autocad UCS三维变换与三维建模

　　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。

　　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。

　　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。

　　1. X轴旋转90度确定UCS ：

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。

　　

　　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)。

　　

　　2.三点确定UCS

(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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　

　　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。

　　

　　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.拉伸正Z轴方向确定UCS

：

　　例7：圆柱从球中伸出(图15)：先点击

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。

　　例8：拉伸三角支架(图16)：先点击

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。

　　

　　4.改变坐标原点的位置，确定新的UCS

(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。

　　例9：绘制楼梯：先点击

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)。

　　

　　例10：绘制螺母：先点击

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)。

　　

　　5.面确定新的UCS

(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。

　　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。

　　

　　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。

　　

　　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。

　　

　　6.对象确定新的UCS

：根据选定的三维对象定义新的坐标系。

　　例14：拉伸三维面上的圆(图26)：先点击

，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。

　　

　　例15：绘制曲面屋顶： 先点击

，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)。

　　

　　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

REVOLVE命令旋转外圈，内圈(图30)，先点击，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)。

　　

　　7.视图确定新的UCS

(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。

　　例16：获取平行于屏幕的平面：点击图标

(图33)，点击 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)。

　　

　　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

变换UCS后，再输入文字(图37)。

　　

　　例18：绘制亭子(图38)：亭子顶面用三维面

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。

　　

　　参考文献

　　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.

　　陈 克AUTOCAD2002建筑应用实例导学[M]. 北京： 清华大学出版社,2002年3月.

　　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.

　　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.

　　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