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autocad 2004 UCS三维变换与三维建模
$ |( q$ `+ Z7 F$ C/ [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。 * B$ S/ |* R& G5 w! i" h
关键词：UCS；三维变换；三维建模；教学
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UCS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。
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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。 5 [1 A! H; h$ H& C$ ]
. N4 ^6 a' d! }: P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。
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1． X轴旋转90度确定UCS ：
% j0 M* i7 n; U; b/ h- ^http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052793077801_chinacnw_com.jpg
* i" B- r6 [/ ]0 W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。
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2 [8 m0 C' v; r8 _http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/20051126105285077802_chinacnw_com.jpg
: p3 H0 E% W/ U1 S1 Q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）。
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* x$ z% {4 D; K; rhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052842177803_chinacnw_com.jpg
0 M5 f( v4 J! b$ s6 ?3 T5 g2．三点确定UCS ' [( I, v$ y) } \ K/ K
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052887277804_chinacnw_com.jpg
! p+ L4 D0 |5 k; b7 D（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。 ) j7 q; O4 R& a$ d3 d5 _" w
- l- ~! A* b( e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。
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* k+ U% b: j( ~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。
* Z6 t: i) X) B' K2 h- G& c& k7 ]/ f# S8 H- n; m* {! E
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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/ G3 T# s$ a( O- fhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/20051126105299277805_chinacnw_com.jpg
6 t5 E3 X, J6 Q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。 3 e1 k5 D- M, G
( g6 I" J0 N; m" S) N+ U$ ^
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# i$ M9 ]( f6 i7 }. b- ?8 Y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）。 ; _* X9 X. g9 U7 ]$ P) Q
0 `/ z- m' r9 ^ {" k' o( _- C
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052946277807_chinacnw_com.jpg! c2 r. Q8 f3 g
3．拉伸正Z轴方向确定UCS
0 x# I+ r3 `; V' L+ shttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052957377808_chinacnw_com.jpg# M; b, q- m7 n* o( y1 t, r! k& `
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# {4 ^3 i2 Z* G+ J1 ~
4 _" N. p1 {! r2 Z例7：圆柱从球中伸出（图15）：先点击 |5 u. _, d/ v/ t
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052957377808_chinacnw_com.jpg) W1 V! |' j4 U& c, P. m, V) p
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。 5 t+ E& @8 G. W0 v
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例8：拉伸三角支架（图16）：先点击 \1 Q2 ]8 A* }0 k$ m% Z# \, B: Y
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052957377808_chinacnw_com.jpg) N- i: l; Q3 T1 L% m
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。 ?4 B5 m" S/ `- }# l* R
8 G0 K$ D" z6 ? }" H3 K
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052968377809_chinacnw_com.jpg( X- i3 X$ Q8 n5 r% U4 X: [
4．改变坐标原点的位置，确定新的UCS & @ G" B* c- m4 |3 M
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529803778010_chinacnw_com.jpg- X0 X) ^: 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。 $ {; Z6 B5 ~, s% L: j6 ~' p6 U
% u6 N/ v9 }' r& j
例9：绘制楼梯：先点击
% E) ^" E7 S2 M* [/ ohttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529803778010_chinacnw_com.jpg
3 ~% K7 q" P/ ?" 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）。 ; z/ q7 e& N$ a4 B8 a
1 m b; |& K7 }0 h" I9 nhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529923778011_chinacnw_com.jpg+ C! c) e/ ]6 T7 g
例10：绘制螺母：先点击' G( c# _4 N6 J+ e. r4 F
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529803778010_chinacnw_com.jpg
! B2 A+ P2 |$ l3 m( e7 F: _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）。
6 S# Z9 {0 Z R. z& F M* C& S5 ~3 S6 X
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053063778012_chinacnw_com.jpg* n( y- S R5 G' {, i
5．面确定新的UCS
+ d" W1 _3 b( {1 M( hhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530264778013_chinacnw_com.jpg2 }# P J' z2 y2 l0 p
（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。 - v; f( q0 m4 e8 A- }) @
# H& t5 x$ G- Z o; G3 Y, d
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。
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- I, Z0 ^/ u. M qhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530384778014_chinacnw_com.jpg
* }& s/ }4 R: N4 N% J4 ~2 B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。 * \* u7 c% Y5 q' |
3 b) I: l1 O* w9 |http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530494778015_chinacnw_com.jpg
7 d% x( _* w* q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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0 j5 C" x8 q4 {- I6 x9 d2 W1 jhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530554778016_chinacnw_com.jpg4 G- c9 {8 E$ F
6．对象确定新的UCS
) f8 n; x% b9 b1 a- j% ~http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg
$ B& f% ]8 y4 x& Z. ^! C) J( M* g：根据选定的三维对象定义新的坐标系。 5 Y3 M9 n6 [- H. X
7 f4 [; `' h- f, Y例14：拉伸三维面上的圆（图26）：先点击
2 \; ? R2 P. I, [http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg
3 S% x" ]9 ]! k4 [，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" @* `4 Y/ w- u- Q% |
例15：绘制曲面屋顶： 先点击
: I( z* V- i4 G0 `( Whttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg
) m' X1 X! ^$ h5 q# ]- ?( z，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）。 2 M( w' J- [8 e; B1 i$ q2 ?3 ]
) l$ ^' @6 F, e2 phttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530834778019_chinacnw_com.jpg
5 C1 M5 Q( y5 {8 d& g% i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8 Y. c' N1 g3 x* d% C+ n8 \, x3 `
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530915778020_chinacnw_com.jpg" R! p( @$ ~' h
REVOLVE命令旋转外圈，内圈（图30），先点击3 ^: t, b, i1 @% A% i, h& G" j
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg
7 h: h' _) u& x6 a U! e0 h" N，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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6 m7 U* Z" x" ^ ?$ `% Ihttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530965778021_chinacnw_com.jpg
}7 a7 K8 @. D! ]; `% H# Y7．视图确定新的UCS
8 N; M g/ O! m( S( ` ~% I% k8 Khttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053165778022_chinacnw_com.jpg. G* v- |% G2 ~8 M. _0 H
（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。 8 t+ E- q+ N' @' t
! x# b; T, l G) E; H K
例16：获取平行于屏幕的平面：点击图标# T' B3 K& x4 c% t8 v9 k
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053165778022_chinacnw_com.jpg& f) R6 M# e1 k3 _4 O1 u5 y
（图33），点击
2 b0 n: ]! |+ S( }http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053195778023_chinacnw_com.jpg
1 L0 J- k5 t ~. x3 Z, z# wsection，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）。 - B- v$ Z2 N* n( b; l; s
2 a ]! J9 d% Z( r( G' ?3 J* H
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610531155778024_chinacnw_com.jpg) G+ S! y( W8 @4 z: ^$ p
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: R) \7 R8 S- q. {7 r
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& S( l; F, Z4 l$ d变换UCS后，再输入文字（图37）。
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http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610531255778025_chinacnw_com.jpg9 q8 |/ j: A& S. b) P
例18：绘制亭子（图38）：亭子顶面用三维面
! h% \5 Z! I( C `http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610531305778026_chinacnw_com.jpg; {, f0 i: G. }; O7 o
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。 # l1 _8 @7 D, C. G8 [
1 t5 g$ h! a/ M7 w/ O! W8 y3 B
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. h" Z7 f, H9 _, [1 v参考文献
, M5 M, f* }5 b; n- D0 V |) r" ~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.
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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. ' G% g0 I* n1 Q. \3 R- e) D
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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