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autocad 2004 UCS三维变换与三维建模
" }3 S. t( s, ? x7 Z3 [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 |* p: N' l; n( f# [
关键词：UCS；三维变换；三维建模；教学 0 ?. `7 [7 N) H. Y# @' [# L
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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。 ( f& T7 c% U4 p3 g2 U# ?
" v% W" V5 }0 v+ e% w! G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。 0 U% Z ~1 Y# z; o
4 z8 {; J" e; J- q6 G3 Y1． X轴旋转90度确定UCS ：
3 P0 l% A2 G/ M4 Thttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052793077801_chinacnw_com.jpg' u" C/ d* S/ ~/ Y
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。 # E! n8 S5 i1 P6 S9 F: D! v6 Q z
& c) p/ @: @9 x9 [ D L; ohttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/20051126105285077802_chinacnw_com.jpg0 S2 Y Z1 |; w3 O( V5 k: F6 w L" r
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）。 ( }$ m& P, R7 K! ]. `) U
* R3 h4 A- Z" n, ]: mhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052842177803_chinacnw_com.jpg% d7 o( }, X) u& O2 C& }
2．三点确定UCS 7 l* F# \. e' x9 J
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052887277804_chinacnw_com.jpg
I; Q8 e" J2 l& P（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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0 \7 ~6 Z7 ^- \8 A1 o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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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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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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4 b6 [6 [# N* K8 [' J6 V# [http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/20051126105299277805_chinacnw_com.jpg7 K( L9 g7 E+ u& }+ W. {* n2 C
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。 , ]) l+ n" j3 S- X2 {
; }% g0 ]2 d( @% O' M, whttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052935277806_chinacnw_com.jpg2 @- W& l! [. T! s, O3 F
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）。 ' s0 b- u1 h2 ]3 Y( P* Q1 f
# K2 N7 d* @6 phttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052946277807_chinacnw_com.jpg7 U5 S% |3 L* {4 M! n# V% U7 X
3．拉伸正Z轴方向确定UCS
' F& C# d+ k0 V Ghttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052957377808_chinacnw_com.jpg) X9 O$ p) m {$ u5 D
： 0 ?* o% D0 q# A% [! G* A" ~2 h
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例7：圆柱从球中伸出（图15）：先点击
5 d5 }$ p2 D$ ^7 t- X$ G+ v& s( fhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052957377808_chinacnw_com.jpg+ Q$ }, d5 u/ m: v
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。 J* A; r# q. h' H3 w+ s
# O) p5 J+ G' G例8：拉伸三角支架（图16）：先点击& W+ Y& N& U7 W9 w7 ?
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052957377808_chinacnw_com.jpg* S! \3 p1 c( }- Q
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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http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052968377809_chinacnw_com.jpg/ N; V5 z' Q8 O/ s- D/ E) z7 c
4．改变坐标原点的位置，确定新的UCS ! q& D' J1 p7 ^+ Y/ ~
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529803778010_chinacnw_com.jpg1 M, u5 J+ n# Q m$ {% \6 |
（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。 % E* l/ b/ I6 J. S
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例9：绘制楼梯：先点击
( x5 E+ @5 v' b( j+ t. \4 thttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529803778010_chinacnw_com.jpg F1 |4 C+ {+ T
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）。
1 q- [! ?: c o& O: t4 z: Z# H+ S, x: f" G0 H" t9 H$ A
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529923778011_chinacnw_com.jpg" d) T7 |) F5 i* u. R9 e- U
例10：绘制螺母：先点击+ [. J5 F C6 r6 q* R
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610529803778010_chinacnw_com.jpg0 n: X8 g O% Q3 f: c' Q
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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5 I! Y1 t* D0 Y" K, u& X. dhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053063778012_chinacnw_com.jpg0 ?; j+ Z, Z0 D. ^% `( `' b! y# M
5．面确定新的UCS
4 `7 T" M6 J) e! k& [7 I D; n7 fhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530264778013_chinacnw_com.jpg5 U# T# ^5 G& i
（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。 + r' q$ S" H% x
8 ?$ y8 u' s% l; F6 r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。 $ \5 E& e; s' z& Y+ b
7 p8 W z8 Z$ L" K: E6 \; Ghttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530384778014_chinacnw_com.jpg2 o+ O+ H2 c' l+ B6 B
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。 * e# A" H7 c, U! x' d' x
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http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530494778015_chinacnw_com.jpg7 D9 ]- Y" z% Z" o$ G* s9 w) n# K
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。 + G- o% S9 N. Z8 c, o/ [0 V. H
2 g" Z% P7 q6 b+ k9 F, i+ p
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530554778016_chinacnw_com.jpg2 g3 \9 p5 J/ q2 b' D' }$ H
6．对象确定新的UCS
! c7 }& r* [$ X" r- x9 Yhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg: v s+ ?4 b) i" M5 J
：根据选定的三维对象定义新的坐标系。 3 o/ k; }2 Z1 Z! I1 M. r& n
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例14：拉伸三维面上的圆（图26）：先点击
$ j Z h! S: y! D. K" Nhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg3 l+ e+ [2 ~0 e2 T/ Y
，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。 # r& Y0 U- |3 Q5 m, L
* z5 U2 l$ N3 z. |; D- Fhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530764778018_chinacnw_com.jpg& I7 i& O: B$ w# w) ]
例15：绘制曲面屋顶： 先点击
5 D; O# J$ i) `! A( s. p6 ehttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg3 a0 E/ n$ v! o% e" @# W5 g0 x* o
，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）。 ) @$ V. O" k) O- [ v) Z7 y
2 ?. |- T$ M; ]* Shttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530834778019_chinacnw_com.jpg
; p) m1 d% Y# L- W3 }% @5 T- c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0 |# Q& L) ^! v$ O
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530915778020_chinacnw_com.jpg* f- E" f1 [0 e) ]: J+ `
REVOLVE命令旋转外圈，内圈（图30），先点击
1 K# I6 i1 W9 S! Y8 Khttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610530714778017_chinacnw_com.jpg
3 Z9 W) ~3 w- A$ 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）。 5 V0 K" | e" z* h! G, T
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9 k5 b! T$ z2 H2 ~2 k7．视图确定新的UCS
0 j& {2 ?& M# uhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053165778022_chinacnw_com.jpg- \( z5 w ^; Z$ s$ M$ n0 }
（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。
& F! i3 l6 o8 A9 J4 N8 C5 N! _, T4 P- G# j# c
例16：获取平行于屏幕的平面：点击图标 j$ E9 N: o7 K
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053165778022_chinacnw_com.jpg b: Y. M% X7 _$ q; R
（图33），点击 2 f. k2 |/ ?% \. l3 P. t8 U
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053195778023_chinacnw_com.jpg
( W0 T8 `% y/ {# ?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）。
" r1 Z' ~8 Z& s0 H2 |
) o( T1 u2 e, H; p Jhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610531155778024_chinacnw_com.jpg% c$ C6 k, W, f- V
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
t& D$ ~: C! n8 Z+ [6 O4 S% vhttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261053165778022_chinacnw_com.jpg m, H; K2 E. H- M+ j* H
变换UCS后，再输入文字（图37）。
" H+ M2 Q% O; A& [' d7 b3 U5 {# i) r
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610531255778025_chinacnw_com.jpg
- v0 e: ]5 p* k) |! D例18：绘制亭子（图38）：亭子顶面用三维面' n$ f6 v5 L3 _
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610531305778026_chinacnw_com.jpg. _7 W$ y- M7 I( v8 q' L
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。
& I% Z5 k+ h$ e3 [2 P* {. p9 p( C! ?$ I2 i& x
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112610531365778027_chinacnw_com.jpg
/ c7 M( C" y0 T参考文献
) E1 K. y& o$ p7 r; u( I* U! o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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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. - L4 E J# z: F- X" N( ~
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发表于 2006-12-2 13:47:10