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autocad 2004 UCS三维变换与三维建模
6 y9 ~8 Z1 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。
" Q d! M; S! O; E! F) ?2 H% S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。 8 ^3 d$ o& x4 q- ~
3 n9 O! t9 h; I( J4 c5 D% J1 E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。 , J+ ^4 Q- o2 e6 ~$ d2 I
& E, b/ E! j) d' O f; I1． X轴旋转90度确定UCS ：4 m T* h# Z# ?! O
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052793077801_chinacnw_com.jpg
! k" s4 r. |" r; f% G1 c8 S( z7 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。 " ~; ~2 y a) `
4 |- B! t$ \4 b7 ^http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/20051126105285077802_chinacnw_com.jpg
- f+ j5 u) r1 ~2 w$ b* [/ U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）。
7 S" K* {& G! t1 m/ M, a6 R/ D5 L4 D# \* ^% f n. S
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052842177803_chinacnw_com.jpg
- ~" U c3 c# Y$ q2．三点确定UCS 0 Z3 M/ g: `$ h* ^
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052887277804_chinacnw_com.jpg3 K& [7 j% l6 f: z5 O7 \% D: X. t) N
（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。 ' f4 Y1 j) p: ?+ Y* M. H
8 ~, q& m: H& X3 H4 O8 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。
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4 \- d( e! _" o) L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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( I; H9 P' ^5 T6 g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 q" q8 q" t" [ B' o t% N; b8 j0 a J) t% Q; T4 i
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/20051126105299277805_chinacnw_com.jpg5 V% J6 U7 C) K3 X/ ?, S/ w
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。 . }& r$ o M: e: Z5 {1 [! J
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http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052935277806_chinacnw_com.jpg
6 k% G$ A3 n u: u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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* P0 z; X/ x6 `: C5 _http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052946277807_chinacnw_com.jpg) M6 A- S, N( _& r+ J
3．拉伸正Z轴方向确定UCS
! g' u; s- i9 P8 J; L8 V- w4 ~http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052957377808_chinacnw_com.jpg
B4 f: a! M, x# r Q+ e7 @：
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例7：圆柱从球中伸出（图15）：先点击+ `9 S v4 L5 i5 R6 M
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" _, [6 C2 F( B$ @( n" k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。 " }0 j }* V# Y+ H+ `
/ j0 w6 N8 Y; Y$ c& F" q例8：拉伸三角支架（图16）：先点击
, r' x/ I( M# g2 l [4 F/ ?http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052957377808_chinacnw_com.jpg& K8 E3 W+ i$ r
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。 9 a" \9 |# q, A6 I) o; V7 D3 F7 _9 U
9 k% l" F3 n& _" O/ ]4 Ihttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052968377809_chinacnw_com.jpg
0 X, Q @( w: R; `4 H4．改变坐标原点的位置，确定新的UCS
' u) Q2 j4 Y7 }$ J* H4 shttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529803778010_chinacnw_com.jpg
4 [; o3 p( b1 B: }: _/ n（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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例9：绘制楼梯：先点击
5 P3 O5 U9 R7 Y3 t F4 Xhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529803778010_chinacnw_com.jpg0 w; A7 t+ h; {
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）。 ; A3 `1 ^- ?( r8 n- [
" s. L0 g4 M% f5 N" z& K
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529923778011_chinacnw_com.jpg
# j: u. m5 y5 ^, A6 `+ [7 y例10：绘制螺母：先点击
& K0 ]' e; ^: Q+ {# V7 lhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529803778010_chinacnw_com.jpg( D8 Z& }. h3 K. G/ }2 [' }+ S
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）。 2 ]7 U9 X& ]2 y6 _
+ H" d7 \. E. O) I0 ]: M6 _
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053063778012_chinacnw_com.jpg
" v" `1 d" F6 E- a0 A3 A1 f5．面确定新的UCS* K3 { {0 r1 Y5 p
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530264778013_chinacnw_com.jpg4 _/ g1 a% j8 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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- w: N. X l- Q) U( W6 O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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$ e) u: q1 M9 W5 phttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530384778014_chinacnw_com.jpg4 D7 r. V( l( g9 S4 c
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 k& B* E5 ~6 m4 x, S1 |+ ^, I4 Y# i- f1 `" {. L+ A
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530494778015_chinacnw_com.jpg5 _/ N0 ?# {1 R2 F$ N. g
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.jpg4 n- H/ F: f n& T8 W' g
6．对象确定新的UCS ( B% l: k! b- e) N: _# ^; [! f3 L* J# j
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg9 h1 V! P+ o: J+ b5 g$ A8 m
：根据选定的三维对象定义新的坐标系。 2 k4 R/ D3 [7 x' a! d
( s+ g' I! }/ c* J h例14：拉伸三维面上的圆（图26）：先点击
4 T) c' k3 t3 @' W, @- Ehttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg7 E! a2 W4 j' c% W& ~7 Z- T- Z
，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
, U$ ^0 l. b7 g4 z例15：绘制曲面屋顶： 先点击
( c; T" L8 R! l8 V5 chttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg6 l* t% I( G4 j0 I4 j
，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）。
; r( r" R4 a" U* t) `3 B
- E% s5 q( v' o4 Whttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530834778019_chinacnw_com.jpg3 [! q1 `8 J) g" @5 z/ i" g1 o
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
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REVOLVE命令旋转外圈，内圈（图30），先点击, t, A! f& Z8 j: p0 u6 D
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: ~1 |! g3 Z1 t，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）。 O) z7 E/ o* H0 w% N
2 {% N" r m& X
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530965778021_chinacnw_com.jpg
& v/ o3 \! E, q. e7．视图确定新的UCS @8 f6 y% ^, a
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053165778022_chinacnw_com.jpg
) l3 M$ y* D' j; u（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。
4 }* n7 a1 G9 r8 ` k `8 u. v8 b. N; R' M5 ]( R
例16：获取平行于屏幕的平面：点击图标
( I6 \. _* v2 z# S, Lhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053165778022_chinacnw_com.jpg
y& u+ h: S" a) U4 r: a6 x! I3 y（图33），点击 9 I. K# h, u+ E; [( k& l9 u
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053195778023_chinacnw_com.jpg& X. ] P+ s4 _! ?
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）。 0 N' c! t6 ]2 Q/ H
0 W' f, x$ T: ]* P. [http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610531155778024_chinacnw_com.jpg7 M) q3 g) Z0 W* i8 V' u
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" I2 @9 B/ i) p D# a' s
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7 N& k5 s4 m7 \: h* H变换UCS后，再输入文字（图37）。 , W, o1 G6 w0 @5 I% H
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1 p( J6 ~& V, B- z例18：绘制亭子（图38）：亭子顶面用三维面
+ y# e7 M% e) C. r7 D# A& S5 Thttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610531305778026_chinacnw_com.jpg; n7 Y3 W, Z3 B' s# r9 j* v
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 G! k. _( O7 _, J
& Z* j; y& v. Y" g
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参考文献
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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.
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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