草图

    　二维草图是创建三维模型的基础。很多时候，三维模型都是首先在二维环境建立草图特征，再通过拉伸、旋转、扫描、放样等三维手段形成实体模型。一般来说，三维CAD系统都包含草图工具让设计人员建立和修改草图。草图是二维几何图形的组合，用于建立实体特征。各种类型的二维几何元素，如直线、圆弧和矩形等几何体构成了草图。几何关系，如水平或竖直，可以应用于绘制几何体，这些几何关系限制了草图实体的移动。每个草图都有一个状态来决定它可否使用，这些状态为：完全定义、欠定义、或者过定义。视乎个别软件而异，有的三维CAD系统允许草图在不完全定义下生成三维实体， 有的则要求草图必须完全定义才可进一步产生三维实体。不管采用的是那一种方式，适当的添加几何约束关系可以更有效的保留设计人员的设计意图，令日后三维模型的变化具可测性和更易于修改。以图十三这个简单的圆筒形特征为例。假若设计人员需要为这个特征建立完整的系列产品，那么，设计人员该如何定义草图中各几何元素的相互关系？

图十三：不同大小的圆筒形特征

图十四：圆筒形特征的二维草图

    　这个零件的二维草图如图十四所示。要充分定义这个草图，设计人员必须添加下列约束条件：
   
    - 底线是水平的

    - 两边的竖直线是等长的

    - 顶部的圆弧与两边线相切

    - 图形的高度与宽度已给出

    - 草图上的其中一点已被固定

    　假如上面的五项约束没有被定义，这草图就可以不按照规则移动和改变形状，令设计人员无法预测它的形状变化。

    　大多数人单凭观察上述草图的轮廓和形状，就可以推断出前三条的约束关系。但CAD系统没有那么聪明，需要使用者明确的逐一定义这些约束关系。为草图逐一定义这些显而易见的几何约束关系是一件单调沉闷的，冗长乏味的工作。因此，大多数的三维CAD系统都提供自动化的工具来辅助设计人员完成此项工作。有些约束关系在设计人员绘制草图时就会自动产生。比如说，设计人员在草图上绘制一条水平直线，系统会自动给绘制的直线添加一个“水平”的几何关系，有的系统则会同时显示直线的长度。自动添加几何约束关系的功能一般是通过光标的反馈符号和推理线来实现。光标的反馈符号可以显示出当前绘制的几何体的情况（如“水平”或“竖直”），同时还可以表明对现有几何体的捕捉情况，如捕捉到端点、中点 或者重合点等类型。以虚线显示的推理线也可以帮助设计人员排列现有几何体。推理线可以包括现有的线矢量、法线、平行、垂直、相切和同心等。需要注意的是，一些推理线会捕捉到确切的几何关系，而其他的推理线则只是简单地作为草图绘制过程中的指引线或参考线来使用。

    　利用光标反馈符号和推理线等工具虽然可以帮助设计人员在绘制草图时同时添加部分的几何约束关系，但假如绘制的是一个很复杂的草图，要完全定义草图仍然是一件不轻松的工作。图十五中所示为利用二维CAD软件所绘制的火车轮子的二维剖面图。将二维图导入到三维CAD系统的草图环境中，再通过旋转就可以产生如图十六所示的火车轮子实体模型。

    　像图十五这一类从二维系统导进来，本身不包含几何约束关系信息的草图，设计人员需要在三维系统的草图环境下对草图从新标注尺寸和添加约束关系，才可以对模型进行参数化修改。要达到草图完全定义、符合设计要求、又要避免在过程中对某些几何元素造成过约束关系，是一件极富挑战性，绝不简单的任务。因此，许多三维CAD系统都进一步提供“草图自动完全定义”功能，可以对草图自动标注尺寸和添加几何约束关系。图十七所示为利用“草图自动完全定义”功能后的结果 - 尺寸自动标注而且整齐排列，几何约束关系如水平、竖直、平行、垂直、相切等自动添加，达到了草图完全定义的效果。这种先进功能为设计人员带来方便，舒缓了从二维迁移到三维的瓶颈，提高了设计效率。