基于天工CAD的国际象棋建模

作者：管祁豪 23级机械专业

学校：华中农业大学 工学院

一、 摘要

天工CAD（Tiangong CAD）作为一款专业的计算机辅助设计软件，在工程设计和制造领域拥有显著的优势。天工CAD既具备强大的二维绘图功，使用户可以利用其丰富的绘图工具和命令，快速准确地绘制各种几何图形、平面草图以及技术图纸，也有强大的三维建模能力，通过结合强大的拉伸、旋转、倒角等特征功能，用户可以将二维草图直观地转化为精确的三维模型。在本学期的学习中，受到李老师的启发，我决定利用天工CAD设计一副独特的国际象棋模型。

二、 设计灵感

国际象棋对抗性强，变化多，趣味浓，既有竞技性，又有科学性与艺术性，曾成为中世纪欧洲的“骑士七技”之一，被誉为“思维的体操”“智慧的试金石”，而国际象棋比赛被称为“最美妙和最理性的竞赛”“绅士运动”。因慕于其无穷的奥妙，我决心设计一副独一无二的Chess。我的总体设计思路是这样的：在我看来，国际象棋是人类思想、意识的物化，本质上是模拟，因此我想以国际象棋来反映世界局势。因此我采才用了圆盘（上）和正方块（下），寓意天圆地方，也就这这个世界。在此基础之上，我设计了一个绿色的机器人，象征着规则，正所谓：无规矩不成方圆。而后我又加入了红色的小型搬运机器人，既有辅助下棋之意，也是世界科学技术发展之下各方之间的博弈的产物的一个象征。而作为重中之重的国际象棋本身，棋子我分别采用了金色与银色，不仅满足了美观的要求，也暗含分庭抗礼之意。而其下的棋盘，我在其边缘加入了许多耐人寻味的绘画，不仅使其美观层面更上一层楼，也添加了几分哲学意味。

三、 设计过程

（一） 、前期准备

关于这副国际象棋的设计，我不仅从网上寻找了许多资料与照片，还购买了实物进行精确测量。

在我的设计之中，主要分为以下几个部分，一是棋盘的设计，二是六个棋子的设计，三是规则机器人的设计，四是搬运机器人的设计。最后是天圆地方的设计。

（二）、设计过程

        ①棋盘设计

                首先最主要的是尺寸的测量，具体数据如下：长4000mm，宽3900mm，高72mm。

有了以上数据之后，下一步便是草图绘制，以及特征拉伸，本部分较为基础，成图如下

这样便有了棋盘的雏形，剩下的就是细节上的处理，这一部分，我主要使用了天工CAD中的贴花功能。具体效果如下：

最后再做部分修整，棋盘部分便完成了。

②六棋子设计

        同样的，第一步是测量各个棋子的尺寸，分别如图下所示：

有了以上尺寸之后，下一步便是一个个分别建模制作，其中King, Pawn, Queen, Rook, Bishop 五个棋子的制作过程较为统一，主要运用的草图绘制，特征拉伸，除料等操作，具体效果如下：

而关于Knight的制作，因为涉及大量不规则三维曲面，进行反复探索之后，我决定采用各种特殊除料来制作，效果如下：

至此，六棋子的设计大体完成。

③规则机器人

        同理，第一步需要测量尺寸，但因无参考实体，只能自己绘图设计，第二步是总体轮廓的制作，采用了旋转形成类似蛋壳的身体，而四肢则运用了课程中着重讲解过的投影与扫描添料功能，墨镜等设计基本同理，最后一步，帽子的设计，使用了除料及旋转除料等功能。最后的效果图如下：

④搬运机器人

        本设计灵感来源于坦克及夹子机器人，因无参考设计，所以尺寸及外观依靠手绘，有了大体构想及草图之后，下一步便是利用特征旋转及拉伸等操作制作出大体模样，最利用投影和扫描添料制作机器手，效果如下：

⑤“天圆地方”设计

        至此，国际象棋的必备要素已经设计完成，剩下的便是载体的问题，正如开篇所说，我的设计旨在反映世界的格局，因此，我产生了“天圆地方”这个设计构想，在此基础上，我加入了圆锥的元素，设计了类似于天平的构造，以寓意正义，而于圆盘上增加的八根柱子，既是规则机器人的载体，也使整体于远方看上去有烛台的观感，增添美感，具体效果如下：

⑥装配

装配时要注意六棋子与棋盘之间的装配关系，我采用了重合等装配关系，另外两种机器人的装配我利用旋转等方式使之呈现随机性，更具真实与自然感，最后为装配体添加背景。最终效果图如下：

四、 学习体会

在学习计算机绘图课程中，我深入了解了天工CAD软件的草图绘制，特征拉伸，投影等功能，这些经历让我对CAD技术的应用有了更深的体会和感受。

我们的课程的大体安排是这样的：

首先我们学习了草图绘制与拉伸特征，在这里我想主要讲一讲天工CAD的草图绘制功能及拉伸这两我印象最深的功能。这一功能让我感受到了设计的灵活性和精确性。通过使用不同的命令，我可以快速创建各种几何形状和复杂的曲线。例如，利用线、圆弧、矩形等基本元素，我能够构建起模型的基础结构。天工CAD软件不仅简化了绘图过程，还能确保绘制出来的图形符合设计的要求。而在草图的基础上，拉伸特征功能则是将平面草图转化为三维模型的重要步骤。通过选择草图上的线或曲线，我可以根据需要拉伸出各种立体结构。这项功能的灵活性让我印象深刻，它不仅能够创建简单的立方体或柱体，还能处理更复杂的几何体形状，如锥体、椭球体等。通过调整拉伸的距离或方向，我可以精确地控制模型的尺寸和外形，实现设计的多样化和创新性。

然后我们学习了旋转建模。通过旋转建模功能，我可以快速创建复杂的几何体，如螺旋体和棱柱体，而无需逐个绘制每个细节。这不仅节省了时间，还提升了设计的精确度和效率。

再是学习了天工CAD软件的阵列功能。通过阵列功能，我能够快速复制和分布对象，例如在设计中创建重复的元素或模式。这极大地提高了我的工作效率，让我能够更快速、更精确地完成复杂的设计任务。

随后我们学习了放样功能，通过放样功能，我能够快速生成复杂曲面和结构的模型，如管道、轮廓等。这种工具极大地简化了复杂几何体的建模过程，使得设计更加高效和精确。

然后我们又学习了天工CAD软件的曲面运算功能。通过曲面运算，我可以精确地控制和调整复杂曲面的形状和特征，如圆弧、倒角等。这使得我的设计更加流畅和精细，能够实现更高级别的几何体建模。

总的来说，通过学习天工CAD软件的草图绘制及特征拉伸等功能，我不仅获得了技术上的提升，还培养了对设计思维和创意表达的理解能力。这些课堂经历是宝贵的，对于我的未来学习与工作的进步帮助极大。

最后，我要感谢本次计算机绘图的任课老师李老师，感谢她在课堂之中为我提供各种帮助，还邀请了许多优秀的学长与我们分享人生经历，在种种都帮助更上一层楼！感谢!