ＵＣＳ在ＡｕｔｏＣＡＤ三維繪圖中的應(yīng)用和技巧

摘要: 用戶坐標(biāo)系(UCS)的三維變換是AutoCAD三維繪圖的關(guān)鍵，它能為操作人員繪圖帶來(lái)極大方便。但是UCS的靈活多變性往往讓初學(xué)者很難把握。本文介紹了UCS的定義和使用方法，并通過(guò)實(shí)例介紹了UCS在實(shí)體建模中的具體應(yīng)用和技巧。

關(guān)鍵詞：UCS；AutoCAD；三維；技巧

中圖分類號(hào)：TP391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1009-3044(2008)20-30344-03

Use and Skills in 3D Modeling of User Coordinate System in AutoCAD

XUE Ying-cao

(Anhui Xinhua University，Hefei 230088， China)

Abstract:3D coordinate system transformation of User Coordinate System(UCS) is key step in 3D modeling in autoCAD.It can bring great convenience to drawing.But， it is difficult for beginner to understand and exercise because of its changefulness. In order to help users to study and use 3D modeling， this paper introduces its representations and technique. Meanwhile， it provides an example to demonstrate how to use user coordinate system and its skills in solid modeling.

Key words: UCS(User Coordinate System);AutoCAD;3D;Use Skills

AutoCAD軟件是Autodesk公司的一款關(guān)于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的軟件，經(jīng)過(guò)不斷的完善，AutoCAD已經(jīng)成為十分流行、應(yīng)用范圍很廣的繪圖輔助工具。

在AutoCAD中，可以利用三種方式創(chuàng)建三維圖形：線框模型、曲面模型和實(shí)體模型。線框模型是描繪三維對(duì)象的骨架。在線框模型中沒(méi)有面，只有組成對(duì)象邊界的點(diǎn)、直線和曲線。表面模型比線框模型復(fù)雜，它不僅定義三維對(duì)象的邊，而且定義了面，像一個(gè)殼子。實(shí)體模型不僅具有邊、面，還有在其表面內(nèi)由計(jì)算機(jī)確定的質(zhì)量，是最容易使用的三維模型。

雖然三維建模可采用不同的方法來(lái)構(gòu)造三維模型，但每種編輯方法對(duì)不同的模型也產(chǎn)生不同的效果，因此不要混合使用建模方法。不同的模型類型之間只能進(jìn)行有限的轉(zhuǎn)換，即從實(shí)體到曲面或從曲面到線框。但不能從線框轉(zhuǎn)換到曲面，或從曲面轉(zhuǎn)換到實(shí)體。

在AutoCAD 中，三種建模方法的缺省顯示方式都為線框方式。線框方式顯示時(shí)缺乏立體感，無(wú)法確定立體形，因此， 在實(shí)際建模過(guò)程中，需要經(jīng)常切換顯示模式[1]。為了能夠方便、靈活地在A utoCAD 中建立三維模型，要用UCS(User Coordinate System)在三維空間進(jìn)行準(zhǔn)確定位。

用戶坐標(biāo)系(UCS)的三維變換是AutoCAD三維繪圖的關(guān)鍵，操作人員在三維繪圖中可以根據(jù)需要靈活使用UCS，給繪圖工作帶來(lái)了極大的方便，可以說(shuō)UCS三維變換就是三維建模的關(guān)鍵。因此準(zhǔn)確理解和正確使用UCS就成了學(xué)習(xí)和繪圖的首要問(wèn)題。但是，UCS的靈活多變性往往讓初學(xué)者很難把握。

1 UCS的概念

在繪制三維圖形時(shí)，AutoCAD提供了二種坐標(biāo)系：世界坐標(biāo)系（WCS）和用戶坐標(biāo)系（UCS）。在默認(rèn)的狀態(tài)下，

AutoCAD使用一套固定坐標(biāo)系，該坐標(biāo)系是以X軸的正方向向右遞增、Y軸的正方向向上遞增、Z軸垂直于XY平面沿向外的正方向遞增。這套坐標(biāo)系為世界坐標(biāo)系（簡(jiǎn)稱WCS）。

世界坐標(biāo)系(WCS)總是存在于每一個(gè)設(shè)計(jì)的圖形之中，并且不可更改。任意打開(kāi)或新建一張AutoCAD圖紙，可以看到如圖1所示的世界坐標(biāo)系WCS的圖標(biāo)，該圖標(biāo)指明了X軸和Y軸以及它們的正方向，在兩軸的相交處為原點(diǎn)。

相對(duì)于世界坐標(biāo)系WCS，可以創(chuàng)建用戶坐標(biāo)系（簡(jiǎn)稱UCS）。這是一個(gè)可移動(dòng)的坐標(biāo)系。UCS對(duì)于在繪制三維圖形中輸入坐標(biāo)、定義圖形平面和設(shè)置視圖非常有用和靈活。在繪制三維圖形時(shí)，用戶可能在整個(gè)空間中的任一點(diǎn)定義對(duì)象，這時(shí)由于世界坐標(biāo)系的不可改變，就需要用戶有非常明確的三維概念，此時(shí)世界坐標(biāo)系不能滿足用戶在三維繪圖時(shí)對(duì)坐標(biāo)系靈活性和容易操作方面的要求。而用戶坐標(biāo)系（UCS）通過(guò)改變XY平面在三維空間中的位置來(lái)定義三維對(duì)象，簡(jiǎn)化了在三維中定義對(duì)象的工作。如圖2所示在三維圖形中WCS，只改變坐標(biāo)系的方向和傾斜。在AutoCAD創(chuàng)建三維對(duì)象時(shí)，可以重新定位 UCS 來(lái)簡(jiǎn)化工作。如圖3所示，UCS坐標(biāo)系的圖標(biāo)。

2 UCS的使用

UCS有兩種使用方法：一是用UCS命令，二是用UCS對(duì)話框進(jìn)行設(shè)置。

2.1 用UCS命令設(shè)置坐標(biāo)系

通過(guò)UCS命令設(shè)置坐標(biāo)系可以分為二大類：一是新建新的UCS，二是改變已有的UCS，以得到新的UCS。

1)新建UCS

新建UCS有如下方法：

a指定新原點(diǎn)、新XY平面或新Z軸；

b使新的UCS與現(xiàn)有的對(duì)象對(duì)齊；

c使新UCS與當(dāng)前視圖方向?qū)R；

d為現(xiàn)有的UCS提供新的Z深度；

e選擇一個(gè)面以應(yīng)用UCS。

2)改變已有的UCS

可以通過(guò)如下方法改變已有的UCS。

a移動(dòng)UCS；

b繞任意一個(gè)軸旋轉(zhuǎn)當(dāng)前的UCS；

c恢復(fù)以前保存過(guò)的UCS。

2.2 使用UCS對(duì)話框進(jìn)行設(shè)置

單擊“工具”菜單下的“命名UCS”，打開(kāi)如圖所示的“UCS”對(duì)話框，單擊該對(duì)話框中的“命名UCS”、“正交UCS”和“設(shè)置”，分別如圖4所示。

1)正交UCS

該對(duì)話框的“正交UCS”選項(xiàng)卡顯示了正交名稱列表，它列出當(dāng)前視圖中的六個(gè)正交坐標(biāo)系。正交坐標(biāo)系是相對(duì)于列表中指定的坐標(biāo)系進(jìn)行定義的。“深度”字段列出正交坐標(biāo)系與通過(guò)基準(zhǔn)UCS原點(diǎn)的平行平面之間的距離。用戶可在UCS名稱列表選擇一個(gè)正交坐標(biāo)系，然后按“置為當(dāng)前”按鈕將其選為當(dāng)前使用的坐標(biāo)系。也可以在列表中雙擊某個(gè)坐標(biāo)系名來(lái)將此坐標(biāo)系置為當(dāng)前坐標(biāo)系；或右鍵單擊此坐標(biāo)系名，然后從快捷菜單中選擇“置為當(dāng)前”菜單項(xiàng)。

如要查看坐標(biāo)系的詳細(xì)列表，可單擊“詳細(xì)信息”按鈕。同樣，用戶也可以在某個(gè)選定坐標(biāo)系的名稱上單擊右鍵，然后從快捷菜單中選擇“詳細(xì)信息”按鈕，來(lái)查看此坐標(biāo)系的詳細(xì)信息。

“相對(duì)于”下拉框用于指定基礎(chǔ)坐標(biāo)系，選定的正交用戶坐標(biāo)系是相對(duì)于此處設(shè)置的基礎(chǔ)而言的。缺省時(shí)，基礎(chǔ)坐標(biāo)系是WCS。列表中將顯示當(dāng)前圖形中的所有已命名的UCS。

2)命名的UCS

如圖3中所示 “UCS”對(duì)話框的“命名UCS”選項(xiàng)卡列出所有用戶坐標(biāo)系，用戶可使用該選項(xiàng)卡設(shè)置當(dāng)前的UCS、命名UCS或刪除命名UCS（利用右鍵快捷菜單）。

3)設(shè)置UCS

如圖所示，對(duì)話框中各選項(xiàng)的含義如下：

開(kāi)：選中此復(fù)選框，意味著在繪圖時(shí)顯示UCS的圖標(biāo)；

顯示UCS的坐標(biāo)原點(diǎn)：選中此復(fù)選框，UCS圖標(biāo)在位于坐標(biāo)原點(diǎn)，若原點(diǎn)不在視口中或者原點(diǎn)太靠邊時(shí)，無(wú)法放置UCS圖標(biāo)，則圖標(biāo)在視口的左下角顯示；

應(yīng)用于所有的活動(dòng)視口：在所有活動(dòng)的視口中都顯示UCS圖標(biāo)；

UCS和視口一起保存：在保存視口的時(shí)候一起保存當(dāng)前視口中UCS的設(shè)置；

修改UCS更新平面視圖：選中此復(fù)選框時(shí)，無(wú)論UCS是否改變，視圖方向?qū)⒆詣?dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槠矫嬉晥D方向。

3 UCS的使用技巧

3.1 改變UCS的時(shí)機(jī)

在建模時(shí)，UCS是十分有用的一條命令。掌握了UCS，AutoCAD的三維概念也就建立起來(lái)了。但這并不等于只要是建模，就一定要UCS下作圖。如圖所示，這是在默認(rèn)的視圖中繪制出來(lái)各個(gè)模塊，再進(jìn)行三維的移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，這樣比在各個(gè)視口中不停的轉(zhuǎn)換UCS方便快捷。何時(shí)使用用戶坐標(biāo)系才是恰當(dāng)?shù)模慨?dāng)無(wú)法用默認(rèn)的視圖建立三維模型時(shí)，這時(shí)就可以使用UCS了。

3.2 配合多視口使用

在三維建模時(shí)，通過(guò)AutoCAD提供的多個(gè)視口來(lái)從不同的角度觀察三維模型，在這多個(gè)活動(dòng)的視口中，可以為每一個(gè)視口指定不同的UCS，這樣極大的減少了UCS坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換工作[2]。

3.3 通過(guò)旋轉(zhuǎn)得到的UCS

在三維空間準(zhǔn)確的定位，不是使用一次UCS就可以得到的，很可能要通過(guò)幾次改變用戶坐標(biāo)系，才能有理想的UCS。要使UCS坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)一個(gè)非90度及其整數(shù)倍的角度，需要想方法先繞Z軸旋轉(zhuǎn)（繞Z軸可旋轉(zhuǎn)非90度），然后繞其它軸旋轉(zhuǎn)得到所需UCS。

4 實(shí)例

圖6

根據(jù)圖5繪制出如圖6所示的三維圖[3]。步驟如下：

1)先用實(shí)體命令中的圓柱體繪制三個(gè)圓柱體，將三個(gè)圓柱體合并；

2)變換UCS，確定孔1所在的面，繪制輔助線和圓柱體；

3)在所繪制好的輔助線上，確定孔2圓心位置，繪制輔助線。變換UCS，使孔2的截面與孔1的截面垂直，繪制輔助線和圓柱體；

4)變換UCS到孔1的狀態(tài)，在第一條輔助線上定位孔3的圓心。變換UCS，使孔3的截面與孔1的截面垂直，繪制輔助線和圓柱體；

5)將第一步中合并的實(shí)體，減去這三個(gè)圓柱體，得到圖6的實(shí)體。

變換UCS的方法有多種，根據(jù)具體情況進(jìn)行變換。

5 結(jié)束語(yǔ)

進(jìn)行三維實(shí)體建模的關(guān)鍵在于繪圖時(shí)能熟練地進(jìn)行UCS三維變換，它可以為三維繪圖工作帶來(lái)極大方便。但是UCS的靈活多變性往往讓初學(xué)者很難把握，因此需要準(zhǔn)確的了解和掌握的定義和特點(diǎn)，多做練習(xí)，熟能生巧。要達(dá)到熟練地運(yùn)用UCS繪制三維圖像，除了本文介紹的方法和幾點(diǎn)心得體會(huì)外，還必須靠平時(shí)的經(jīng)驗(yàn)積累。

參考文獻(xiàn)：

[1] 邱澤陽(yáng)， 宋曉宇.AutoCAD 中的用戶坐標(biāo)系及其在三維建模中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2005，(18):17.

[2] 簡(jiǎn)惠云.AutoCAD中提高三維實(shí)體建模的途徑和技巧[J].電腦學(xué)習(xí)，2003，(5):18.

[3] 崔洪斌，常瑋.AutoCAD機(jī)械制圖習(xí)題集錦[M].清華大學(xué)出版社，2006.

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。”