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autocad 2004 UCS三维变换与三维建模9 C2 U5 z0 f/ c* ]% H7 n8 O& d
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。 , t1 O- e) I# ]$ z
关键词：UCS；三维变换；三维建模；教学 " g* r+ B, {1 R- z& A8 M( n( R
. W6 H, j7 L( Z3 B1 w' xUCS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。 - G( ]% I" r# s8 B
5 R. F9 K9 s" p$ R7 ]- U
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。 $ h$ _0 s9 f( J& Z% ?6 J8 @
7 k8 m2 u/ A1 y- [# \5 d+ X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。
0 \4 n4 J5 l+ v8 {% J0 r% E( G2 t- I0 f9 }/ L* X. g
1． X轴旋转90度确定UCS ：" E6 z0 l4 M0 M/ j
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+ X9 {: p+ M9 I: ]$ H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。
0 z8 p, d! Y: ~5 n, J
/ A2 }; Y. s1 y5 Shttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/20051126105285077802_chinacnw_com.jpg
* V2 f$ S8 h( ?7 Y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）。 8 Y3 ^, A6 |* T5 v2 }2 y& l) u
& l- Z& @! q T0 ] H- u+ Z' A
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052842177803_chinacnw_com.jpg% ]6 l7 D) @) k3 Q+ t4 A& \0 r
2．三点确定UCS
6 h! }1 B" @" @4 i! {/ I/ Jhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052887277804_chinacnw_com.jpg6 b2 S! F& T* Y# r( d o6 F
（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。
: E/ X5 S; B; K G" F
o/ w' b& Q; n0 ]* `; j$ d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。 $ k# ]. P) \- L$ C0 k8 F0 }
! h7 V& v; }) F# @( K" S3 d- \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。 , T! O+ {) p( P7 H8 |3 i
! i5 J6 k, o2 x7 X' D5 [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。 8 A+ K5 M0 b" P
& b$ C e+ J5 B! ]$ V
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/20051126105299277805_chinacnw_com.jpg4 G w. q& `' q9 U8 f( i4 D
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。 - s9 z! a1 ^8 x) Z4 S6 d, t5 s/ g# d5 a
: i: i6 {. T/ Z7 N& K) T* Bhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052935277806_chinacnw_com.jpg
# s+ X5 h" j4 |# S8 q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）。 " j& O4 I- I. g4 M2 Y+ _; \
; u! k% E q6 x: j& {0 S& R4 o Qhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052946277807_chinacnw_com.jpg
+ z: v b' f7 [$ h3．拉伸正Z轴方向确定UCS9 S9 C% F* J3 M/ H, r, v; y1 p
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052957377808_chinacnw_com.jpg1 T( o8 A; J9 S6 P- d; `
：
% c' @# K4 e0 }) Z. n, h/ F* z4 x8 G+ U" Y& h4 y8 `; f, ^/ V$ w( k: G
例7：圆柱从球中伸出（图15）：先点击2 E$ Y; b$ P' b3 E& W, A+ u# @
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+ I& q( J1 X2 B# z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。
& e6 M& y' X+ S, N) ]! n. I8 c4 M- E$ F5 N
例8：拉伸三角支架（图16）：先点击" ?/ [ L7 k3 J
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052957377808_chinacnw_com.jpg
) @5 T. [( k+ a6 _6 S) O, S: Z7 T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。
: H6 T) ~0 a6 [! s- l& d: g" }" X9 D* t5 A! n7 d
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052968377809_chinacnw_com.jpg
: F5 p7 e1 m0 O! [0 d) O7 A4．改变坐标原点的位置，确定新的UCS
T8 e6 T0 I' w) \http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529803778010_chinacnw_com.jpg
/ G" d2 G% c" P（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。
, v; ~- o/ k' m& f, n) n" U* g9 k4 P$ y- {% C, I6 j) Q; I
例9：绘制楼梯：先点击. K6 l G: r3 Q6 S% ]$ D
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529803778010_chinacnw_com.jpg- h# j! Y& {3 j0 l/ G
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）。 : F4 N j$ k/ s: z8 u5 t. V
* X p# Z3 R! i* Chttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529923778011_chinacnw_com.jpg$ I- J$ \" N, {" p/ j
例10：绘制螺母：先点击 _9 G. h: P7 T3 m, S
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529803778010_chinacnw_com.jpg3 T3 m: e/ M; `
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）。
7 K+ m* w v+ I" f% m3 Q
: @# m; | e" ]& t' xhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053063778012_chinacnw_com.jpg. j6 G4 A/ H* W$ K4 M+ s& ]
5．面确定新的UCS
: Q* h/ _# {3 n/ z+ thttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530264778013_chinacnw_com.jpg# [& O9 ^5 V0 M2 [4 p$ F. }; C4 k( X/ A
（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。 % P. Y1 O: ?, p$ }2 w+ N" s. y
3 G1 J, m; D% F* ?7 X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。 & g8 w; R8 v- ~6 b9 [, y
* J7 k# L& C% \2 s8 V% M7 |
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530384778014_chinacnw_com.jpg
4 y) g/ o+ U' x3 Z+ P ]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。 ! [6 }" b6 g: w+ h9 d
) X, \3 c: h |% t, b/ |! G' mhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530494778015_chinacnw_com.jpg
# F m: @$ p* 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。
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http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530554778016_chinacnw_com.jpg1 j f- F/ J" U( {. D5 E
6．对象确定新的UCS
2 ^% n9 ?# [1 ?: Q! J- Ihttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg
$ e" K1 ?: ]2 _: h：根据选定的三维对象定义新的坐标系。
% |3 g* }: x+ w9 ~. e
6 |4 p4 o. w9 s4 Z& h. \0 X4 Q, ~- ?例14：拉伸三维面上的圆（图26）：先点击
* | j" D6 A2 ~' F& lhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg
$ Y( f1 W! ?, j( }3 P2 D7 k" {# 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。
/ {4 x; j$ o6 \( }$ M8 g+ G: L+ H0 v( E0 G& L: o
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530764778018_chinacnw_com.jpg
! u& i# v2 R2 E8 E/ E例15：绘制曲面屋顶： 先点击! [8 ^) f* h, N0 v! Z6 X
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg
; [6 b _1 I; |8 B，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）。
" e4 Q$ X' w( k& Q7 m( N6 @ {
; G1 X7 R. f4 A9 k/ I# x- Ihttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530834778019_chinacnw_com.jpg
2 K; X2 \% G: l7 G4 b4 a) G$ Q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
" f% O. p+ e: U2 Ehttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530915778020_chinacnw_com.jpg z* [, E" N' E' p. |$ V
REVOLVE命令旋转外圈，内圈（图30），先点击
' E) [9 L1 i! `http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg
9 I Y8 a( v' K' J, V* N2 ^，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）。 " A/ a7 r R# I0 d8 Q! D
7 I; w, _+ I) f7 o/ |' L) B9 V2 Ohttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530965778021_chinacnw_com.jpg* H' }5 D1 m6 c, P d
7．视图确定新的UCS
' `3 y6 x0 G! |http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053165778022_chinacnw_com.jpg
9 F, y) p( d* I, E; I（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。 ( q% T0 W/ F: f) G4 z9 [- O0 _9 x
6 B: W( e6 v/ T# q' C. y6 s
例16：获取平行于屏幕的平面：点击图标2 N r1 }+ t: C
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1 I% X8 Z( J4 v, @（图33），点击 ) D1 A7 ?* @# y, g& H
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053195778023_chinacnw_com.jpg+ ~- F: U# w9 I, h
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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8 }' H5 N$ \$ R ^" B P9 khttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610531155778024_chinacnw_com.jpg5 k! g+ ]) ?& o+ v
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
8 ?" B" w5 F6 q k1 w- ghttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053165778022_chinacnw_com.jpg( R# ?8 ]! K1 ^# V
变换UCS后，再输入文字（图37）。
" z8 f! B9 j& i4 y
: z M; m4 |/ i8 v% i, Ahttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610531255778025_chinacnw_com.jpg
' i7 }& U- q- R" \, J: m例18：绘制亭子（图38）：亭子顶面用三维面
9 h1 G+ q" b' j; |. Uhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610531305778026_chinacnw_com.jpg6 P4 F* J. E! i! d
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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% y( q9 f% c& Z# K+ y) J, Y% }http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610531365778027_chinacnw_com.jpg
; ?( O) z# L8 d3 {4 r u参考文献
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发表于 2006-12-2 13:47:10