MODELADO 3D EN AUTOCAD

Antes de iniciarnos en 3D, se explicará un poco la ventaja principal del modelado en 3D en comparación al dibujo 2D tradicional.

Recordemos que antes de la existencia de programas 3D, el dibujo técnico era una actividad exclusivamente de instrumentos de dibujo (reglas, escuadras, lápices, marcadores, etc.). El proyecto arquitectónico o pieza mecánica se dibujaba en varias vistas (preferentemente en vista de planta, frente y lateral -izquierda o derecha-) y a veces se dibujaba una vista isométrica. Todo esto era una labor tediosa (ya que requería dibujar una vista y realizar proyecciones de líneas para las siguientes) y a la vez muy propensa a cometer errores de medida y de dibujo. Incluso en programas 2D como AutoCAD se debe dibujar de una manera similar pero con la ventaja que no cometemos errores de medida ni tenemos problemas con los trazos. Un dibujo 2D de CAD es algo como esto:

La gran ventaja del modelado en 3D es que nos permite dibujar el modelo en “3 dimensiones”, o sea tal como existe en la realidad y con todos los elementos y detalles necesarios. Ya no se deberá dibujar una vista frontal, superior o lateral, sino que simplemente dibujamos el modelo y para cambiarlo de vista sólo basta con girarlo a lo que necesitemos.

Podemos inferir de esto que la esencia del dibujo tridimensional es entender que la posición de un punto cualquiera en el plano cartesiano se determina por el valor de 3 coordenadas: X, Y y Z. Cada una representa una dimensión del plano tridimensional.

Otra cosa importante en el dibujo 3D es entender lo siguiente:

– Existe un punto de origen (0,0,0).

– En 2D, el eje X se extiende de forma horizontal por la pantalla, su valor será positivo a la derecha del punto de origen y será negativo a la izquierda de este.

– En 2D, el eje Y se extiende de forma vertical por la pantalla, su valor es positivo arriba del punto de origen y negativo debajo de este.

– En 2D, el eje Z se extiende de forma perpendicular a la pantalla y su valor será positivo al apuntar hacia fuera de la pantalla y será negativo dentro de ella.

Preparando la interfaz de AutoCAD 3D:

En este tutorial se enseñarán los comandos básicos del modelado 3D en Autocad, así como herramientas y usos del sistema UCS. Para ello debemos abrir un nuevo archivo (file >> new) y seleccionamos como plantilla el archivo acad3D.dwt:

Al seleccionar la plantilla, La pantalla cambia a  gris y ahora nos muestra por defecto la vista perspectiva, junto a una grilla de referencia.

La pantalla nos queda de la siguiente manera:

Vemos los 3 ejes cartesianos, los cuales están representado por los siguientes colores:

– Rojo: eje X.
– Verde: eje Y.
– Azul: eje Z.

Estos 3 colores son universales para cualquier programa de modelado en 3D sea autoCAD, Rhinoceros, 3DSMAX, Maya, etc.

Nótese que además de la vista perspectiva creada por defecto, los ejes y la grilla de referencia se agrega una nueva herramienta tomada directamente desde 3DSMAX: el cubo de vistas o también llamado viewcube, que nos permite girar las vistas y por ende nuestro modelo tantas veces como se quiera.

Primero debemos equipar AutoCAD con las herramientas adecuadas para el modelado 3D. Podemos realizar esto al abrir el programa ya que elegiremos el espacio de trabajo llamado 3D Modeling en el siguiente menú de AutoCAD:

O en las versiones más antiguas, yendo a: letra A >> tools >> Workspace >> 3D Modeling.

AutoCAD ajustará automáticamente la interfaz para dotarnos de las herramientas más adecuadas para el modelado en 3 dimensiones.

La pantalla nos queda de la siguiente manera:

El entorno de trabajo de AutoCAD 3D (Versión 2013):

Dibujando líneas en AutoCAD 3D:

Las herramientas utilizadas para dibujar en 2D de AutoCAD siguen siendo válidas para el modelado 3D. Podemos dibujar cualquier tipo de líneas en el espacio y estas se reflejarán en la vista perspectiva. Si queremos dibujar las líneas en 3 dimensiones, bastará que agreguemos la tercera coordenada, la cual será el eje en Z. Lo mismo en el caso de las coordenadas polares.

Para aclarar un poco más este concepto, podemos dibujar esta forma:

Ejecutamos el Comando line (o letra L, no sirve polilínea puesto que sólo realiza operaciones en 2D) y luego escribimos:

a) 0,0,0 y luego damos enter.
b) 400,0,0 y luego damos enter.
c) 0,0,400 y luego damos enter.
d) -400,0,0 y luego damos enter.
e) 0,0,-400 y luego damos enter.

Luego apretamos el botón secundario y cancelamos.

La forma resultante está en el eje XZ, tal como se ve en la imagen de arriba.

Como se ve en este sencillo ejercicio, para dibujar en 3D basta con agregar la tercera coordenada. AutoCAD nos permite dibujar fácilmente gracias a que los valores se escriben utilizando el formato del plano cartesiano X,Y,Z.

Podemos intentar construir un cubo alámbrico utilizando los mismos parámetros. Podemos copiar la forma con el comando copiar (CP), seleccionando los objetos y luego escribiendo 0,0,0 para el punto de base, luego escribimos 0,400,0 para la copia y luego cancelamos. Luego activamos los snaps (referencia a objetos) y dibujamos líneas desde las aristas. El resultado es un cubo alámbrico que si bien no es un sólido, está representado en el espacio 3D.

Ícono de snaps (referencia a objetos)

Utilizando esta forma como modelo base, procederemos a girar las vistas mediante el cubo de vistas (viewcube). Podemos seleccionar cada cara del cubo con el Mouse y clickearla, al hacerlo automáticamente girará a la vista pedida.

Podemos volver a la vista de perspectiva presionando el ícono de home (la casa), si presionamos el botón secundario en ese ícono tendremos acceso a las funciones de Home:

– Definir tipo de perspectiva: paralelo (isométrica), perspectiva o perspectiva con caras ortogonales.
– Definir la vista actual como vista de inicio.
– O cambiar algunos parámetros formales de viewcube.

Si definimos una vista como inicio, al presionar home volverá a esta aunque la vista esté en cualquier orientación.

Otras herramientas para las vistas son las siguientes:

Steering Weel: para activar el comando mantenemos presionado el botón del Mouse y luego lo movemos. Podemos seleccionar una de estas opciones:

Encuadre (Pan): encuadra el modelo en la vista (desplazar).
Zoom: aumenta o disminuye el tamaño de la vista.
Orbita (Orbit): mueve la vista en cualquier dirección.
Rebobinar (Rewind): retrocede a través del historial de movimientos.

Herramientas disponibles en la parte inferior derecha de AutoCAD (y en el menú del lado derecho en el caso de ACAD 2013):

Ayudas de dibujo:

Existen diversos parámetros que ayudan a la mejor comprensión del espacio 3D y hacernos más fácil la labor de dibujo. Todos los parámetros pueden editarse al presionar el botón secundario sobre el ícono y elegir la opción de parámetros:

1- Snap mode: fuerza al cursor a seguir la grilla de referencia y a las subdivisiones definidas de esta.

2- Brid: muestra u oculta la grilla de referencia.

3- Modo Ortho: modo ortogonal, sólo se puede dibujar en ángulos rectos.

4- Polar Tracking: similar a Ortho pero se puede definir un incremento angular específico, se crean líneas temporales que sirven como guía.

5- Object Snap: Referencia a objetos. Puntos temporales en relación a relaciones geométricas de un objeto o forma 2D. Se pueden activar o desactivar las relaciones que no sean necesarias.

Las relaciones disponibles son las siguientes:

Endpoint (punto final).
Midpoint
Center (circunferencia, elipses, arcos, etc.).
Node (nodo o punto).
Quadrant (puntos que forman el cuarto de circunferencia).
Intrersection (intersección).
Extension (los puntos que se prolongan en desde un arco o línea).
Insertion (el cursor se dirige al punto de inserción de un bloque, forma, texto o atributo).
Perpendicular
Tangent (tangente).
Nearest (el cursor se dirige al punto más cercano).
Apparent Intersection (Intersección Ficticia: el cursor se dirige a la intersección de dos objetos que no se cruzan en el espacio tridimensional pero que parecen hacerlo en pantalla.
Parallel (paralelo).

6- Object snap tracking: similar a Rastreo Polar pero en referencia a objetos.

7- Dynamic UCS: ajusta plano XY a las caras de un objeto.

8- Dynamic Input: activar o desactivar la información dinámica (puntos, ángulos, etc.) en el cursor cuando se dibuja.

9- Whow/Hide Lineweight: muestra u oculta el grosor de las líneas en pantalla.

10- Quick Porperties: al seleccionar un objeto se muestra el panel de las propiedades del objeto si propiedades rápidas está activado.

Preparando las vistas de trabajo:

Si bien tenemos la vista perspectiva por defecto, necesitaremos configurar más vistas para facilitar las labores del dibujo y no perdernos en el espacio 3D. En Autocad, podemos ir la persiana view y luego a viewport configuration, y seleccionar la disposición que más nos acomode.

Usualmente las vistas que se configuran en un modelo 3D son:

– Top (planta).
– Front (frente).
– Left (izquierda) o Right (derecha).
– Perspective (perspectiva).

La mayoría de los proyectos complejos se configuran con cuatro vistas siendo la distribución de tipo más frecuente: Top, Front, Left y Perspective o isometric. sin embargo esto no implica que en muchos casos se trabaje en una sola vista.

Podemos elegir la disposición que queramos, en este caso elegimos la opción Four: Equal para dividir la pantalla en 4 vistas de igual tamaño.

Esta queda de la siguiente forma:

Al clickear en cada vista se forma un borde negro o blanco, el que indica que la vista está activa. Ahora podemos asignarle un tipo de vista ejecutando el comando view:

en preset views elegimos la vista Top. Presionamos en Set current y luego en Apply para ver la vista, luego aceptamos clickeando en OK. Nos ponemos en la segunda vista (abajo), escribimos el comando view y repetimos el proceso, pero esta vez asignamos la vista Front. Presionamos en Set current y luego en Apply para ver la vista, luego aceptamos clickeando en OK. Repetimos el mismo proceso para la tercera vista pero esta vez elegimos Left o Right. En el caso de la cuartavista al colocarse la perspectiva por defecto no es necesario configurarla.

Podemos usar tanto la opción de view como el cubo de vistas (viewcube).

Sistema de Coordenadas Personales o User Coordinates System (UCS):

El Sistema de Coordenadas Personales nos sirve para ubicar el plano cartesiano XY en cualquier posición del espacio 3D y para modificar el sentido de los ejes, X, Y y Z.

El icono del Sistema de Coordenadas reflejará el nuevo origen y el sentido de los ejes si el menú view >> “Show UCS Icon at Origin” está seleccionado.

1) 3 puntos: crea el UCS alrededor de 3 puntos definidos. Especifica el origen y la dirección del plano XY.
2) Rota el plano en torno al eje X. Se debe especificar el ángulo.
3) Rota el plano en torno al eje Y. Se debe especificar el ángulo.
4) Rota el plano en torno al eje Z. Se debe especificar el ángulo.
5) Crea el eje Z a partir de 2 puntos específicos.
6) Administra UCS definidos.
7) Universal: vuelve al UCS por defecto.
8) Vista: establece el UCS con el plano XY paralelo a la pantalla.
9) Origen: cambia el punto de origen del UCS.
10) Previo: vuelve al último UCS realizado.
11) Objeto: alinea el UCS con un objeto seleccionado.
12) Cara: alinea el UCS con una cara seleccionada (sólidos).
13) Mostrar UCS: muestra u oculta el sistema de ejes.

UCS dinámico: al activar este sistema, el plano XY del sistema de coordenadas se ajustará automáticamente a cada cara de un sólido.

(Pronto se publicará un tutorial que tratara en profundidad el sistema UCS).

Tipos de objetos en 3D:

En Autocad tenemos tres tipos de dibujo tridimensional:

Estructura alámbrica (Wireframe): pueden construirse con objetos simples, como líneas y curvas, simplemente llevándolas al contexto 3D, es decir, usando coordenadas del eje Z.

Tienen la desventaja de no poder sombrearse ya que sólo muestran la estructura del dibujo.

Modelos de malla (2D Mesh): superficies 2D generadas por AutoCAD en forma de planos (imagen izquierda). Pueden representarse y sombrearse, pero por razones obvias no forman un sólido.

Modelos sólidos (3D solid): modelos 3D generadas por AutoCAD representado por primitivas básicas (imagen derecha). Estas primitivas son modificadas mediante distintas operaciones y dan forma a cualquier elemento 3D. Pueden representarse y sombrearse.

Dibujando primitivas en 3D:

Dibujar formas 3D en AutoCAD es igual que en 2D, se pueden crear inmediatamente mediante clicks del Mouse o escribiendo los parámetros y luego tecleando enter.

Box: Para dibujarlo, elegimos el primer punto que será nuestra primera esquina. Luego nos pedirá la esquina opuesta que escribiremos como X,Y. Lo escribimos y damos enter, luego nos pedirá la altura. Se la asignamos y terminamos con enter para finalizar. Además disponemos de las siguientes opciones:

Cubo (C): sólo nos pedirá una dimensión y creará el cubo.
Longitud (L): podremos asignar cada lado por separado, y podremos crearlo.

Cylinder: Para dibujarlo, elegimos el primer punto que será nuestra base. Luego nos pedirá el radio (podemos cambiarlo por el diámetro si escribimos D), lo escribimos y damos enter, luego nos pedirá la altura. Se la asignamos y terminamos con enter para finalizar.

Cone: se dibuja igual que el cilindro.

Sphere: Para dibujarla elegimos el primer punto que será nuestra base. Luego nos pedirá el radio (podemos cambiarlo por el diámetro si escribimos D), lo escribimos y damos enter para finalizar.

Piramid: Para dibujarla elegimos el primer punto que será nuestra base. Luego nos pedirá el radio (si escribimos la letra i, el radio partirá desde una arista de la pirámide) y damos enter, luego nos pedirá la altura. Se la asignamos y terminamos con enter para finalizar. Además disponemos de las siguientes opciones:

Arista (A): la creación parte desde una arista de la pirámide, en lugar del centro.
Lados (L): podremos cambiar el número de lados de la pirámide.

Wedge: Para dibujarla, elegimos el primer punto que será nuestra primera esquina (si escribimos la letra C, podremos crear la cuña desde el centro de gravedad). Luego nos pedirá la esquina opuesta que escribiremos como X,Y. Lo escribimos y damos enter, luego nos pedirá la altura. Se la asignamos y terminamos con enter para finalizar. Además disponemos de las siguientes opciones:

Cubo (C): sólo nos pedirá una dimensión y creará la cuña con dimensiones cúbicas.
Longitud (L): podremos asignar cada lado por separado, y podremos crearlo.

Torus: Para dibujarlo elegimos el primer punto que será nuestra base. Luego nos pedirá el radio (podemos cambiarlo por el diámetro si escribimos D), lo escribimos y damos enter. Luego se nos pedirá el radio de sección (que es el radio de la tubería del toroide) y damos enter para finalizar. Además disponemos de las siguientes opciones:

Tres puntos (3P): define 3 puntos en el plano para la creación del círculo.
Dos puntos (2P): define 2 puntos en el plano para la creación del círculo.
Tangentes (Tgt): define el círculo base entre 2 tangentes de objetos.

Transformaciones básicas de objetos en 3D:

Mover (desplazar):

Desplazar nos permite mover un objeto 3D en el espacio tridimensional. Se puede mover el objeto en todas las direcciones posibles, y la herramienta 2D funciona perfectamente en el entorno 3D simplemente agregándole la magnitud del eje Z. Lo ejecutamos con move o la letra m (en español es d).

En 3D además disponemos del comando 3Dmove: a diferencia del desplazamiento tradicional, después de determinar el punto base se forman los ejes de desplazamiento y mediante estos podremos determinar hacia dónde queremos desplazarnos. La zona en amarillo limitará el o los ejes en el cual nos desplazaremos.

Girar (rotar):

Girar nos permite rotar un objeto 3D en torno a un eje determinado. Se ejecuta con el comando rotate o ro (en español es gira). Antes nos conviene rotar el SCP alrededor del eje en el que queremos efectuar la rotación.

En 3D además disponemos del comando 3Drotate: a diferencia de la rotación tradicional que sólo lo hace en el eje Z, después de determinar el punto base se forman los ejes que marcan el sentido de rotación y mediante estos podremos determinar hacia dónde queremos girar nuestro objeto. La zona en amarillo limitará el o los ejes en el cual rotamos.

Escala:

Escala nos permite escalar (agrandar o achicar) un objeto 3D. Se ejecuta con el comando scale o sc (en español es escala), luego se selecciona el punto base para finalmente ingresar el factor de escala: 1 es por defecto, la escala real del objeto. Podemos multiplicar o dividir este valor para aumentar o reducir el tamaño.

Copiar:

Copiar nos permite copiar un objeto 3D en el espacio tridimensional. Se puede copiar el objeto en todas las direcciones posibles, y la herramienta 2D funciona perfectamente en el entorno 3D simplemente agregándole la magnitud del eje Z. Lo ejecutamos con copy o las letras cp.