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autocad 2004 UCS三维变换与三维建模
' X8 I2 _# w; U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。
! G; |2 N% V m3 s- J关键词：UCS；三维变换；三维建模；教学 1 M j) S2 G5 N. t" J! j a; j
5 ]$ ~* U1 b; F% HUCS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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; ~* \) F- n" m5 d& |" H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。
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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。 " |! Q" z( T; {6 W7 ]
9 h, D) R" f1 b* g9 v% C
1． X轴旋转90度确定UCS ：
, U! C' o l% R1 q6 Vhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052793077801_chinacnw_com.jpg7 S; c6 r) v8 i) X3 }: p |1 @
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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' R/ Y8 Z% L0 y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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http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052842177803_chinacnw_com.jpg* |6 g2 G$ k7 {4 n) C4 u8 U" Y+ [
2．三点确定UCS
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（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。 & E$ u/ j/ u7 z
4 G/ `4 Z" {$ ~( `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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6 y0 h" W) U3 k/ H3 B& \ s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。 ! i6 g: W! u$ a Y2 D& p" {: o
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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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, t* @/ t4 \ {$ s4 Q1 Y0 ` A& Vhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/20051126105299277805_chinacnw_com.jpg- j4 q' Y& M6 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。
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9 O: R3 C( [ e# J0 M, q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）。 4 @. `3 E$ p& X$ y' R/ }7 p& R
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3．拉伸正Z轴方向确定UCS2 ]% Y# y! ] U9 T+ F9 c; Q3 u' _
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052957377808_chinacnw_com.jpg [% F$ M7 P8 g* l) [! Y! m0 `- o n
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例7：圆柱从球中伸出（图15）：先点击
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2 i `+ R& b S/ Z. L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。
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例8：拉伸三角支架（图16）：先点击
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6 ^" `/ v/ v7 h p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。
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* w) y9 |8 U% }+ b8 ]/ ]8 }4．改变坐标原点的位置，确定新的UCS : Q# R1 D* x' \: L
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% [ V" y4 S* v% k. 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。
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% p8 K: z% B. W5 a- h1 V$ y例9：绘制楼梯：先点击# i6 ~) n% a7 e! v* P
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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 Q: a2 k; B, ^' ]
6 {2 g. J- X9 L% J$ S8 E0 s9 l# X( ^0 xhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529923778011_chinacnw_com.jpg" L4 q' R2 R- t! X# O
例10：绘制螺母：先点击
# ]7 G& [. z. Q$ n7 bhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529803778010_chinacnw_com.jpg
9 F0 z4 I. I3 _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）。
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( C; s, e- V$ b' G2 Y( `6 Phttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053063778012_chinacnw_com.jpg0 }8 J. _8 c6 j9 A
5．面确定新的UCS
7 D: N* O& a D7 H, e3 d& Ihttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530264778013_chinacnw_com.jpg
u: q' c# _ \! t（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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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。 , K1 `# H9 d; R4 R/ i, x8 a
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3 ?4 G& S( T" A! p9 t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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# } l5 b+ V5 W/ K; Y* h A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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" M% v% ]0 }7 {4 I" {http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530554778016_chinacnw_com.jpg% c7 A9 U) G/ k% u
6．对象确定新的UCS ; X+ H+ C4 n) K& h0 D8 ~2 e! B
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg' a1 Q3 G9 G. z7 r: ]7 r1 H6 a
：根据选定的三维对象定义新的坐标系。
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0 x+ K+ Q' V, \9 Y例14：拉伸三维面上的圆（图26）：先点击
6 P( f$ Q. Z# \" q0 g( Jhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg
{! {7 g5 l8 G: l% _，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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6 i7 Q- N' ~1 L3 z: B1 V7 T" G例15：绘制曲面屋顶： 先点击3 {7 J& I2 ]0 K8 T, F
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg5 H; D" v7 g7 i: X( F% h2 F2 {
，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）。 , v2 J1 p7 q' l. F2 l% u
0 @/ T! P2 f$ Uhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530834778019_chinacnw_com.jpg! J8 I! g I z; S% t
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5 V6 w* j f! w0 E
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REVOLVE命令旋转外圈，内圈（图30），先点击, y" {2 h8 t' s3 m
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( m) y$ ~5 c& K2 d+ X1 }* J* K( V，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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3 H0 g. j4 ]$ @5 t5 Qhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530965778021_chinacnw_com.jpg
9 ^2 y1 r" g( o$ N9 j4 I. r7．视图确定新的UCS ! a3 F) r" ~/ @4 D- U9 o7 i: j
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9 j6 A. }+ b3 t4 R（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 z- }$ V0 W2 w3 v/ [/ z6 g
( P! Q8 [- I: l" [2 n0 H) v0 A
例16：获取平行于屏幕的平面：点击图标
8 I/ J$ R4 v2 I9 \" u( r: jhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053165778022_chinacnw_com.jpg" p; w5 M" `0 i5 A8 t
（图33），点击
' Q7 q; v* ~0 z. D& ^7 z$ Q+ uhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053195778023_chinacnw_com.jpg/ @( v- _. K& n' z1 p7 j
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）。 4 J- ~: J7 r0 z! e
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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1 g. B# h' d9 v+ \
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变换UCS后，再输入文字（图37）。
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2 Q5 U* ]# M9 ~+ c' a) `例18：绘制亭子（图38）：亭子顶面用三维面
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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。 2 G' D# K% }/ L1 Y2 Y
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1 `; E% @( K6 c参考文献
* K& x' e" D# d+ V+ ^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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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