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autocad 2004 UCS三维变换与三维建模
7 D8 m$ A* @" k1 J6 I! Y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。
4 Y0 ^" a3 }4 m) s0 e/ O" j关键词：UCS；三维变换；三维建模；教学
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) ]/ ?0 [; t& A* OUCS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。 ( Q0 d3 ~/ x! X# A0 L
1 A# C+ ^0 b* N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。 * X8 l* e" q n8 @; T6 Y1 {1 _% I! P
7 N( H% {+ w1 u% T" ?0 K, O" ^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。 5 Q+ H2 q e4 H4 g
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1． X轴旋转90度确定UCS ： {* { d$ o) p9 a
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052793077801_chinacnw_com.jpg
L" m4 A, }7 {& ?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。 2 f o. d3 O: p; |& I8 Q
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http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/20051126105285077802_chinacnw_com.jpg# I: w* |! a% H
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）。 - ?: w/ w/ J, d! Y5 S* t6 Y/ u7 g M
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http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052842177803_chinacnw_com.jpg
- c" s4 d* \1 L9 M) L: d2．三点确定UCS / ?" ?0 `' |- d7 }: M
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052887277804_chinacnw_com.jpg
: o8 g+ `; Q1 n9 |$ c（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。
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6 `$ V# `$ n4 }6 y( i9 b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。 9 \" ]! B) R) ?) W
$ D# [9 U' L: E+ b \% x/ i0 \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。 + r# P( y8 U5 S5 }! _
% D" s/ l/ w; g0 o8 w& T6 x3 r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。
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% \1 P# m& B0 s/ u+ Z! W, V+ h" q5 ihttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/20051126105299277805_chinacnw_com.jpg4 y2 {. `( n$ x3 _, J1 w) Z1 }9 H
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。 ! b, b3 V6 Y/ z. G- @/ Q
" K# ~0 f3 f/ u& t( W8 r3 R: j9 N* mhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052935277806_chinacnw_com.jpg
. K% D' E0 ?3 ^1 J) ^/ t( ?% S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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1 L/ k4 Q- j( Y' u8 Ehttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052946277807_chinacnw_com.jpg
0 u1 ], @. F: y2 y) [3．拉伸正Z轴方向确定UCS
0 h+ X8 ^1 c/ w. Y9 Ehttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052957377808_chinacnw_com.jpg0 w! H+ B w& |3 ~% ^6 Y- r- C/ F
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例7：圆柱从球中伸出（图15）：先点击# U/ l8 A/ J* A
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052957377808_chinacnw_com.jpg
/ u4 z$ c9 l# r+ ^2 u7 {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。
: z T8 q1 H" H2 O% }
' s6 j) n, R& R$ J5 w例8：拉伸三角支架（图16）：先点击/ O8 p$ d: [' s2 D
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052957377808_chinacnw_com.jpg
9 T6 n$ ~' M: m3 ]* f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。 ; o3 s+ v" J U5 e7 R2 x& L
. G# c* O2 \. k! c: R. S3 Bhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052968377809_chinacnw_com.jpg" n1 ? ~# A. t- s7 M; \ G; \
4．改变坐标原点的位置，确定新的UCS + V2 v' q! D; S O, y( L, M1 ~8 D
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529803778010_chinacnw_com.jpg2 k- _9 l. g5 ^9 l, Y' ^
（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。 3 n5 x6 O" A7 B( o, u* J4 g
- j: B# c3 K8 y: \ `* V/ O# b, ~. D
例9：绘制楼梯：先点击
& o' m: u6 _& Q/ z% P1 Vhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529803778010_chinacnw_com.jpg
6 [7 M8 W2 `- N, z$ o' c. M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）。
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: o0 j6 s2 X+ uhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529923778011_chinacnw_com.jpg
$ I7 y( z% t& Z6 o例10：绘制螺母：先点击
3 `- v: J6 \( L1 J4 ]9 ghttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529803778010_chinacnw_com.jpg
5 B" }! p* e% @$ m+ Q' i, T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）。
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http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053063778012_chinacnw_com.jpg
, \8 I$ g4 Q; }8 Z+ K/ G+ ^- V2 `2 K6 m5．面确定新的UCS
% H1 e8 c T$ T2 m, y7 X" @& jhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530264778013_chinacnw_com.jpg
+ j6 n8 N3 [. W（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。
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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。 4 d% D9 K3 p9 l7 e
6 K0 R" _- a& @8 r# Q" @% Q9 qhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530384778014_chinacnw_com.jpg
/ \$ i# O1 i1 h, k a' s4 V' N2 ]; 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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; Y( v! V0 t9 ]6 xhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530494778015_chinacnw_com.jpg+ x# }) c4 `) |
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。
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5 p: E: S$ _- V! F8 }4 N# a5 A- |http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530554778016_chinacnw_com.jpg
, F- g. e" k/ P: U8 `8 Z6．对象确定新的UCS ; z; q0 _, L; v3 m* H7 n" ^
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg# H9 n% e) l* v9 l
：根据选定的三维对象定义新的坐标系。
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" T. G$ g/ \, b# q4 y& X例14：拉伸三维面上的圆（图26）：先点击8 W; `- v4 c# Q9 w% [
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg8 r% `7 Q- W0 b" n' L! ~' _
，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。
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http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530764778018_chinacnw_com.jpg$ ]' c5 ?) @! V6 h; O! T
例15：绘制曲面屋顶： 先点击
" N4 R* t1 j- w3 L0 D( t9 G: r- P. Ghttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg
: f. Q y, @, [9 b& Z0 X，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）。
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2 T7 u4 _, u) d( o& y0 ~- Q/ g/ Hhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530834778019_chinacnw_com.jpg, I) Z4 x+ C: i! Z9 q" X1 F$ @. N5 ]
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. s0 ?, B2 Y% z/ w2 i
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530915778020_chinacnw_com.jpg
" n/ Z9 E2 M' V. M- s- x; a7 U, _REVOLVE命令旋转外圈，内圈（图30），先点击$ U K+ S/ p1 v" R _6 a% ~$ g
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg4 M& j+ \- x5 L' [8 h- z+ j4 y# f: ]
，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）。 ( ?0 E: F4 M' x! t
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http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530965778021_chinacnw_com.jpg0 Y# ]7 Q; i( [# t/ m; E
7．视图确定新的UCS 4 Y! I! ?. C3 f. m- q2 M6 {3 f
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053165778022_chinacnw_com.jpg
+ h" _8 ]" L7 \( j3 o* l（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。
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% |/ J# @) F1 Y0 l8 _" y7 t例16：获取平行于屏幕的平面：点击图标
2 n! q* O2 Z4 d6 q& `http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053165778022_chinacnw_com.jpg
4 G4 I9 |% {: @ b, [( y（图33），点击 , I, C; C( W6 Q3 l+ |! e
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053195778023_chinacnw_com.jpg) `5 J; f u; H" B" t% z
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）。 3 Y* F( t/ b" n3 @
- e& J- B: c3 k( P0 d- S
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610531155778024_chinacnw_com.jpg) x* s8 d- y, [; W. N+ u
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
9 |6 ^ a0 v0 a0 I& S4 ihttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053165778022_chinacnw_com.jpg
/ i, m; J1 O: h) K2 S; a变换UCS后，再输入文字（图37）。 6 b8 o/ v- Y; ~0 O; Z
* ~; d3 P. R( o, Nhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610531255778025_chinacnw_com.jpg' @% p8 \6 |% `2 N$ `2 f- W
例18：绘制亭子（图38）：亭子顶面用三维面
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4 j5 m4 A) _9 d$ I( ?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。
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http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610531365778027_chinacnw_com.jpg
' _* c$ p/ E, r2 f8 @参考文献 6 l5 D$ e/ Z8 w; F1 T I4 u
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. ! f0 a& @. C! y
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. : ]' R) `" z. i! Z5 A* l, d" X
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.
# i7 \0 O! H0 }9 ]- {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. ) J* L! f9 C" {- c2 [
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