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1、学 习 要 点 了解和使用三维坐标系和三维坐标形式 绘制三维点、三维多段线、三维面等简单三维对象 通过改变对象厚度将二维对象转为三维对象 设置和使用UCS 设置三维的查看方向 设置平面视图、正交视图和等轴测视图三维绘图基础第19章19.1 三维坐标系19.1.1 三维笛卡儿坐标系三维笛卡儿坐标系是在二维笛卡儿坐标系的基础上根据右手定则增加第三维坐标（即Z轴）而形成的。同二维坐标系一样，AutoCAD中的三维坐标系有世界坐标系（WCS）和用户坐标系（UCS）两种形式。1. 右手定则在三维坐标系中，Z轴的正轴方向是根据右手定则确定的。右手定则也决定三维空间中任一坐标轴的正旋转方向。要标注X、Y和Z
2、轴的正轴方向，就将右手背对着屏幕放置，拇指即指向X轴的正方向。伸出食指和中指，如右图所示，食指指向Y轴的正方向，中指所指示的方向即是Z轴的正方向。要确定轴的正旋转方向，如右图所示，用右手的大拇指指向轴的正方向，弯曲手指。那么手指所指示的方向即是轴的正旋转方向。2. 世界坐标系（WCS）在AutoCAD中，三维世界坐标系是在二维世界坐标系的基础上根据右手定则增加Z轴而形成的。同二维世界坐标系一样，三维世界坐标系是其他三维坐标系的基础，不能对其重新定义。3. 用户坐标系（UCS）用户坐标系为坐标输入、操作平面和观察提供一种可变动的坐标系。定义一个用户坐标系即改变原点（0，0，0）的位置以及XY平面
3、和Z轴的方向。可在AutoCAD的三维空间中任何位置定位和定向UCS，也可随时定义、保存和复用多个用户坐标系。详见本章第3节。19.1.2 三维坐标形式在AutoCAD中提供了下列三种三维坐标形式：1. 三维笛卡尔坐标三维笛卡尔坐标（X，Y，Z）与二维笛卡尔坐标（X，Y）相似，即在X和Y值基础上增加Z值。同样还可以使用基于当前坐标系原点的绝对坐标值或基于上个输入点的相对坐标值。2. 圆柱坐标圆柱坐标与二维极坐标类似，但增加了从所要确定的点到XY平面的距离值。即三维点的圆柱坐标可通过该点与UCS原点连线在XY平面上的投影长度，该投影与X轴夹角、以及该点垂直于XY平面的Z值来确定。例如，坐标“10
4、60，20”表示某点与原点的连线在XY平面上的投影长度为10个单位，其投影与X轴的夹角为60度，在Z轴上的投影点的Z值为20。圆柱坐标也有相对的坐标形式，如相对圆柱坐标“1045，30”表示某点与上个输入点连线在XY平面上的投影长为10个单位，该投影与X轴正方向的夹角为45度且Z轴的距离为30个单位。3. 球面坐标球面坐标也类似与二维极坐标。在确定某点时，应分别指定该点与当前坐标系原点的距离，二者连线在XY平面上的投影与X轴的角度，以及二者连线与XY平面的角度。例如，坐标“104560”表示一个点，它与当前UCS原点的距离为10个单位，在XY平面的投影与X轴的夹角为45度，该点与XY平面的夹角
5、为60度。同样，圆柱坐标的相对形式表明了某点与上个输入点的距离，二者连线在XY平面上的投影与X轴的角度，以及二者连线与XY平面的角度。19.2 创建简单的三维对象下面学习如何在AutoCAD中确定三维点以及如何通过二维图形生成三维物体。19.2.1 确定三维点可以使用前面介绍的三种坐标形式（笛卡儿坐标、圆柱坐标和球面坐标）来精确的确定一个三维点。除此以外，还可以通过设置当前高度、利用目标捕捉和使用过滤器等方法来确定三维点。1. 设置当前高度如果用户在指定某点时没有提供其Z坐标，则AutoCAD将自动指定其Z坐标为缺省值，即当前高度。因此可以通过改变当前高度的方法来改变缺省的Z坐标值。该命令的调
6、用格式为：命令行：elev调用该命令后，系统提示用户分别指定缺省的高度和厚度：ELEV Specify new default elevation : Specify new default thickness : 系统将把用户指定的高度值作为缺省的Z坐标值。关于厚度的概念请参见本章19.2.4节。说明 该命令可透明地使用。2. 利用目标捕捉用户可利用目标捕捉的办法来确定一个三维点。此时，无论当前高度为多少，AutoCAD将使用被捕捉点的XYZ坐标值。在三维视图中使用目标捕捉时，应避免多个目标捕捉点重合的视图。如捕捉圆柱体顶面或底面的中心点时，不要使用与其平行的平面视图，因为在该视图上，圆柱体
7、顶面和底面的中心点是重合的。此外，两个对象在空间上不相交而在当前视图平面上其投影相交时，则可使用外观交点捕捉模式来捕捉二者的外观交点。3. 使用点过滤器AutoCAD系统提供了点过滤器，用于从不同的点提取独立的X、Y和Z坐标及其组合。利用这一方法可以通过已知点来确定未知点。使用点过滤器的方法为：(1) 快捷菜单：按Shift键同时单击右键弹出快捷菜单，其中的“Point Filters（点过滤器）”项的子菜单，如图19-1所示。图19-1 点过滤器的快捷菜单(2) 命令行：具体使用方式如表19-1所示。表19-1 点过滤器的使用命令行形式作 用.X获取指定点的X坐标值.Y获取指定点的Y坐标值.
8、Z获取指定点的Z坐标值.XY获取指定点的X、Y坐标值.XZ获取指定点的X、Z坐标值.YZ获取指定点的Y、Z坐标值用户在确定某个三维点时，可先使用.XY过滤器来确定某点的XY坐标，然后输入Z坐标值或使用.Z过滤器来得到该点的Z坐标，从而得到了一个新的三维点。19.2.2 创建三维多段线三维多段线是三维空间中由直线段组成的多段线。创建三维多段线与二维多段线类似，区别在于三维多段线的节点为三维点，且三维多段线的宽度不可变。调用该命令的方式为：菜单：【Draw（绘图）】【3D Polyline（三维多段线）】命令行：3dpoly（或别名3p）调用该命令后，系统首先提示用户指定三维多段线的起点： Spe
9、cify start point of polyline:然后分别指定其他各个端点：Specify endpoint of line or Undo:Specify endpoint of line or Undo:Specify endpoint of line or Close/Undo:用户也可以选择“Undo（放弃）”项取消最后绘制的一段线，并从前一节点开始重新绘制；或选择“Close（闭合）”选项将最后一个节点与起点连接起来，形成闭合的三维多段线并结束命令。19.2.3 创建三维面三维面可以是三维空间中的任意位置上的三边或四边表面，形成三维面的每个顶点都是三维点。调用该命令的方式为：
10、工具栏：“Surfaces（曲面）”菜单：【Draw（绘图）】【Surfaces（曲面）】【3D Face（三维面）】命令行：3dface（或别名3f）调用该命令后，系统首先提示用户指定三维面的第13点：Specify first point or Invisible:Specify second point or Invisible:Specify third point or Invisible :如果用户在指定某点之前选择了“Invisible（不可见）”项，则该点与下一点之间的连线将不可见。如果用户在指定第3点时选择“exit（退出）”项，则结束该命令，否则将提示用户指定第4点：Spe
11、cify fourth point or Invisible :系统将根据用户指定的四个点创建一个三维面对象。需要说明的是，这四个点可以不在一个平面上，因此生成的三维面并不一定是平面。接下来系统交替提示用户指定第3点、第4点，依次连续地生成多个三维面对象。如果用户在指定第4点时，选择“create three-sided face（创建三侧面）”选项，则系统将根据前三点来生成一个三维面。例如，用户利用该命令连续指定8个点将创建三个三维面对象，如图19-2（a）所示；而如果在指定第3点和第5点时选择“Invisible（不可见）”项，将不显示34和56之间的连线，如图19-2（b）所示。图19-
12、2 创建三维面19.2.4 设置对象的厚度在AutoCAD中，系统会自动地为每个对象赋予一个厚度值。对象厚度是对象向上或向下被拉伸的距离。正的厚度表示向上（Z正轴）拉伸，负的厚度则表示向下（Z负轴）拉伸，0厚度表示不拉伸。在以前所绘制的二维对象，其缺省厚度均为零。如果将其厚度改为一个非0的数值，则该二维对象将沿Z轴方向被拉伸成为三维对象。某些几何对象，如圆、直线、多段线、圆弧、二维实体和点等，其厚度可改变。而三维面、三维多段线、三维多边形网格、文本、属性、标注和视口等对象不能有厚度也不能被拉伸。用户可调用“elev”命令来指定缺省的厚度值，为此后所创建的对象赋予一定的厚度。对于已有的对象，用户
13、可以在“Properties（特性）”窗口中修改“thickness（厚度）”项的取值，来改变指定对象的厚度。19.3 设置UCS19.3.1 UCS的定义AutoCAD提供了多种方法来创建UCS，调用该命令的方式为：工具栏：“UCS”，或直接使用其他图标进行定义，如图19-3所示。菜单：【Tools（工具）】【New UCS（新建UCS）】子菜单命令行：ucsNew图19-3 “UCS”工具栏中的UCS定义图标在命令行调用“ucs”命令，并选择“New”选项来定义UCS，系统提示如下：Enter an option New/Move/orthoGraphic/Prev/Restore/Sav
14、e/Del/Apply/?/World : nSpecify origin of new UCS or ZAxis/3point/OBject/Face/View/X/Y/Z :用户可通过各种选项来使用不同的方法定义UCS，具体说明如下：(1) “origin（原点）”：指定UCS的原点，并保持其当前的X、Y和Z轴方向不变，从而定义新的UCS。(2) “ZAxis（Z轴）”：用指定的Z轴正半轴定义UCS。Z 轴正半轴是通过指定新原点和Z轴正半轴上的任一点来确定的。(3) “3point（三点）”：通过指定的三点定义UCS。第一点指定新UCS的原点，第二点定义X轴的正方向，第三点定义Y轴的正方向
15、。Z轴由右手定则确定。(4) “Object（对象）”：根据选定三维对象定义新的坐标系，具体情况见表19-2。新UCS的Z轴正方向与选定对象的一样。表19-2 选择的对象与相应的UCS对 象确定UCS的方法圆弧（Arc）圆弧的圆心为UCS的原点，X轴通过距离选择点最近的圆弧端点圆（Circle）圆的圆心为UCS的原点，X轴通过选择点。标注（Dimension）标注文字的中点为UCS的原点，X轴的方向平行于绘制标注时有效UCS的X轴直线（Line）距离选择点最近的端点为UCS的原点，以直线方向为X轴点（Point）指定点为UCS的原点二维多段线（Polyline）多段线的起点为UCS的原点，X轴
16、沿从起点到下一顶点的线段延伸表19-2 选择的对象与相应的UCS对 象确定UCS的方法二维填充（Hatch）二维填充的第一点为UCS的原点，新X轴为两起始点之间的直线多线（Multiline）距离选择点最近的元素端点为UCS的原点，以该元素方向为X轴三维面（3D Face）第一点为UCS的原点，X轴沿开始两点，Y的正方向取自第一点和第四点，Z轴由右手定则确定形（Shape）、文字（Text）、块（Block）、属性定义（Attribute）对象的插入点为UCS的原点，新X轴由对象绕其拉伸方向旋转定义，用于建立新UCS的对象在新UCS中的旋转角为零度。(5) “Face（面）”：将UCS与选定实
17、体对象的面对正。要选择一个面，在此面的边界内或面的边界上单击即可，被选中的面将高亮显示。UCS的X轴将与找到的第一个面上的最近的边对正。(6) “View（视图）”：以垂直于视图方向（平行于屏幕）的平面为XY平面，来建立新的坐标系。UCS原点保持不变。(7) “X”：指定绕X轴的旋转角度来得到新的UCS。(8) “Y”：指定绕Y轴的旋转角度来得到新的UCS。(9) “Z”：指定绕Z轴的旋转角度来得到新的UCS。19.3.2 UCS的设置1. 使用“ucs”命令进行设置使用“ucs”命令还对UCS进行各种设置，调用该命令后的系统提示如下： Enter an option New/Move/ort
18、hoGraphic/Prev/Restore/Save/Del/Apply/?/World :除了其中的“New”选项之外，其他各选项作用如下：(1) “Move（移动）”：通过平移原点或修改当前UCS的Z轴深度来重新定义UCS，但保留其XY平面的原始位置不变。用户也可选择“UCS”工具栏的图标按钮来调用该选项，或选择菜单【Tools（工具）】【Move UCS（移动UCS）】(2) “orthoGraphic（正交）”：指定由AutoCAD提供的六个正交UCS中的一个，这六个正交的UCS分别为“Top（俯视）”、“Bottom（仰视）”、“Front（主视）”、“Back（后视）”、“Lef
19、t（左视）”和“Right（右视）”。用户也可选择菜单【Tools（工具）】【Orthographic UCS（正交UCS）】中的子菜单来进行相应的设置。(3) “Prev（上一个）”：恢复上一个UCS。AutoCAD中保存了在图纸空间中创建的最后1个坐标系和在模型空间中创建的最后10个坐标系。用户也可选择“UCS”工具栏的图标按钮来调用该选项。(4) “Restore（恢复）”：恢复已保存的UCS，使它成为当前UCS。(5) “Save（保存）”：把当前UCS按指定名称保存。(6) “Del（删除）”：从已保存的坐标系列表中删除指定的UCS。(7) “Apply（应用）”：其他视口保存有不同
20、的UCS时，将当前UCS设置应用到指定的视口或所有活动视口。用户也可选择“UCS”工具栏的图标按钮来调用该选项，或选择菜单【Tools（工具）】【New UCS（新建UCS）】【Apply（应用）】项。(8) “?”：列出指定的UCS名称，并列出每个坐标系相对于当前UCS的原点以及X、Y和Z轴。(9) “World（世界）”：将当前的UCS设置为WCS。用户也可选择“UCS”工具栏的图标按钮来调用该选项。说明 在“UCS II”工具栏中的下拉列表包含了WCS、上一个UCS、六个正交UCS和用户定义的UCS等项，用户可选择其中某项来实现与“ucs”命令相同的功能。2. 使用“UCS”对话框进行设
21、置AutoCAD系统还提供了“UCS”对话框，在该对话框中还可进行其他一些设置。该命令的调用方式为：工具栏：“UCS”或“UCS II”菜单：【Tools（工具）】【Named UCS（命名UCS）】或【Tools（工具）】【Orthographic UCS】【Preset（预置）】命令行：ucsman调用该命令后，系统弹出“UCS”对话框，如图19-4所示。图19-4 “UCS”对话框该对话框中的“Named UCSs（命名UCS）”和“Orthographic UCSs（正交UCS）”选项卡的功能与“ucs”命令相同，因此不再重复说明。下面对“Settings（设置）”选项卡进行说明：(1
22、) “UCS Icon settings（UCS图标设置）”栏：指定当前视图的UCS图标设置。 “On（开）”：显示当前视口中的UCS图标。 “Display at UCS origin point（显示于UCS原点）”：在当前视口中当前坐标系的原点显示UCS 图标。如果清除此选项，或在视口中坐标系的原点不可见，UCS图标将显示在视口的左下角。 “Apply to all active viewports（应用到所有活动视口）”：将UCS图标设置应用到当前图形中的所有活动视口。(2) “UCS settings（UCS设置）”：指定当前视口的UCS设置。 “Save UCS with view
23、port（UCS与视口一起保存）”：将坐标系设置与视口一起保存。 “Update view to Plan when UCS is changed（修改UCS时更新平面视图）”：修改视口中的坐标系时恢复平面视图。当对话框关闭时，平面视图和选定的UCS设置被恢复。19.4 设置三维视图19.4.1 设置查看方向在AutoCAD的三维空间中，用户可通过不同的方向来观察对象。用于设置查看方向的命令调用方式如下：菜单：【View（视图）】【3D Views（三维视图）】【Viewpoint Presets（视点预置）】命令行：ddvpoint（或别名vp）图19-5 “Viewpoint Preset
24、s”对话框调用该命令后，系统将弹出如图19-5所示的“Viewpoint Presets（视点预设）”对话框。在该对话框中，用户可在“From X Axis”编辑框中设置观察角度在XY平面上与X轴的夹角，在“XY Plane”编辑框中设置观察角度与XY平面的夹角，通过这两个夹角就可以得到一个相对于当前坐标系（WCS或UCS）的特定三维视图。如果用户单击按钮，则产生相对于当前坐标系的平面视图（即在XY平面上与X轴夹角为270，与XY平面夹角为90）。19.4.2 设置图形的三维直观图的查看方向现在使用另一种更为直观的方法来设置查看方向，“vpoint”命令可以将观察者置于一个位置上观察图形，就好
25、象从空间中的一个指定点向原点（0,0,0）方向观察。该命令的调用方式为：菜单：【View（视图）【3D Views（三维视图）】【Viewpoint（视点）】命令行：vpoint（或别名-vp）调用该命令后，系统将显示当前视点位置，提示用户选择：Current view direction: VIEWDIR=0.0000,0.0000,1.0000Specify a view point or Rotate :用户可直接指定视点坐标，则系统将观察者置于该视点位置上向原点（0,0,0）方向观察图形。如果用户选择“Rotate（旋转）”选项，则需要分别指定观察视线在XY平面中与X轴的夹角和观察视线
26、与XY平面的夹角，该选项的作用与“ddvpoint”命令相同。如果用户选择“display compass and tripod（显示坐标球和三轴架）”，则屏幕上将显示如图19-6所示的坐标球和三轴架：图19-6 VPOINT的指南针和三轴架用户可使用它们来动态的定义视口中的观察方向。坐标球表示为一个展平了的地球，指南针的中心点表示北极（0,0,1），内环表示赤道（n,n,0），外环表示南极（0,0,-1）。可使用定点设备将十字光标移动到球体的任意位置上，该位置决定了相对于XY平面的视角。点击的位置与中心点的关系决定Z角。当移动光标时，三轴架根据指南针指示的观察方向旋转。如果要选择一个观察方向
27、，请将定点设备移动到球体的一个位置上，然后单击左键确定。19.4.3 设置平面视图由于平面视图是最为常用的一种视图，因此AutoCAD提供了快速设置平面视图的命令，该命令的调用方式为：菜单：【View（视图）】【3D Views（三维视图）】【Plan View（平面视图）】子菜单命令行：plan。调用该命令后，系统提示如下：Enter an option Current ucs/Ucs/World :其中各选项意义如下：(1) “Current ucs”：设置为当前UCS中的平面视图。(2) “Ucs”：指定已保存的UCS，并设置为该UCS种的平面视图。(3) “World”：设置为WCS中
28、的平面视图。19.4.4 设置正交视图与等轴测视图由于三维模型视图中正交视图和等轴测视图使用较为普遍，因此AutoCAD提供了如下几种设置方法。工具栏：“View（视图）”，详见图19-7。图19-7 视图工具栏菜单：【View（视图）】【3D Views（三维视图）】子菜单命令行：view在命令行调用“view”命令后，弹出“View（视图）”对话框，在“Orthographic & Isometric Views（正交和等轴测视图）”选项卡的列表中显示了所有的正交视图和等轴测视图，如图19-8所示。用户可在列表中选择一个视图，并单击按钮来恢复选定的正交视图或等轴测视图。在“Relative to（相对于）下拉列表中显示了WCS和当前图形中的所有已命名UCS，用户可以指定某个坐标系来恢复正交视图或等轴测视图。缺省值为WCS。“Restore orthographic UCS with View（恢复正交UCS和视图）”：当用户构成当前视图时，将恢复关联的UCS。图19-8 “Orthographic & Isometric Views”选项卡19.5 小 结本章主要讲述在AutoCAD中进行三维绘图的基本知识，以及简单的三维图形的绘制方法。此外，还介绍了如何在AutoCAD中创建三维视图来观察三维对象。