mosáico.

Determina cuantas ventanas se desean tener simultáneamente en la pantalla y la

disposición de las mismas. El menú desplegable admite las siguientes opciones:

Ventanas guardadas: Permite acceder a ventanas que hayan sido previamente definidas y

almacenadas.

Nuevas ventanas.- Permite seleccionar la disposición de las ventanas gráficas por el cuadro

de diálogo siguiente.



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Las regeneraciones y redibujados normalmente sólo afectan a la ventana establecida como

actual. Para evitar esta limitaciòn, se dispone de las órdenes REGENT y REDIBT que provocan un

regenerado o redibujado de todas las ventanas a la vez.

3.4.- LINEAS Y SUPERFICIES EN 3D.

La línea 3D se activa con la orden LINEA y, en este caso, cada punto tiene tres coordenadas

X , Y, Z. Es posible utilizar los filtros: .X, .Y, .Z, .XY, .XZ, .YZ y .XYZ.

Respondiendo con uno cualquiera de estos filtros, se visualiza la preposición "de" y pide la

introducción del punto al que se va a aplicar ese filtro. Una vez hecho esto, se almacena la(s)

coordenada(s) filtradas y si falta alguna las pide visualizando un mensaje (falta coordenada), por

ejemplo:

Del punto: .XY

de (se introduce el punto)

(falta Z): (Valor de Z o nuevo punto).

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* _3DPOLY: Menú.- Dibujo/ Polilínea 3D.

Esta orden permite construir una polilínea en tres dimensiones. Su formato es muy similar al

de dos dimensiones, pero se han eliminado algunas opciones como la de grosor o la posibilidad de

introducir segmentos de arco.

Comando: _3DPOLY.

Formato: Cerrar/ desHacer/ <punto final>:

La orden Cerrar aparece cuando se superponen dos puntos en vista, cerrarlo y construir un

polígono único.

La orden polilínea en tres dimensiones así generada es una única entidad que después

puede ser editada (PEDIT). Esto permite de hecho construir curvas alabeadas en el espacio sin más

que emplear la opción de adaptar curva.

* _PEDIT: Menú.- Modificar/Polilínea. Barra: ModificarII

Esta orden sirve para editar polilíneas en 3D y también superficies.

Comando: _PEDIT.

Formato: Designar polilínea.

Dependiendo del tipo de objeto que se designe, las

características y funcionamiento de la orden serán distintas.

Polilínea 2D.

Si el objeto designado es una polilinea 2D, el formato es:

[Cerrar/Juntar/Grosor/Editar

vértices/curVar/Spline/estadoPreviocurva/generarTlinea/desHacer]

Polilínea 3D.



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Si el objeto designado es una polilínea en 3D, aparecen las siguientes opciones dentro del

formato de la orden:

Cerrar/Editar vértices/curva Spline/estadoPreviocurva/desHacer/:

Las diferentes opciones funcionan de la misma manera que las correspondientes para

polilíneas 2D. En el submenú de Editar vértices falta la posibilidad de dar grosor a cada segmento y

la opción Tangente.

sigUiente/ Precedente/ Cortar/ Insertar/ Desplazar/ Regenerar/ Alisar/ Salir/ <U>:

Por tanto, se puede cerrar una polilínea 3D abierta o abrir una cerrada. También se puede

alisar entre dos vértices, cortarla, desplazar los vértices de posición o insertar nuevos.

Por último, se puede convertir la polilínea en una curva Spline en 3D, lo que de hecho

permite la construcción de curvas alabeadas en el espacio.

Tipos de curvas.

Existe una variable del sistema que controla el tipo de curva que se va a generar con curva

B. Esta variable es SPLINETYPE y sus valores pueden ser:

5 = se genera una curva cuadrática de tipo B.

6 = se genera una curva cúbica de tipo B.

La curva-B cuadrática ofrece una aproximación aún mayor que la cúbica a los vértices de la

polilínea original.

El valor por defecto es 6, y para cualquier otro valor distinto de 5 que se introduzca, se

adopta el valor 6. La precisión de aproximación a la curva es controlada por la variable

SPLINESEGS.

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Figura 10.8.- Polilínea 3D. Opción curva-B.

* _SOLID: Menú.- Dibujo/Superficies/Sólido 2D. Barra:Superficies

Solicita 4 puntos en 2D para definir un cuadrilátero relleno. Si los puntos son secuenciales el

resultado es dos triángulos opuestos por el vértice.

* 3DCARA (3DFACE): Menú.- Dibujo/Superficies/Cara 3D. Barra:Superficies



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Crea una cara cuadrangular en 3D, la introducción de puntos debe realizarse en sentido

horario. La visibilidad de los lados se modifica con la orden EDGE (LADOS) .

El comando PCARA genera una malla de caras poligonales de cualquier número de lados.

Para crear la malla se especifican las coordenadas de todos los vértices y a continuación se indican

ordenadamente los números de vértice de cada una de las caras. Si se desea que un lado sea

invisible, se indica el número del vértice con un valor negativo. Ejemplo: Cara3, vértice 3:-7.

Existe la posibilidad de diseñar en 3D superficies geométricas directamente:

Barra:Superficies

Las indicadas en los iconos anteriores son: prisma rectangular, cuña, pirámide, cono, esfera,

cúpula, cuenco y toroide.

* 3DMALLA (3DMESH): Menú.- Dibujo/Superficies/Malla 3D. Barra: Superficies

Permite definir una malla tridimensional con indicación del tamaño y el emplazamiento de

cada vértice.

El formato de la orden es la siguiente:

Comando: 3DMALLA.

Tamaño M de la malla.

Tamaño N de la malla.

Vertice (m,n).

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Figura 10.9.- Ejemplo del comando 3DMALLA.

La orientación de las direcciones M y N en el espacio depende de dónde sitúe el usuario sus

vértices. Este debe establecer ambas direcciones como referencia en la malla que desea generar

para saber después en qué orden introducir los vértices.

* SUPREGLA (_RULESURF): Menú.-Dibujo/Superficies/Sup. Reglada. Barra: Superficies

Genera una malla cuya representación es la comprendida entre dos curvas.

Es necesario dibujar las dos entidades que definen los lados de la superficie reglada, pudiendo ser

estas líneas, arcos, círculos o polilíneas en 2D o 3D. Si uno de los vértices dados fuese un límite

cerrado (es el caso de un círculo o de una polilínea cerrada) el otro vértice también deberá ser

cerrado.

Ejemplo:

Comando: SUPREGLA.

Selecione la primera curva:

Seleccione la segunda curva:



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Figura 10.10.- Ejemplo del comando SUPREGLA.

La dirección M de la malla se alinea a lo largo de las curvas de definición

(directrices). La dirección N está orientada en el sentido de la línea generatriz.

La dirección N de la superficie generada tiene siempre dos vértices, mientras que el número

de vértices de la dirección M está controlado por el valor de la variable del sistema SURFTAB1.

Cuanto mayor sea este valor, mayor número de caras se generarán y la superficie será más precisa.

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Las caras de la superficie comienzan a generarse en el extremo más próximo al punto de

designación de las curvas de definición. Si se designan ambas curvas en puntos de extremos

distintos puede ocurrir que la superficie reglada se cruce consigo misma.

* SUPTAB (TABSURF): Menú.-Dibujo/Superficies/Sup. Tabulada. Barra:

Superficies

Genera una malla que representa una superficie definida por un camino y un vector de dirección.

Ejemplo:

Comando: SUPTAB.

Designe el perfil:

Designe el vector de dirección:

Figura 10.11.- Ejemplo del comando SUPTAB.

La dirección N de la malla es la del vector generatriz. La dirección M está alineada a lo largo

de la curva indicatriz. El número de vértices en la dirección M es siempre de 2.

La variable SURFTAB1 controla la densidad o precisión de la malla en la dirección M. Para

ello divide la curva directriz en un número de intervalos iguales, según el valor de la variable. Si la

curva directriz es una polilínea a la que no se ha adaptado curva, los segmentos rectos generarán

caras en todos sus vértices, y los segmentos de arco se dividirán en intervalos según el valor de



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SURFTAB1. Esto quiere decir que el número de caras generadas será muy superior al valor de

SURFTAB1 en el caso de que la polilínea tenga muchos segmentos de arco.

* SUPREV (REVSURF):Menú.-Dibujo/Superficies/Sup. Revolución. Barra:

Superficies

Crea una superficie de revolución al girar un perfil dibujado alrededor de un eje,

designándose el perfil, el eje y los ángulos inicial y final de rotación.

Ejemplo:

Comando: SUPREV.

Designe el perfil:

Designe el eje de rotación:

Angulo inicial:

Angulo incluido (+=trigon., -=horario) <círculo completo>:

Figura 10.12.- Ejemplo del comando SUPREV.

La trayectoria circular de la directriz al girar alrededor del eje marca la dirección M de la

malla. La densidad o precisión de la malla en esta dirección está controlada por la variable

SURFTAB1.

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Según el valor de la variable SURFTAB2 se divide la curva generatriz en un número de

intervalos para generar las caras de la malla. Si la curva es una polilínea con segmentos rectos sin

adaptar curva, las caras se generan con cada segmento recto, y cada segmento curvo es dividido

según el valor de SURFTAB2.

* SUPLADOS (EDGESURF):Menú.-Dibujo/Superficies/Sup. Definida por lados.

Barra: Superficies

Construye superficies interpoladas entre cuatro lados contiguos, pudiendo ser estos

curvas espaciales generadas. Debido a que esta ejecución no sólo toca cada uno de los lados

definidores, permitirá una definición de la superficie generada.

Deberá marcarse los cuatro lados contiguos que definen la superficie, teniendo la precaución

de que estos formen un polígono cerrado y rectangular.

Ejemplo:

Comando: SUPLADOS.

Designe lado 1:

Designe lado 4:

Figura 10.13.- Ejemplo del comando SUPLADOS.



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Como en todos los casos las variables SURFTAB1 y SURFTAB2 controlan la densidad del

mallado en las direcciones M y N de la malla. La longitud total de cada lado se divide en un número

de intervalos igual al valor de cada variable.

EDICION DE MALLAS.

Las mallas poligonales pueden editarse a través de la orden EDITPOL, ya estudiada, con la

salvedad de que, cuando esta orden es llamada para una malla, aparecen las siguientes opciones:

Editar vértices/ Amoldar superficie/ estado Previo superficie/ cerrarM/ cerrarN/ desHacer / Salir:

Editar vértices:_ Edita los vértices individuales de la malla, visualizando una X en el primer

vértice, y trabajando de la siguiente forma:

Vertice (m,n)

Siguiente/ Previo/ Izquierda/ dErecha/ Arriba/ aBajo/ Desplaza/ Regenera/

Salir :

Para desplazar un vértice se debe llamar a la opción Desplaza y contestar a la pregunta

"Nuevo emplazamiento" con el punto tridimensional hacia donde se desea desplazar el vértice.

Las opciones "Previo" y "Siguiente" sirven para situarse en dicho vértice.

"dErecha" e "Izquierda" avanzan o retroceden a través de la dirección N y "Arriba" o "aBajo"

lo hacen en la dirección M.

La opción "Regenera" visualiza la malla.

Amoldar superficie: Sirve para cambiar la superficie y viene determinada por la variable SURFTYPE,

pudiendo utilizarse los tipos siguientes:

5 Superficie de curva "B" cuadrática.

6 Superficie de curva "B" cúbica.

8 Superficie de Bezier.

Esta última forma no debe tener más de once vértices.

Dibujo Industrial.


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La exactitud de aproximación se controlará con las variables SURFU, que ejerce el control sobre

la dirección M, y SURFV que lo hará sobre la N, siendo el valor por defecto para ambas de 6,

ajustándose estas con la orden SETVAR. Si se diera un valor mayor de 6, la aproximación sería más

exacta, pero ocuparía más espacio en el disco y el tiempo de ejecución sería también mayor.

Estado Previo: Devuelve a la malla los puntos originales.

cerrarM- cerrarN: Cierra las direcciones. Si la malla está cerrada las opciones de "cerrar" son

reemplazadas por las de abrir.

La variable de sistema SPLFRAME controla la visualización de mallas poligonales a las que

se ha ajustado una superficie. El valor por defecto es 0, que quiere decir que se encuentra

desactivada. Si se introduce el valor 1 se activa la variable. En ese caso todas las superficies

amoldadas dejarán de mostrarse en el dibujo. Basta hacer una regeneración y sólo se visualizan las

mallas originales sin amoldar (aunque la información correspondiente a las superficies amoldadas

sigue estando presente en el dibujo).

OPERACIONES EN 3D.

En el menú desplegable Modificar se tienen las siguientes órdenes:

Matriz 3D: Crea una matriz rectangular o polar

tridimensional.

Simetría 3D: Crea una copia simétrica respecto a

un plano arbitrario.

Girar 3D: Gira los objetos respecto a ejes

espaciales.

Alinear: Permite alinear por medio de tres puntos origen y tres puntos destino, caras de objetos 3D.

3.5.- SOLIDOS.

SOLIDOS.

AutoCAD incorpora un modelado de sólidos tridimensional, pudiéndose calcular el volumen,

área, momento de inercia, centro de gravedad y otras características del sólido. La opción sólidos se



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encuentra en el menú desplegable Dibujo/ Sólidos o en la barra de herramientas Sólidos. El

control de la densidad alámbrica se realiza con la variable ISOLINES=10.

Partiendo de formas primitivas básicas es posible construir cualquier objeto tridimensional.

Las primitivas sólidas son:

Prisma rectangular : Genera un paralelepípedo sólido.

Esfera : Genera una esfera sólida.

Cilindro : Genera un cilindro de base circular o elíptica.

Cono : Genera un cono de base circular o cónica.

Cuña :Genera una cuña sólida.

Toroide : Genera un toro sólido.

Extrusión : Genera un sólido por extrusión de un objeto bidimensional a lo largo de una

altura dada con un ángulo (valores positivos hacia el interior y valores negativos hacia el exterior).

Dibujo Industrial.


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Revolución : Genera sólidos por rotación de objetos bidimensionales, alrededor de un

eje.



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3.6.- OPERACIONES BOOLEANAS.

AutoCAD permite construir sólidos por medio de operaciones booleanas de unión, diferencia

e intersección. Son accesibles, entre otras, bien desde el menú desplegable Modificar o desde la

barra de herramientas Editar sólidos.

Dibujo Industrial.


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Unión : Suma sólidos.

Diferencia : Resta sólidos, esta operación no resulta conmutativa, por lo que primero

hay que indicar los sólidos que van a permanecer y luego los sólidos que se van a sustraer.

Intersección : El sólido es la parte común a dos sólidos dados.

3.7.- CORTES Y SECCIONES.

En la barra de herramientas de sólidos, se encuentran las siguientes opciones:

Corte : Corta un grupo de sólidos mediante un plano, con la opción de mantener las

dos partes o sólo una de ellas. El método por defecto para cortar un sólido consiste en especificar

tres puntos que definan un plano de corte y, acto seguido, especificar que lado desea conservar.



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Interferencia : Permite averiguar si dos sólidos se solapan, a diferencia del comando

intersección, aquí no se borran las partes no comunes a los dos sólidos.

Sección : Se obtiene una sección del sólido especificando el plano.

3.8.- ESPACIO MODELO Y ESPACIO PAPEL.

Dibujo Industrial.


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Cuando se trabaja con ventanas gráficas en mosaico se hace en espacio modelo, donde se

crea el dibujo básico o modelo. Si se muestran varias ventanas en mosaico, las modificaciones

efectuadas en una de ellas afectarán al resto. Sin embargo, la ampliación, el punto de vista, la rejilla

y la malla pueden configurarse por separado para cada ventana gráfica.

La primera vez que se cambia a espacio papel, el área de dibujo es un espacio en blanco

que representa el papel donde se organizará el dibujo. En este espacio se pueden crear ventanas

flotantes en las que exhibir vistas diferentes del modelo. En espacio papel, las ventanas flotantes,

que reciben el mismo tratamiento que cualquier objeto, pueden desplazarse o variar de tamaño para

presentar el dibujo como convenga. A partir de la versión 2000 del programa se permite el manejo de

varios “espacios papel” simultáneos, cada uno de los cuales recibe el nombre de “presentación”.

Podemos movernos entre ellos pinchando las pestañas con sus nombres que aparecen en la parte

inferior de la pantalla.

No es obligado dibujar en una única vista en espacio modelo, puesto que se están

manejando ventanas en mosaico. Por lo tanto, se puede crear cualquier combinación de ventanas

flotantes. En espacio papel, también se pueden dibujar objetos, como bloques de títulos o

anotaciones, sin que el modelo se vea afectado.

Debido a que las ventanas flotantes se consideran objetos, no está permitido editar el modelo

en espacio papel. Para trabajar con el modelo en una ventana flotante se deberá conmutar a espacio

modelo.

El resultado es que se podrá trabajar con el modelo mientras conserva toda la presentación

del dibujo visible. Las posibilidades de modificación y alternancia de vistas con las ventanas flotantes

son casi las mismas que con las ventanas en mosaico. Sin embargo, tiene más control sobre las

vistas aisladas. Por ejemplo, se puede desactivar o inutilizar las capas en algunas de las ventanas

sin que las otras se vean afectadas. También se puede activar o desactivar la visualización de una

ventana gráfica o alinear las vistas entre las ventanas gráficas y ajustar su escala en función de la

presentación global.

La variable que controla en qué espacio se está trabajando es TILEMODE, si está activada

se está en espacio modelo, y si está desactivada en espacio papel. También se puede pasar entre

los espacios modelos y papel mediante el botón situado en la parte inferior de la pantalla:



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El icono del espacio papel es:

Se pretende dibujar un conjunto de sólidos formados por un prisma y un cilindro. En primer

lugar se dibujan en el espacio modelo, menú desplegable, Ver/ Espacio modelo mosaico.

Se conmuta a espacio papel (Ver/ Espacio papel hasta versión 14 o TILEMODE=0, o

Dibujo Industrial.


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seleccionando una de las pestañas de presentación en la versión 2002) para obtener una

representación de la salida gráfica del dibujo. Se disponen tres ventanas flotantes con el alzado, la

planta y una perspectiva. Se pasa al espacio modelo flotante seleccionando esta opción en el menú

Ver (versión 14) o pinchando en el interior de cada una de las ventanas insertadas (versión 2002) y

se seleccionan los puntos de vista adecuados. El resultado es el siguiente:

Si las ventanas flotantes se definen en una capa aparte se puede desactivar eliminando la

visualización de los recuadros.

Es importante que las distintas vistas de un dibujo se correspondan unas con otras. Para ello,

en el espacio modelo se ajustarán las vistas con la opción Zoom, de forma que unas y otras se

correspondan.

En el espacio papel, el factor de escala es la relación entre el dibujo trazado y el tamaño real

del modelo. Para calcular la escala, se dividen las unidades del espacio papel por las unidades del

espacio modelo. Es posible utilizar zoom para ajustar la escala de las ventanas gráficas en relación

con las unidades del espacio papel. El factor de escala se indica está relacionado con la escala

actual del espacio papel y la que se desea obtener. Una factor de escala 2XP duplica el tamaño y un

factor de escala 0.5XP lo reduce.



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Como los cuadros de título forman parte de la presentación, por lo común se dibujan en

espacio papel y no en espacio modelo. Cuando en espacio papel se ejecuta MVSETUP se activan

las siguientes opciones:

Alinear/ Crear/ Escala vent. Gráficas/ Opciones/ Bloque Títulos/ desHacer.

Bloque.- Permite introducir un bloque de títulos de los definidos por AutoCAD o por el

usuario.

Crear.- Creamos ventanas flotantes en el espacio papel.

Opciones.- Podrá especificar un nombre de capa para que almacene el bloque de títulos,

establecer nuevos límites para el dibujo, o especificar el tipo de unidades.

Alinear.- Sirve para alinear dos ventanas flotantes.

Con la opción Modificar/ Objeto/ Atributo/ Editar se rellenan los datos del cajetín.

3.9.- RENDERIZADO.

Las opciones de renderizado (RENDER), permiten visualizar imágenes de modelos 3D con

aspecto casi real pudiéndose controlar la iluminación de la representación. Se puede acceder a sus

diferentes funciones desde la barra de herramientas Render o desde la persiana Ver:

Dibujo Industrial.


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• LUCES: Menú.- Ver/Render/Luces. Barra: Render

Para la correcta representación de una imagen es fundamental la iluminación. Al activar la orden

aparece la siguiente ventana de control, donde se puede optar por uno de los tipos de luz y controlar

su intensidad:



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LUZ AMBIENTAL: Aquella que no es emitida por ningún punto de luz en concreto, dando una

iluminación constante a toda la representación. No se puede controlar su emplazamiento, pero si su

intensidad. Suele trabajarse con valores de intensidad próximos a 0.30.

LUZ PUNTUAL: Es una luz emitida desde un foco (como una bombilla) del cual parten rayos de luz

en todas las direcciones. Cuanto más cercano sea un objeto al foco de luz, más iluminado estará.

LUZ DISTANTE: Un punto de luz distante es aquel que emite rayos de luz paralelos en una dirección

(intenta representar la luz solar). La intensidad de la luz es igual en todo el dibujo. Se puede controlar

su dirección y su intensidad pero no la distancia desde el foco de luz a un objeto.

FOCO: Es un tipo de luz distinta a las anteriores, donde se puede controlar el cono de luz.

CONTROL DE LA LUZ: Para calcular el brillo o sombreado que tiene un objeto, se evalúa una

fórmula matemática, basada en los siguientes factores:

Angulo: las caras perpendiculares al foco de luz aparecerán más iluminadas.

Reflectividad: es la dispersión de la luz respecto a la superficie que la recibe.

Distancia: cuanto más alejado está un objeto del foco de luz, menos iluminado estará. La atenuación

responde a una de las siguientes opciones: inversamente lineal a la distancia, inversa al cuadrado de

la distancia, o ninguna (cuando la luz no se atenúa).

• RENDER: Menú.- Ver/Render. Barra: Render

• Para empezar a trabajar con RENDER, se realizará el dibujo en el espacio modelo y se activará la

opción RENDER, eligiendo los parámetros adecuados de la ventana siguiente, o activándola

mediante la orden PREFERENCIAS: Menú.- Ver/Render/Preferencias. Barra: Render

Dibujo Industrial.


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AutoCAD permite la representación en una ventana especial MDI.

* MATERIALES: Menú.- Ver/Render/Materiales. Barra: Render

Debe ser entendido como la característica reflectiva de cada una de las superficies del modelo. Los

datos se seleccionan de los siguientes cuadros.



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Para importar o exportar materiales definidos en un dibujo, a una biblioteca, se seleccionará la

opción Biblioteca de materiales

• MAPEADO: Menú.- Ver/Render/Mapeado. Barra: Render

Significa proyectar una imagen 2D en la superficie del objeto 3D. Los mapas de modelizado

fotorrealístico son imágenes 2D en uno de los siguientes formatos: BMP, TGA, TIFF y JPEG.

En el mapeado están implicados dos pasos: enlazar un material con mapas de bits a un objeto, y dar

coordenadas de mapeado al objeto para que el modelizador pueda colocar los mapas.

Dibujo Industrial.


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El modelizador fotorrealístico permite seleccionar la forma de proyectar una imagen de mapa en un

objeto, los tipos de proyección son: plana, cilíndrica, esférica y sólida.

• ESCENA: Menú.- Ver/Render/Escena. Barra: Render

Las escenas definidas por el usuario, en las que se almacena toda la información de luces asociadas

y puntos de vista, son vistas con esta orden.

Una vez definida una escena, puede modificarse o eliminarse cuando se desee. La modificación de

una escena conlleva el cambio de nombre o la modificación de la vista asociada o de las luces de la

escena.

La figura siguiente representa una escena renderizada de un sólido.



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capítulo 10: diseño asistido por ordenador en 3d · pdf filecapítulo 10:...

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