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autocad 2004 UCS三维变换与三维建模
" A j, T' c) z* t* N& ~2 ]摘要：三维建模的关键理论是UCS三维变换，UCS三维变换是AUTOCAD-2004教程的重点与难点，本文用三维建模的实例详细解析了七种UCS的三维变换方法，收到较好的效果。
: o: y8 p! p7 g+ y3 u1 [* z% u _/ G关键词：UCS；三维变换；三维建模；教学
$ X- H, q) Z7 P1 h# Q
3 b) l8 X0 y6 ?1 y" s, SUCS三维变换教学是AUTOCAD-2004教材的重点和难点。学生从二维绘图到三维绘图要经过建立三维空间概念的过程，三维坐标系的空间变换是这个学习过程的关键理论。 ' q! Z7 {3 @# Q0 M- t3 U0 u
! U# c$ b5 i! x. w/ ?4 P讲解每一个实例的过程中，以明晰的操作步骤慢漫地引入UCS三维变换的概念。在学习实例的操作步骤中，加入三维建模的应用技巧，使学生对所学的概念能融会贯通。 $ u y! n1 z4 p' s; M
, u1 G7 y" [1 K( U5 [( a用户坐标系：UCS用户坐标系 是一种可变动的坐标系统。大多数CAD的编辑命令取决于 UCS 的位置和方向。UCS 命令设置用户坐标系在三维空间中的X，Y，Z三个方向，它还定义了二维对象的拉伸方向。CAD共有七种方法定义新坐标系。 7 O* ?' z) `6 T2 U6 o
5 {; x" E# z6 b1 p: H+ k0 F1． X轴旋转90度确定UCS ：
' {, ^7 @1 I2 e* H2 mhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052793077801_chinacnw_com.jpg# X3 h6 @3 A8 Y; ` `7 x* C; n
同理UCS绕Y轴旋转90度与UCS绕Z轴旋转90度会得到不同的用户坐标系。（图1）四个图中X轴方向不变， UCS每绕X轴旋转90度，Z轴的方向改变一次。Z轴的方向即拉伸方向。 & s2 B' d" l8 Z$ c1 p* K7 R
4 \( y! C' X/ l8 A; x- thttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/20051126105285077802_chinacnw_com.jpg
) p, c/ o: g, v/ @( t例1：（图2）对象绕X轴旋转90度（图3），（图2）对象绕Y轴旋转180度, 相当于连续执行两次绕Y轴旋转90度（图4），（图2）对象绕Z轴旋转90度。（图5）。
1 q: b7 w% O4 n3 R- Y* d0 K) {/ O# R% ?2 H2 o
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052842177803_chinacnw_com.jpg: f k5 G9 @5 Y3 k5 s
2．三点确定UCS 3 x/ r, ?* x3 a g+ R0 @; a
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052887277804_chinacnw_com.jpg& z0 ]: I8 @$ b
（图6）： 指定新 UCS 原点及其 X 和 Y 轴的正方向。Z 轴的正方向由右手定则确定。用此选项可指定任意坐标系。 第一点指定新 UCS 的原点。第二点定义了 X 轴的正方向。第三点定义了 Y 轴的正方向。
! `! n3 e/ G9 Z( P& u0 |( @. B7 i4 u+ E F
例2：在立方体的表面画园锥体（图7）：三点确定UCS的顶面和Z轴的正方向。
- z& n$ R# i: E- A- n3 L5 o0 d3 P: [" R' G8 x8 i' K
例3：在立方体的左侧面画窗（图8）： 三点确定UCS的左侧面及Z轴方向。
7 t3 B) b1 k1 D% W( n" v, r, ~9 e) @) j1 C/ C+ S
例4：在立方体的前面画门（图9）：三点确定UCS的前面及Z轴方向。用户坐标系UCS定义好后，可用厚度与标高确定三维网格模型。对象的标高对应该平面的Z值。对象的厚度是对象被拉伸的距离。雨蓬的标高对应该平面的Z值。雨蓬的厚度是对象被拉伸的距离。 7 W& O/ U$ B1 r
# k# V# B! D; K7 \! o+ phttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/20051126105299277805_chinacnw_com.jpg4 b- p4 Q* B7 u7 z. M' n- Z% W
例5：绘制五角顶曲面（图10）：1，2，3三点定UCS，两点加半径画弧。重复5次三点定UCS画弧（图11）。画弧命令用"起点，端点，半径"选项。 , y w2 v) B# P- r& P
, j9 |6 m8 Z9 v& C; k
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052935277806_chinacnw_com.jpg
8 B" L+ b% F9 l6 w* H例6：绘制翘屋顶：三点确定UCS（图12），用ARC命令绘制翘屋顶弧线（图13）。同理，在其它面绘制弧线，都要变换UCS。也可用三维镜像命令绘制其它弧线。用边定曲面命令分别点击四条弧形边界（图14）。
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http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052946277807_chinacnw_com.jpg
7 S" I: C7 K$ r6 H3 {% [# L3．拉伸正Z轴方向确定UCS$ ]' U+ f# [6 g% d. f* k
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052957377808_chinacnw_com.jpg
9 E0 ^2 x3 c: v( _6 ^2 X, R：
9 e4 @: q4 h& Q. e0 x, J. |1 k' ` ~% B' G: E4 D5 V( j
例7：圆柱从球中伸出（图15）：先点击& |7 l7 q8 z* e* J1 b* E- }
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052957377808_chinacnw_com.jpg
7 H! ^- i- |+ f4 L+ S0 [+ s. [图标，点击球的原点，既新的坐标原点，再确定Z轴方向，绘制小圆，执行拉伸命令，沿正Z轴方向拉伸小圆。 9 I. L+ T- V1 J# d! `- i6 d
; {2 M3 U4 P9 f* S5 m例8：拉伸三角支架（图16）：先点击- E. W: h0 W7 C5 u: {1 W5 j
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052957377808_chinacnw_com.jpg. ^ R! m1 ], x
图标，点击支架截面的原点，确定Z轴方向，执行拉伸命令，沿正Z轴方向拉伸支架的三个小圆。
C1 Y( W+ @/ o# \0 \: t: }5 i5 @5 ^: [( B8 R- Y+ t4 I% P( {
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052968377809_chinacnw_com.jpg
/ J( Q+ t3 }, p( q& K4 G" ^! \4．改变坐标原点的位置，确定新的UCS
' `1 `$ J! B3 ^0 J8 J% yhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529803778010_chinacnw_com.jpg
' x, f) b9 J0 c X（图15）：通过移动当前 UCS 的原点，保持其 X、Y 和 Z 轴方向不变，从而定义新的 UCS。相对于当前 UCS 的原点指定新原点。 , a9 c! u" m: Y
/ x/ r: U" ^" J9 ] p+ T5 X" C
例9：绘制楼梯：先点击4 R+ I' [4 X) L/ j$ `/ `6 G; o+ Q
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529803778010_chinacnw_com.jpg, Y4 S$ ]* M( z, o+ Q
图标，点击楼梯截面的新原点，新的 UCS由此确定（图17）。拉伸楼梯截面时，与Z轴方向相反，这时只需输入负拉伸高度（图18）。
" ^, J7 F& t4 C% i! ~
0 T. h$ r+ ~1 G% Ehttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529923778011_chinacnw_com.jpg
- Y9 Q& d* H4 c8 c, {例10：绘制螺母：先点击9 P& w1 C- K, o2 K- b# @
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529803778010_chinacnw_com.jpg
/ p8 K- F9 ]1 o p& e图标，点击螺母辅助截面的中点（图19），即新原点。选中丝杆轴线上的圆心，用MOVE命令使丝杆轴线上的圆心与螺母辅助截面上的中点重合（图20），用布尔减命令先点击螺母，点击右键，点击丝杆即可得到螺母（图21）。
9 W4 l8 Z; y3 x9 [
, H5 J0 g$ ]" p- r" zhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053063778012_chinacnw_com.jpg
. N1 d" p2 K' D& ~5．面确定新的UCS% j' O \/ N5 J' e
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530264778013_chinacnw_com.jpg- m$ d: d7 [- [
（图22）：将 UCS 与选定的面对齐。如果要选择某一个面，就在此面的边界内或面的边界上单击，被选中的面将亮显。X 轴将与找到的面上的最近的边对齐。 0 J# Y1 [9 r0 j8 ? F8 [5 b
/ o5 [- T# B" V6 W+ e7 x5 N例11：管道的拉伸（图23）：关键是用面确定新的UCS后，拉伸路径垂直于管道截面，管道截面与XY平面平行。 : `6 \1 l+ W# j. h/ R* x- D: e+ o
5 @1 S; i" M5 r5 y# w: G3 [8 _8 e' D
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530384778014_chinacnw_com.jpg- U4 b I$ H- f+ A N% ^9 j5 O
例12：沿路径拉伸弧形墙体（图24）：面确定新的UCS后，拉伸路径垂直于要拉伸的墙面。
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$ t" E, P3 o9 O6 y4 t* ghttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530494778015_chinacnw_com.jpg9 ^7 ^/ z8 W A% n
例13：拉伸吊桥（图25）：选定立柱的辅助截面，定义新的坐标系，铁索的截面与立柱的辅助截面是同一坐标系。拉伸时，先选中铁索截面，再点击弧形路径。吊桥的其它部分拉伸前都要确定新的UCS。
' Q1 Q5 r1 j) t1 R7 u0 F! A# |4 `5 t1 a+ o/ |
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530554778016_chinacnw_com.jpg
4 w( G# P/ t+ A6．对象确定新的UCS & `; T& e( U: Q p. q
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg# ]0 C- W! l$ @! D
：根据选定的三维对象定义新的坐标系。 1 \' r( h9 ?; J8 o7 t
8 S, p! F+ ?1 ]
例14：拉伸三维面上的圆（图26）：先点击1 S5 \& C) o; [
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg) I$ N2 P" [! A8 h x3 k5 `4 W: n
，再选定三维面上的圆，定义新的坐标系。执行拉伸命令，沿正Z轴方向拉伸三维面上的圆。 7 z7 _2 m+ w$ {# i6 U% r
( H5 {" Z8 z" e0 h! A# M; nhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530764778018_chinacnw_com.jpg, X, H- {8 O: i2 h; ]7 @4 V7 W
例15：绘制曲面屋顶： 先点击
" f5 o$ m' u9 @1 e- y* Hhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg6 N; [; Y' ?8 {( J( I
，再选定立方体上的边，定义新的坐标系。在四个不同的坐标系下绘制四条弧形边界（图27）。再用边定曲面命令分别点击四条弧形边界（图28）。
( Q/ w4 y" ?. W6 ^
6 F3 h6 p! b( Q8 @" phttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530834778019_chinacnw_com.jpg; D5 h/ O+ ^0 K3 {
例16：绘制圆锥滚子轴承：在正视图上绘制轴承外圈，内圈和圆锥滚子（图29），在当前UCS下用
7 ]0 ?0 @% ?/ B% Z8 `http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530915778020_chinacnw_com.jpg# `6 y- m& m- S( [8 V& Y7 v
REVOLVE命令旋转外圈，内圈（图30），先点击/ C4 T3 o( [* }# n: U, C2 @2 c
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg
2 `% Q8 a( u/ J* J，再选定圆锥滚子的轴心，定义新的坐标系，用REVOLVE命令旋转圆锥滚子（图31）。
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http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530965778021_chinacnw_com.jpg e1 `6 d6 y. J) \, a
7．视图确定新的UCS
- b* {* j k# M3 E7 h, o/ ?9 ihttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053165778022_chinacnw_com.jpg
6 S; f! m$ G' u, Y9 m$ e0 N6 A6 r（图32）：建立的新坐标系，是平行于屏幕的平面即 XY 平面，UCS 原点保持不变。剖切面与当前视口视图的XY平面平行。 / ?$ `; i5 ]* n3 m/ A
- J _( j3 Y, R# S& |" N; [- o
例16：获取平行于屏幕的平面：点击图标/ c, b: I9 ^) C( |' N+ _
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053165778022_chinacnw_com.jpg6 n- m+ U: H2 q, j+ A* B
（图33），点击
( ]" K) P3 Z) @, ?2 x( g* F+ t% `7 Khttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053195778023_chinacnw_com.jpg M' w) v8 w U* _) H- l9 ^! _ t
section，三点确定剖的切面（图34），用MOVE命令把剖切面移出立方体外既可得到平行于XY平面的剖切图形（图35）。
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% V' ?9 p* c. K4 n# mhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610531155778024_chinacnw_com.jpg. G6 J0 B, d d0 a* c% l9 [
例17：给三维视图标注文字：在三维视图中标注文字，文字与UCS对齐（图36）。在三维视图中标注的文字若需以正常形式显示，那么就要用1 Q4 g: D$ G: L6 O5 ^) {3 w
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053165778022_chinacnw_com.jpg
9 k1 y) `" d, R9 _) ~, Q g变换UCS后，再输入文字（图37）。 0 ]5 ^0 o8 {" M3 x. p, @3 `
3 \$ K0 V* J1 ^http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610531255778025_chinacnw_com.jpg8 ?, ?" ^$ y1 g* K& s; g* q7 [
例18：绘制亭子（图38）：亭子顶面用三维面8 Z. I f: K9 j" Z9 B8 ^6 s
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610531305778026_chinacnw_com.jpg* X% U, o# p: _/ i; Q8 Z& b8 ^
3DFACE命令 绘制。用三点确定UCS后，每一个三维面都是从顶点开始依次选择三角形的另外而个点，再回到顶点。绘制栏杆，变换UCS，用修改多线的厚度绘制栏杆挡板与亭子围栏。变换UCS，绘制楼梯，用三维镜像或三维阵列绘制其它楼梯。变换UCS，绘制圆桌，橙子，柱子。此例，多种变换UCS的方法都可使用。并不拘于哪一种，根据具体情况，哪种变换方便用哪种。 - Y; x! \) A% c+ C+ P
* o) y1 K6 Y: g3 P/ d5 `http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610531365778027_chinacnw_com.jpg
9 B" X' y6 L9 Z. _& ]% W c, [参考文献 # Y8 d6 [" S; g7 x6 @- A
姜谷鹏AUTOCAD2002中文版全方位教程[M]. 北京： 航空工业出版社，2003年1月.
1 v5 h: d& v3 e0 t- o6 E+ V陈 克AUTOCAD2002建筑应用实例导学[M]. 北京： 清华大学出版社,2002年3月.
3 v/ n9 u/ Q5 Y7 J何铭新.画法几何及土木工程制图[M].武汉： 武汉工业大学出版社,2000年8月.
- {# ~9 o0 Z- _) |孙立斌.AUTOCAD2002中文版培训教材 [M]. 北京： 清华大学出版社,2002年7月. d) O6 ^$ I7 V8 r) [
陈豫生 译.AUTOCAD-2000机械工程制图教程[M].北京：电子工业出版社,2000年7月 |
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发表于 2006-12-2 13:47:10