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autocad 2004 UCS三维变换与三维建模
( z- T! o# l! h, S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。 * j1 X5 }, U9 o5 b
关键词：UCS；三维变换；三维建模；教学 % k+ p/ v. a) e( m4 u7 U
/ H4 r: w; f6 ]# j7 d7 @
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。 ( r1 ]) S9 }) z- ]3 Q2 ^ [9 ^
, s% I, N2 ?$ j" f
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。 / K7 |$ x- _0 Y3 U) \' N
0 S# z3 p, j7 w+ K' E9 @
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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! q) _9 p/ D9 H& r1． X轴旋转90度确定UCS ：; c$ q/ p) M. j
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1 I- h+ Y M4 h% Y; P4 C7 Z. i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。 " q' T7 f: X+ U" w
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http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/20051126105285077802_chinacnw_com.jpg) j% l# @0 T! v" `; D3 d& 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）。 : r, ?+ X$ S2 e5 R: G. m1 l: k
9 B' a" d; k! ~% [* ~
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( K, `3 o3 {3 A- S0 o2．三点确定UCS
: A5 {( b1 H. N/ ]2 dhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052887277804_chinacnw_com.jpg+ B+ K# C5 c5 d0 \' h
（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。
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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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n. Z0 @. |1 F3 a3 P' \( u, _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。 , C$ e+ P r \
6 b* c1 C1 J! P$ ^) W) y
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。 7 s. l/ C0 U, V' @8 `9 G
( f. z- J" @, D6 _& H: Uhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/20051126105299277805_chinacnw_com.jpg( n9 w# w. f( N7 r4 w G4 G
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。 , @# l4 h" t* p9 d
: @) X, n) B- F, j: Lhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052935277806_chinacnw_com.jpg
. o2 r0 o3 R# I$ C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）。
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5 @+ d" R# e+ _* v" xhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052946277807_chinacnw_com.jpg- n* |' R- P/ v' Y0 U6 x
3．拉伸正Z轴方向确定UCS
+ U* f8 L) J& W. thttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052957377808_chinacnw_com.jpg
" I( X" Y) X, ` l, p. n： : Y2 E8 k# g: K; g1 p6 }* z
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例7：圆柱从球中伸出（图15）：先点击
% Q0 E* n6 ^4 g1 b- Dhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052957377808_chinacnw_com.jpg2 m5 j/ |! B+ G. t0 y0 e
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。 1 T3 A7 D. {- k1 I; x
; X" L: n8 W- t# r+ K例8：拉伸三角支架（图16）：先点击$ s6 [" Z( d9 G+ T
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052957377808_chinacnw_com.jpg" U1 ~- ~; R; @/ y' F5 B- K# N+ H
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。 3 r0 d! d: R0 Z7 s8 e) l
& d& m2 F" n1 S0 H8 Q3 A3 nhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052968377809_chinacnw_com.jpg
^3 H; D+ `& S/ R/ v4．改变坐标原点的位置，确定新的UCS
! D, D! r' R6 D$ R! dhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529803778010_chinacnw_com.jpg
3 C! q' o. ^1 G, s0 w2 ?# J（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。
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) Q4 w. w+ _( T y7 c7 m例9：绘制楼梯：先点击
. C& E+ I& ~1 A1 ?2 vhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529803778010_chinacnw_com.jpg1 {& I' B- D# }5 ~; E) g9 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）。 % R+ ^$ j( T# w' ]/ R
: k+ Y, ^. u( L1 \8 M
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529923778011_chinacnw_com.jpg" u6 A6 t" k$ x9 g4 h
例10：绘制螺母：先点击
5 A& o+ ^. e, R8 ahttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529803778010_chinacnw_com.jpg; I i, w- h1 M8 q1 g- M9 \( Z7 D
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）。 1 D/ P' H" G( N; l1 u
- B9 v3 L) g9 O: ]$ ehttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053063778012_chinacnw_com.jpg5 y: ?/ r9 L8 ]7 u0 y+ ]
5．面确定新的UCS% ^2 d7 k' g; {" t8 n
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530264778013_chinacnw_com.jpg
7 c& t7 I+ w" X5 i& K% ]（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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, @& b% j7 m( u, {& Q& C; h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。 * {+ p/ z ], }! i& b
: l( U0 J2 [0 c1 T$ Dhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530384778014_chinacnw_com.jpg
4 @+ d' B) E% F5 n3 J: O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。
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http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530494778015_chinacnw_com.jpg
$ `7 x! A) i8 \- h7 V$ H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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4 ]9 B Z& `6 \9 U& s8 G9 Rhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530554778016_chinacnw_com.jpg; e# d1 S% ~7 C# I
6．对象确定新的UCS
# ~; p- I3 a9 { Q7 k9 c) @7 ~http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg! C I! c+ l b9 e$ J! s1 b) P8 ~- g
：根据选定的三维对象定义新的坐标系。
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# i% `& J5 R8 M0 Q6 s例14：拉伸三维面上的圆（图26）：先点击
" U/ C J6 B0 ~) j4 _http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg1 D, a! m- j7 @: ~/ z4 g- g' F; b
，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
. t+ i* e5 I" }) g% W$ l例15：绘制曲面屋顶： 先点击
. C! ]& u8 \; ?* N" n9 Qhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg
3 u# T9 ~0 P; k' |" s，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）。
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2 x9 _+ ?" r1 _$ B. w3 phttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530834778019_chinacnw_com.jpg
, E% e% i1 N: D# J, B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 u2 O" `, \4 \2 H: ~. K$ ahttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530915778020_chinacnw_com.jpg
- W4 p4 a2 |* h l7 z0 {7 |REVOLVE命令旋转外圈，内圈（图30），先点击7 Y3 G. U+ k. n
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg
) f2 K, s- ]5 r7 n6 I，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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$ Y# W' \$ k: o7 X& Vhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530965778021_chinacnw_com.jpg E! M1 x; F( g; w4 Z8 ?% |3 b9 Q2 p
7．视图确定新的UCS ! I8 ]9 ~9 g0 I! L( r# b# X
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053165778022_chinacnw_com.jpg
. H# B# [) V; t! l（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。 2 ?" }% a0 B1 V' x
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例16：获取平行于屏幕的平面：点击图标
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2 p, I1 K4 @1 C2 \% @; z（图33），点击
b- J) z/ P. r$ z- |! B+ C- ghttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053195778023_chinacnw_com.jpg
2 X1 c( A5 Z4 b6 s! L# q8 B6 q1 Ssection，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）。 + h7 `7 o. E* j
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http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610531155778024_chinacnw_com.jpg3 A. w8 e2 I( f" V) N0 Z
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
& W3 i3 H! x$ [. C7 e% whttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053165778022_chinacnw_com.jpg8 n- s* }9 H3 L
变换UCS后，再输入文字（图37）。
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+ Z8 F: D/ E$ }5 p: dhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610531255778025_chinacnw_com.jpg
/ u/ |8 h9 B2 c例18：绘制亭子（图38）：亭子顶面用三维面
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, D! J, @7 S6 a! l. r! }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。 4 I" l3 F6 Q7 g% H) g2 L
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http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610531365778027_chinacnw_com.jpg
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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. ( k3 ^! s" s! }* z: n 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. 9 G: k6 E: s& p6 n
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