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autocad 2004 UCS三维变换与三维建模
; g, e& d8 x2 M! P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。 1 i% ~' C( Z* P" V: G
关键词：UCS；三维变换；三维建模；教学
' g0 [ k3 ?6 J3 M5 f
" r3 g+ y3 ]" b$ C" {6 F8 N2 C- pUCS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。
6 G5 l2 @4 i4 [
G/ ~, b$ S5 R" a" g" W; P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。 ' S6 Y! h: o' X3 ^* h: D6 B3 c
. P9 {* G" _. G. |' 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。 % ]/ H. S0 T: w' m! K! ^2 Y
4 i& R: r% w w2 |3 `
1． X轴旋转90度确定UCS ：( q7 P, @; L" S& P
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052793077801_chinacnw_com.jpg B5 F; B- c# t) d. @9 D, 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。 % B& N6 R7 P0 H6 ~3 P
, b8 R; r1 \; Y% X, A$ w
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/20051126105285077802_chinacnw_com.jpg
" C1 j. c1 m& C$ ?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）。
* z& [% b' c& Q7 }. q7 F
+ s# Z, a7 z% F T% q0 `http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052842177803_chinacnw_com.jpg
) h6 J9 O4 D8 {4 C+ N( Z* [2．三点确定UCS % W* J4 b: Q5 O4 e# ]+ g* ]
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052887277804_chinacnw_com.jpg
, z5 Z, r1 n+ S+ Y$ J. e7 i（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。
& S8 \; E2 S$ r1 F% p ?! t
$ S% H# B" O# Z* z7 P$ f q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。
; s. [& J. k8 U+ `
! }" X* F% q9 x8 O6 @& `4 t4 S' G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。 : l3 d1 d" y# D! K% t) M
7 P# o$ [, q) i+ j9 t: @% q, T+ Z& S
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。 |: V: @0 M" e' K! l* Q }
8 F" v# v+ k) _
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/20051126105299277805_chinacnw_com.jpg
^9 O. H7 t9 h4 {% t/ V- 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。 + D1 E$ u3 F7 F0 u6 B
# `* ~. O9 p/ ?- |$ e
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052935277806_chinacnw_com.jpg( |. x3 W2 a/ S. ^- @! E+ A
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）。
- A- ~: ~% \# m8 {! C9 V
p! P' e4 d7 N2 zhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052946277807_chinacnw_com.jpg
6 H2 Y, G, ]$ b6 o) d3．拉伸正Z轴方向确定UCS
7 A& u, {4 d; v' @0 Vhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052957377808_chinacnw_com.jpg
8 j! G$ b0 q. X; V1 _1 p：
" ^9 a* f# z. v/ V- E
& W( ]3 ?* {/ S例7：圆柱从球中伸出（图15）：先点击+ n8 N+ e" Z3 g2 }
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052957377808_chinacnw_com.jpg
% J0 _" G5 q/ B5 S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。
* p+ S# {7 ^5 S1 s- ?3 j( I7 \# P4 r: ]
例8：拉伸三角支架（图16）：先点击4 n- L0 \; r$ o4 I1 ~0 n
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052957377808_chinacnw_com.jpg
) i# Z! J1 L2 S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。
& [& F" D6 n4 n8 a: c3 U5 \
8 B. z' r: p. n: fhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052968377809_chinacnw_com.jpg
g# l) b1 A |7 n& E4．改变坐标原点的位置，确定新的UCS
! l4 \2 N; Z; @9 lhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529803778010_chinacnw_com.jpg! X- f! i7 F0 J/ w( u
（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。
+ {6 } J: I1 }* {1 _1 x/ G& x3 h% V B( K
例9：绘制楼梯：先点击" Z8 L3 \- n3 e* A+ Y
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529803778010_chinacnw_com.jpg" z2 K$ j7 q/ ~+ b( q& w- X
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）。
& F7 r! N4 d ]1 {- R2 b! u% k. z, f& r/ r* h) R; b
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529923778011_chinacnw_com.jpg
1 X- J# J8 s' T0 Y6 Q3 g8 ? u! F例10：绘制螺母：先点击
; K: j* c( x4 }1 fhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529803778010_chinacnw_com.jpg
" N2 i5 B( k& _' J3 Z+ ^# \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）。 , Q$ S0 i, F# H# `6 F! X
9 b1 V5 q" A8 V4 e" |
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053063778012_chinacnw_com.jpg1 h* x h) x# }3 r
5．面确定新的UCS
& H- G3 l$ B. a# i |* ~6 chttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530264778013_chinacnw_com.jpg
A8 h. }/ Y, M+ N& U4 }; `$ n（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。
" m& u2 A6 G7 r1 b7 {5 t6 G' Q6 g- x: n4 p( a. D7 O- S6 l
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。 & I/ q& u7 `" i6 `2 Z) j
3 g) c6 ^# T4 c% _
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530384778014_chinacnw_com.jpg9 r/ O6 Z* z B: c5 I& Q- g* z
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。
; E9 z$ F5 B- }: U$ y
9 c0 ]6 S+ W+ }2 e' g. Rhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530494778015_chinacnw_com.jpg) Z( K3 H; M9 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。 5 B/ ?7 z' V9 V" }1 t3 f
) Y9 x0 L8 J6 ~4 j. Vhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530554778016_chinacnw_com.jpg' F9 V ]# }+ R6 K! P
6．对象确定新的UCS
6 B0 [( R) q, `# ^# s+ I _http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg
9 P9 s6 B* K6 ]: i9 u：根据选定的三维对象定义新的坐标系。
+ X$ J& o( }6 |# g9 [, j) M/ |8 ]& p D {" w# R: k! C
例14：拉伸三维面上的圆（图26）：先点击
8 a6 D! n6 z9 T8 w* Bhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg- J3 _6 r5 h 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。 3 a% H: d% @3 a) p8 s$ O
+ f# t+ a5 _& P$ w
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530764778018_chinacnw_com.jpg
& m' r! ]$ c% m3 l% M. z7 ^, w例15：绘制曲面屋顶： 先点击
$ J+ n% I2 P* x# f Rhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg
E: V; `1 W# [0 k，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）。 $ N0 i+ P# e. o4 S6 Z
& y9 F' R) ]; p2 P) {http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530834778019_chinacnw_com.jpg
8 O; `! v3 R! w; Z, \/ H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& H( r1 T! }! n
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530915778020_chinacnw_com.jpg
8 }0 {: m" l7 B. J4 p, ], NREVOLVE命令旋转外圈，内圈（图30），先点击
* r' ~3 @4 l s! ^6 ?# Chttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg9 V: l2 S/ @* G$ R! d( e
，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）。 + v2 c, L% u4 c. b, p: H$ J
" z9 F7 _5 s. C- yhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530965778021_chinacnw_com.jpg: J6 y( f3 J* d7 [. B) _2 w
7．视图确定新的UCS ; v; d5 y! z; Z- Y h
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053165778022_chinacnw_com.jpg P; B8 o3 o; o$ I4 O- W
（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。 / ^$ D8 Y: H: j
' ~0 l' o1 ~0 m9 F; L例16：获取平行于屏幕的平面：点击图标
# j X) E6 {+ y$ w% `7 d" i9 {http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053165778022_chinacnw_com.jpg5 M, g9 a0 y* F$ f1 j: \
（图33），点击 - x# E+ S/ _, b l" H1 U( A) D* L5 g
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053195778023_chinacnw_com.jpg, `8 v6 y+ Q5 a
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）。
: U7 L$ p6 ~' Z- h# T4 z/ L6 R4 ~+ Q: c
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610531155778024_chinacnw_com.jpg* x4 ^# u o7 F" t3 R
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 C, M( |6 W+ @) W2 }
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053165778022_chinacnw_com.jpg3 v. M8 m( f3 }' D
变换UCS后，再输入文字（图37）。 7 d' s+ k& {, T- r! {6 Y Z. O1 J/ M
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http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610531255778025_chinacnw_com.jpg `5 v4 I2 x4 j( o2 n/ G/ |
例18：绘制亭子（图38）：亭子顶面用三维面
, N; W" \& e9 t8 n% m' v: |5 P. Rhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610531305778026_chinacnw_com.jpg
2 r9 h: m/ `* B( R. v3DFACE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。
" M) k1 Z4 X% g( a4 I2 g$ `: ^- l* E( Q4 g$ Y
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610531365778027_chinacnw_com.jpg! Q/ N8 Z! J6 w8 Z2 {
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# x. V! n0 `" B( a5 y' T/ O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.
5 }7 a5 K6 p6 N9 X2 [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