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autocad 2004 UCS三维变换与三维建模
3 B& }" @+ d5 B% I+ F* b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。 : x7 Z- B# i; r. ~% c$ P5 e
关键词：UCS；三维变换；三维建模；教学
' y( O/ O' g& Q# w) A' e5 a8 V _
' F* X' Y0 E% V$ V6 p" U' VUCS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。
/ @" P' x- g( Q* [' d
, _' M: E7 P6 w7 f+ V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。 / T# T/ m: t8 z% [6 N7 x2 d. H
6 o' {0 I6 Z/ b7 R$ a0 N9 G3 D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 i4 G/ V3 h3 C( d+ E" _( F1 P, C4 ]' h4 C
1． X轴旋转90度确定UCS ：% l' A5 {4 {$ G. M l3 w1 L' C
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052793077801_chinacnw_com.jpg. s- [ y9 Q- x4 D3 C
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。 # |5 T" c# K% Z% x
$ C9 p- R2 }/ L6 `+ D
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/20051126105285077802_chinacnw_com.jpg- w* r* a* i2 w; S- E
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）。
0 A, N. p( L- d
0 n9 L7 e4 Y! Z5 c7 a. ahttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052842177803_chinacnw_com.jpg
( l4 o* K2 d) B4 ~2．三点确定UCS 7 J; r. o9 U- a+ K; Z3 j
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052887277804_chinacnw_com.jpg
, {" I0 n0 Q% Z# C+ Z（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。 2 s2 Y8 x5 ^0 _( M, q
# Z9 `5 Y3 I, p# j, 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。 / q" [9 D; W- a: o, f' }
' s1 U: P2 k/ z8 N! d: L
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。 ) Z" `( H$ s1 D; V4 ]- J
) q* S7 Z d' T) y- }% 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。 5 B/ F3 I5 t+ H# i8 P0 O/ p8 n
" e2 \" p {4 }
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/20051126105299277805_chinacnw_com.jpg
, E6 H, i3 o9 w+ [8 V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。 2 v' U3 }8 T& V& E
7 h; c5 v+ L+ E7 J6 g- xhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052935277806_chinacnw_com.jpg
3 b. W. h: r8 i% t; p: t) B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）。 - C# E& d! V, h1 r4 t0 f% U* l
, @$ g# K6 |. h+ x) p. `) v& j- dhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052946277807_chinacnw_com.jpg* |) v# e& N7 f3 ~( `5 t
3．拉伸正Z轴方向确定UCS
+ y; | n& r' y0 f* L6 o, Fhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052957377808_chinacnw_com.jpg5 K- j# P$ a# m. n* a
： 2 K. n5 _9 Z2 O# w' r
, L$ N0 d4 e+ G, W例7：圆柱从球中伸出（图15）：先点击3 m( W6 Y8 o0 W2 T3 ~
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052957377808_chinacnw_com.jpg' c, I7 Y1 x2 r
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。 $ H5 J& F8 H6 @# u' Y
& x. Z C; `, E7 x
例8：拉伸三角支架（图16）：先点击
1 l# ?# A4 O6 x) p' whttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052957377808_chinacnw_com.jpg. M) Y% S& }. B5 e x, x4 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。
9 c q' ?* Q. k" @+ I7 N: Y4 [. q9 D( n2 \
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052968377809_chinacnw_com.jpg3 w& W! s) r6 g
4．改变坐标原点的位置，确定新的UCS
( L/ X4 r4 l6 g: t: y. j! `http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529803778010_chinacnw_com.jpg
% V) Z: W- V2 p) i（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。
4 {: s% Z# W: I8 R& n! e. w! }7 E
* d. i" @; _+ O2 O例9：绘制楼梯：先点击
# n5 H* \& k5 j6 R4 C/ ihttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529803778010_chinacnw_com.jpg3 d5 U. j7 Q1 t( ?7 L1 x0 }5 W
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）。 % O9 ]! |' q% v8 }0 q
% B6 H, D+ D: }' f
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529923778011_chinacnw_com.jpg
. U/ j9 @( v" S2 ^* R. S7 q6 e例10：绘制螺母：先点击
6 z/ }; ?0 A# b* v3 khttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529803778010_chinacnw_com.jpg7 k3 h' N6 J; o' {5 \
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）。
. e. |2 |( k. J' H* G- d7 v4 F4 A2 ~2 i& t% Z/ I% w
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053063778012_chinacnw_com.jpg2 h% o* A) H4 }+ G
5．面确定新的UCS
9 C: n& B4 k3 j! I! l2 Ohttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530264778013_chinacnw_com.jpg4 t: r7 ?. ~( J7 q- x6 H
（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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& l6 J: M" T1 e, c' o/ |0 R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。 0 ]" M3 ]& w) U5 c; f: {, M% [( n
3 ~5 c( J% f4 Jhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530384778014_chinacnw_com.jpg1 Q H4 [8 }. _" q1 t
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。
) X6 J- t' O+ Y7 N
1 H! g5 p2 G; @8 {( ~http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530494778015_chinacnw_com.jpg2 L* E3 H( f# q$ g' i( B5 |1 B! {
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。 + C0 W/ d, V/ l! R+ K4 d
' Y. Y' W+ t8 ~" y2 v3 n0 E
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530554778016_chinacnw_com.jpg1 g: B& @; R5 |4 f; M
6．对象确定新的UCS 1 W7 G M, B# E; q1 D
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg
3 [, u( U& z1 Q- E! b：根据选定的三维对象定义新的坐标系。
5 X' E8 W: q! I |5 k# B- B
( O+ q* C" N1 U$ M& m- e7 X例14：拉伸三维面上的圆（图26）：先点击8 r5 s9 P9 L) h6 j. o1 v
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg4 {: V: J/ x9 }3 N) ^* D
，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。
2 F- l# ]* X2 q3 c) g8 S! w3 T2 s) `$ [0 i+ D/ h: t5 G2 n
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530764778018_chinacnw_com.jpg
; s( S/ d* s3 x) _6 ?例15：绘制曲面屋顶： 先点击
- e* H6 c1 W# }& v7 O2 y2 L. i# V Xhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg
" b7 h; \2 f8 m. G- V，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）。 , X K" }& |4 T2 J: ^% K }
4 r; g- [+ l, `8 Mhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530834778019_chinacnw_com.jpg
; F7 r- o* F% e7 t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
9 S# U% y% |2 |" Q, l" ~http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530915778020_chinacnw_com.jpg- c) y) {3 D* T! I7 x
REVOLVE命令旋转外圈，内圈（图30），先点击
( a4 ~4 ~& x9 Z- G0 N) T3 n% Nhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg
+ Z6 D6 I/ o1 k9 ~3 i9 U. {，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）。 $ W: F5 R/ {* D
1 N" b: r. S- u5 ?/ L, w
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530965778021_chinacnw_com.jpg5 t* h/ M% L& \3 w
7．视图确定新的UCS
: z; E; w& p5 j: q6 w* f" r& Khttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053165778022_chinacnw_com.jpg) V( t2 q) c/ ^& b
（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。
, n! t. B( W9 \) P, ]
) o9 h, ~ Y( H' R0 M例16：获取平行于屏幕的平面：点击图标+ M. k( l/ v% F$ F+ c9 C; v
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053165778022_chinacnw_com.jpg
, T8 F# d6 V% n; W' v（图33），点击 / p8 L5 H* t0 U8 Y0 c2 r
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053195778023_chinacnw_com.jpg1 x1 Z i+ L3 u9 p6 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）。
. f( E* @2 D. J$ ]4 m2 Y4 n
( H- y7 t; z* e# l5 G0 xhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610531155778024_chinacnw_com.jpg( Q1 D8 d/ x( S+ v/ G& ~0 F+ C
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
, u: w/ T% u' d: v7 rhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053165778022_chinacnw_com.jpg+ Z: q9 k2 `9 q: t( `# e3 v; ?
变换UCS后，再输入文字（图37）。 7 F9 f4 R- C/ p) x4 [/ G$ O
! f" ?" m7 L1 K; R0 e& ?* B6 dhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610531255778025_chinacnw_com.jpg
* H6 k+ t: c6 x" `1 A; @$ O1 O, S例18：绘制亭子（图38）：亭子顶面用三维面
1 S. N/ J0 }8 t2 q! rhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610531305778026_chinacnw_com.jpg" ]6 @- J* k" ^
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。
( [) \! n9 t& H* e, y3 f7 O ]7 z, [3 m9 }. p6 S* _* b; O
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610531365778027_chinacnw_com.jpg: Y: B% _: W6 s4 b1 U1 I
参考文献
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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.
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发表于 2006-12-2 13:47:10