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autocad 2004 UCS三维变换与三维建模, c+ O% g3 a% s! w4 l/ _- x
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。 ; h; c9 n8 e% t, _2 G) R( X: T
关键词：UCS；三维变换；三维建模；教学
& y# @# s1 U9 r$ Y7 \ `
" k8 y1 M; y L/ TUCS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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" E2 ^. H# S% ]) o. [4 \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。 + [; f2 x& R' E) M; ]5 H/ P" c5 T
! I0 i: k1 Z1 Q7 g! U- \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。 8 D' {5 U8 t2 G: h' n
) R! k4 { N: D% Q$ }$ K/ r1． X轴旋转90度确定UCS ：
) ?2 r. D0 x. J& k5 ?http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052793077801_chinacnw_com.jpg
1 J: A, h0 K: [6 y& i- p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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5 a* z- n2 i6 E* V" j% X# m( }http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/20051126105285077802_chinacnw_com.jpg M/ `# x, g( n: i# T( Q1 A
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）。 2 o" c1 X( }* D' |; ~7 D
9 o b8 X6 J, x& Z( H
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052842177803_chinacnw_com.jpg5 l9 e3 _2 p" B6 {0 X% Y
2．三点确定UCS
1 n2 E+ n* v/ Z+ A- a. U+ Ohttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052887277804_chinacnw_com.jpg
0 _: i0 T$ @ w! c$ @（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。
9 t) `9 u% I' _, s8 y
: {) P4 a6 t6 v7 j( H Z4 U1 i5 h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。
1 Q j1 z8 P7 f' A- T/ z$ }9 \. w+ [; S" O4 @# b0 D) `" M
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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2 e5 l7 O& a1 l0 E1 p7 `6 o. _! n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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) N1 _- |: J/ I9 ~& U* }: g* xhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/20051126105299277805_chinacnw_com.jpg7 n) x) x- M- }/ K" }# [
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。 , l5 p" {8 N7 [
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http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052935277806_chinacnw_com.jpg
9 L* Z. g, e- k- K, h# ]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）。 3 k0 _& f: L0 k% H
" n7 \6 w: e$ M1 X. Shttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052946277807_chinacnw_com.jpg# d) k9 }9 K( R" D
3．拉伸正Z轴方向确定UCS
2 D- I- }7 c2 I0 e0 e( [http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052957377808_chinacnw_com.jpg
+ o" S6 @; n/ C5 E5 J$ ?：
9 I* \; v& ^2 K W; c1 g+ V& \
' b6 ?$ {5 B X4 V; m例7：圆柱从球中伸出（图15）：先点击
: o& ~) ]% R0 \; ^+ ?" i! L, Qhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052957377808_chinacnw_com.jpg, C/ a. l# i4 C0 X$ a
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。 $ m: z6 W# m7 _: J ?% _
- ]8 n# z) w- A/ O: y
例8：拉伸三角支架（图16）：先点击! S% a, m. K \6 p
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052957377808_chinacnw_com.jpg" c" L- y0 f, D" D
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。 : M" Q( k2 |5 s0 c% E
3 g$ T2 v# c" s A1 f; c% A& P+ X& W
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052968377809_chinacnw_com.jpg: x/ G4 S4 l1 C& R5 N
4．改变坐标原点的位置，确定新的UCS + I1 w' Q4 ?, @. Z5 h; O
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529803778010_chinacnw_com.jpg
" A7 S4 y N) x' Z（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。
( t. }, N- l/ E2 Y, C+ l
/ g: ^& U$ k+ D+ \例9：绘制楼梯：先点击* l2 d3 u+ q$ m* c# [* f9 i
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529803778010_chinacnw_com.jpg
! E2 i" p$ f: h+ Y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）。 7 `3 |& n3 k: r
, [6 c, e9 s8 W. ^; N3 x8 F$ l4 T
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529923778011_chinacnw_com.jpg
) q8 r; k% \- @- m' r例10：绘制螺母：先点击2 S. @& {# ^! o% q. O
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529803778010_chinacnw_com.jpg
! j6 G1 M0 @( R+ y* ?9 c: \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）。
- C; ^8 C; n, f# i; R: a- v4 z5 x7 f7 D! H. t
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053063778012_chinacnw_com.jpg; _8 D) p* h0 a( ]7 l: _; q
5．面确定新的UCS2 g# ?8 Q1 r/ R
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530264778013_chinacnw_com.jpg
5 Z: D1 f% e) W2 o7 X; I! U（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。 $ A/ q( P( L! a
K w5 ]0 V8 ?, 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。
% D, s" v, F2 j8 @' V0 c; v8 y8 c' I9 D
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530384778014_chinacnw_com.jpg8 Q6 W/ `0 ^+ @
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。 - j3 r2 p0 ?0 z1 n6 N
1 G- p0 @, R, t. v1 Q H
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530494778015_chinacnw_com.jpg
& R! a6 I; h" o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。
$ m* ~0 \( U- u( p @6 |8 D
$ s1 S$ ^7 M! ?% Q. ] h! N8 G$ zhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530554778016_chinacnw_com.jpg; y: X- y6 d4 d. L7 x- K2 B+ S: [
6．对象确定新的UCS * a6 h+ x. z( O
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg
- o6 U+ C6 t- X( o9 A) B1 Y) e：根据选定的三维对象定义新的坐标系。 " U `* h1 g! t" e
0 E7 S/ n, M3 E4 Q$ ~$ M
例14：拉伸三维面上的圆（图26）：先点击- l, O" X$ V- O7 R
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg$ e) c( O' }" {" H/ X+ j7 \* K
，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。 8 V% S; A: u7 d* o; q% H5 m0 Z
R. r1 x6 C$ c; a
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530764778018_chinacnw_com.jpg- P6 B/ N7 R/ E5 S/ ?# ]9 f# V
例15：绘制曲面屋顶： 先点击6 v, _+ ~8 A, f/ ^! m
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg
1 t& B: ] S$ v，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）。 ( U% ~- |6 s6 I) R& j, x* o* U& b
: W5 K- ]$ }3 E) ~ d# m" i( W
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530834778019_chinacnw_com.jpg* }1 T- E% y$ g4 g5 h& M
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
9 y; Q) q# B U5 c& A, |1 uhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530915778020_chinacnw_com.jpg# y4 `/ q, |* B' `
REVOLVE命令旋转外圈，内圈（图30），先点击% j# {4 _1 }( K* d f
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg5 y' B: X& i7 [- g- h& e) R
，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）。
+ E5 f- W8 i& Y; k- O, n @+ f
9 m6 W6 H! l: ^5 {% G: x3 A* uhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530965778021_chinacnw_com.jpg% X2 d" z7 D) }
7．视图确定新的UCS
0 v" I& A& h5 b$ |( D8 Lhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053165778022_chinacnw_com.jpg$ t9 e6 \. f& g9 ~( @
（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。 , P& a+ l$ c+ }- i
% h* b$ D! v5 m$ G# u6 a例16：获取平行于屏幕的平面：点击图标0 t* f) q) y0 z4 L4 W3 g) U: D
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053165778022_chinacnw_com.jpg
2 O1 }4 v/ u* h, J0 ~# Z1 k（图33），点击 0 L/ V' d ~" O3 S Q
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053195778023_chinacnw_com.jpg* [0 `4 n0 }/ v: }9 Z% j' W
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）。
8 n4 G. }2 R3 Y9 K; S# P$ |# c- X+ r9 n- ^( M$ @! u) U0 e
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610531155778024_chinacnw_com.jpg
/ f$ B6 d2 Y: ^- O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
4 @8 z8 T( D {% u( A, `3 Xhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053165778022_chinacnw_com.jpg
& d+ |+ g& w* }- p5 ]变换UCS后，再输入文字（图37）。
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6 E1 I _3 B" J1 whttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610531255778025_chinacnw_com.jpg* k: C: h5 u% c2 I+ E7 F' s
例18：绘制亭子（图38）：亭子顶面用三维面5 m: w1 U& o U% j8 E; E
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610531305778026_chinacnw_com.jpg5 ]* Z: I: b. z& X5 t8 h* J
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 X% q% C' Q0 U/ w9 J
7 ^# _6 e, }4 X4 Ohttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610531365778027_chinacnw_com.jpg: t, s. ]4 G7 ]+ n! C+ t- u% k
参考文献
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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. 6 M$ j# ?3 H* c1 I* t5 }
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