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autocad 2004 UCS三维变换与三维建模# X1 |) }. W$ m* V
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。 - z2 m* }- |+ }$ E, M2 O9 e
关键词：UCS；三维变换；三维建模；教学
8 {' s- W( f* N) c) W+ A
# |( l9 E7 p; E" |2 Y1 U" J, ?6 O. GUCS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。 C6 Z" x% e/ X
+ \2 [1 Q9 \, c# s
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/ F4 x/ R$ m$ D
) y% I9 z+ B9 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 W0 D4 _& K' o: R* v
9 o9 N! j+ ~; i
1． X轴旋转90度确定UCS ： W: p) Y+ U r9 T+ H
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052793077801_chinacnw_com.jpg, Y/ N% d6 h* V& {! D
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。 ( Z. E: c3 t' G& k
, q6 B3 w d Q4 u
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/20051126105285077802_chinacnw_com.jpg2 ?4 f/ K) X+ @+ w& w5 N
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）。
( c4 q; a: p& F3 {4 T
, U' F% b' X( j! n( P& ^http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052842177803_chinacnw_com.jpg
7 E* ]/ ?4 K0 d9 ^) A ^5 B+ c2．三点确定UCS % h+ G, O0 {: f+ ~. Y
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052887277804_chinacnw_com.jpg
9 m4 A& ~ f) ~" N9 O（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。
# b, P% [6 q' g! f8 v+ @' @
+ y1 @5 p! j, m: j* y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。
; V; a+ C! ^# N! r. ]& ]/ }7 ~8 ]7 r% [" [3 U' B5 ?
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。
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& ]5 l% {% J% Z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。 ' d& y3 B8 p! y6 q; H/ f
x% ?4 s4 p1 ^7 t3 n, Q( T+ Z* hhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/20051126105299277805_chinacnw_com.jpg
( K" B/ B( F* [. F2 x% X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。
" M( d9 O' I' k( x% ^- y3 R L6 Y% e- X( a( N2 G# e' B' U7 m
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052935277806_chinacnw_com.jpg7 P/ a8 V _' i& u. \& I$ i$ k
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）。 % m; R6 o1 p# c4 R7 a8 I K
# r5 ~$ u6 R' I6 }1 b! M
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052946277807_chinacnw_com.jpg
" E7 W/ M; K6 [+ e) ^/ i% V2 w7 m$ p3．拉伸正Z轴方向确定UCS! P1 W1 c% w G) a/ D* C
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052957377808_chinacnw_com.jpg. o r8 T& ], f3 R& C+ M9 r
： 2 a& l }1 W3 ^9 V; i4 I
1 N3 _! h2 n2 l `- u6 @
例7：圆柱从球中伸出（图15）：先点击4 z% s8 Y- x5 @1 ?. ]" ~
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052957377808_chinacnw_com.jpg
' v' q0 F' q% W5 M) G* Q; ~: A/ _6 i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。
0 M* A J( v5 m, N; W3 z" X7 G9 E7 a/ S5 K
例8：拉伸三角支架（图16）：先点击( D: I/ ?1 X0 I: _% m7 c; P
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052957377808_chinacnw_com.jpg$ Q s5 Q+ q! G6 j/ u
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。
" a0 Y7 q+ |! N( S' B2 U7 `# Q2 N8 K8 R
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052968377809_chinacnw_com.jpg* M3 d, o; G% h# s$ `: }8 @% V6 ~
4．改变坐标原点的位置，确定新的UCS / i; C8 r* W' @9 `) {2 n n
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529803778010_chinacnw_com.jpg
, M. ?3 n- P( @8 O（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。
) r4 k9 e7 p \2 k( j+ ]1 l, n0 ]4 n
例9：绘制楼梯：先点击- V8 e. m0 ]- O$ D
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529803778010_chinacnw_com.jpg' ]8 M% X1 G* ]! z
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）。
9 M6 }+ ~+ z9 m1 X; j9 c' R" O/ M D) a' d1 s& n8 k4 U0 M# U
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529923778011_chinacnw_com.jpg9 x$ Y8 g2 A( j! z2 L
例10：绘制螺母：先点击' x+ ^( P$ t- P
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529803778010_chinacnw_com.jpg$ W8 @8 ~- K ~' [
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）。
) `; p: b8 S* Y' [5 W$ F
2 R% h" N5 P# E7 j) T4 L$ G! Khttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053063778012_chinacnw_com.jpg
) b4 o7 D: v: p, @5 |) |% u5．面确定新的UCS; @* J0 r4 l) }+ w
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530264778013_chinacnw_com.jpg
8 }! C; d- P$ W) M. I（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。
% M5 d6 f4 @+ J- K$ N J* ]! h) y- W% s% | 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。
9 Z" M; O7 j" K2 z$ B( ]& X/ E) d. r' d) O! X
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530384778014_chinacnw_com.jpg' d5 H/ [: j9 o- ?" u
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。 & l2 V0 m; Q- R* Q0 A8 e1 Y3 w
1 u% ^& K3 ]' S6 i1 ohttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530494778015_chinacnw_com.jpg
+ {5 V, I! F2 O( | p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。
6 [% S, R: T% T4 z$ ` I; G: P2 P
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530554778016_chinacnw_com.jpg
2 L- f" q/ W. d |6．对象确定新的UCS ; M9 [& G( o R
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg$ ?3 p, B" z6 l; _ c7 p3 g% ]
：根据选定的三维对象定义新的坐标系。 3 e; E6 N# q/ v
, ], b. w3 j' K F8 O9 c
例14：拉伸三维面上的圆（图26）：先点击4 F# g( F; | R' z
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg! m+ O$ C4 n" x% v) D0 j: |' b: V
，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。 6 N% Q: x; n9 M1 t5 D! n
3 d* U! Q- F2 r9 f* Q
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530764778018_chinacnw_com.jpg
3 s% O& Y# @# u2 R3 H! o$ m例15：绘制曲面屋顶： 先点击
! f% v4 I4 ]4 w4 Bhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg
3 `! i+ A2 c& u" i4 @) E) E，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）。 {. U2 w, l; Z) `/ b( C. {5 F
. z9 d& z" q# T9 I$ fhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530834778019_chinacnw_com.jpg
/ Q# l# @* z) Z& _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 X& @8 c; [1 x0 Rhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530915778020_chinacnw_com.jpg1 l' O* f9 E& W2 X9 b; j& e1 \( c0 v( F
REVOLVE命令旋转外圈，内圈（图30），先点击' Z5 p; G# o2 i/ y
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg1 S3 @, K1 g7 ~
，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）。 6 b- ]/ L; ~0 w2 t* }- I' q; S
' I3 r( a9 a2 p3 Qhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530965778021_chinacnw_com.jpg3 g+ X- ]5 ?: L) h1 N( { N
7．视图确定新的UCS 3 J2 o' u j T* F, Z
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053165778022_chinacnw_com.jpg" U$ R6 M: H z1 ^6 Y7 e) j
（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。
7 H7 C3 i) P9 ?6 x+ S: x7 Q7 G! H0 @4 ^2 r8 {, p% J% Q; w7 l, r
例16：获取平行于屏幕的平面：点击图标9 |8 I8 n0 @% ]' P4 d. {9 v3 M+ C0 g
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053165778022_chinacnw_com.jpg1 S7 z8 r1 C9 ~: F% U% a
（图33），点击
, n9 o6 \6 ^1 |6 c1 r ?http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053195778023_chinacnw_com.jpg% k5 Y( a0 F5 I4 K; R0 n! M
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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$ n9 ^/ `$ L% L( U* ihttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610531155778024_chinacnw_com.jpg7 C% P. L y; N+ C8 l% p3 y8 Q) 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; a# j/ M2 P8 a- ^3 ?9 ^1 y( t
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053165778022_chinacnw_com.jpg
0 ]6 f9 O2 @5 `9 Y+ W变换UCS后，再输入文字（图37）。 + T- |0 y- _$ i0 H8 g4 t
6 G4 E; Z& k/ J c" y! b/ c' m/ m
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610531255778025_chinacnw_com.jpg4 x6 m0 h# N- e: C9 V4 \
例18：绘制亭子（图38）：亭子顶面用三维面
1 u. f# }. o2 ~& ^http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610531305778026_chinacnw_com.jpg3 a7 j( O) K+ Z. m
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。 0 _0 \' T" p4 Z8 a% c! F Y2 ?
+ B0 X( M5 L) @0 {6 J
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610531365778027_chinacnw_com.jpg" r {! c% d5 \7 y& C2 J
参考文献 : D8 I: V1 j3 _: q% m
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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