2.3 坐标系
使用坐标系是最基本的定位手段，任何物体在空间中的位置都是通过一个坐标系来定位的。要想正确、高效地绘图，首先要理解各种坐标系的概念，掌握坐标系的正确输入方法。根据指定对象不同，下面将分别详细讲解AutoCAD中的坐标系。
2.3.1 坐标系概述
在AutoCAD中，坐标系分为世界坐标系WCS和用户坐标系UCS，在二维绘图中，两种坐标系下都可以通过输入坐标点（X，Y）来精确定位。打开AutoCAD软件时，其默认的坐标系是世界坐标系WCS。
世界坐标系是软件内定坐标系，是无法改变的，而通常绘图只用世界坐标系很不方便，为了能够更好地辅助设计，用户可以更改坐标系的原点位置、坐标轴方向等，此时的坐标系便是用户自定义的坐标系，即用户坐标系，也就是UCS。
世界坐标系和用户坐标系在显示方式上只有细微的区别，如图2-3所示，世界坐标系只是比用户坐标系在原点处多了一个“□”标记。
图2-3 坐标系
2.3.2 坐标系的表示方法
根据绘制要求的不同，AutoCAD的坐标系可以用多种方式来表达同样的几何对象，可以是笛卡儿坐标系形式，是极坐标，还可以是相对坐标。每种坐标表示方式都有其优点，下面将分别进行介绍。
1.笛卡儿坐标系
笛卡儿坐标系即直角坐标系，由一个坐标系原点（0，0）和两个通过原点且相互垂直的坐标轴组成，水平方向为X轴，方向向右为正方向，竖直方向的坐标轴为Y轴，向上为其正方向。
或者一个坐标系原点（0，0，0）和三个空间相互垂直的坐标轴组成，垂直于XY平面的坐标轴为Z轴，从屏幕内指向屏幕外为正方向。用户可以采用右手定则来确定其轴向，伸出右手，大拇指和食指以及中指两两垂直，大拇指所指方向为X，食指所指方向为Y，中指所指方向即为Z方向。平面上的任何一点都可以用XY轴的坐标（X，Y）定义，空间上任意点都可以用XYZ轴坐标（X，Y，Z）定义。
采用笛卡儿坐标系绘图，可以直接输入坐标进行定位，如图2-4所示。
图2-4 利用笛卡儿坐标系绘图
注意
在输入坐标（X，Y）和坐标（X，Y，Z）时，间隔符“，”必须是在英文状态下输入，如果在中文状态下输入该坐标则无效。
2.极坐标系
极坐标系由一个极点和一个极轴构成，极轴的方向以极点为起始点，水平向右为正方向。平面上任意点都可以由该点到极点的连线长度和连线与极轴的夹角来定义，即用坐标值（ρ<θ）来定义平面上的任意点。
其中“<”表示角度，规定逆时针为正，顺时针为负，X轴正向为0°，Y轴正向为90°，X轴负向为180°，Y轴负向为270°，如点（9<30）表示绕X轴旋转30°的方向上和原点之间的距离为9的点，如图2-5所示。
3.相对坐标
相对坐标是当前点和前一点的相对位移值，在AutoCAD中，相对坐标用“@”表示。根据坐标系不同，相对坐标类型可以分为相对直角坐标和相对极坐标，两种坐标形式在实际使用中非常频繁，合理使用会简化绘图步骤，提高工作效率。
图2-5 极坐标系
（1）相对直角坐标：相对直角坐标是指相对于某一点的X轴和Y轴有位移，相对坐标需要在直角坐标前加符号“@”表示，如绘制线第二点为（@40，30）表示相对前一点在X方向偏移40的距离，在Y方向偏移30的距离。操作命令如下。
命令: L LINE //输入命令 指定第一个点: //指定第一点 指定下一点或 [放弃(U)]: @40,30 //相对第一点偏移的矩形 指定下一点或 [放弃(U)]: //完成操作
绘制的线如图2-6所示。
（2）相对极坐标：相对极坐标是指相对于某一点的距离和角度，相对极坐标需要在极坐标前加符号“@”表示。如绘制直线时第二点和第一点之间的距离为20，相对X轴旋转30°，则其操作命令如下。
命令: l LINE //输入命令 指定第一个点: //指定第一点 指定下一点或 [放弃(U)]: @20<30 //输入相对第一点的极坐标 指定下一点或 [放弃(U)]: //完成操作
操作结果如图2-7所示。
图2-6 相对直角坐标绘制线
图2-7 相对极坐标
2.3.3 世界坐标系
AutoCAD默认的坐标系是世界坐标系WCS，是一个固定不变的坐标系，它规定水平向右为X轴正方向，沿X轴正方向向右为水平距离增加的方向；竖直向上为Y轴正方向，沿Y轴正方向向上为竖直距离增加的方向；Z轴垂直于XY平面，沿Z轴垂直于屏幕向外为距离增加的方向。
世界坐标系总是存在于一个设计图形中，并且不可更改。如图2-8所示即为世界坐标系。
图2-8 世界坐标系
2.3.4 用户坐标系
用户坐标系UCS是处于活动状态的坐标系，用于建立图形和建模的XY平面（工作平面）和Z轴方向。
控制UCS原点和方向，可以在指定点、输入坐标和使用绘图辅助工具（如正交模式和栅格）时更便捷地处理图形。如果视口的UCSVP系统变量设置为1，则UCS可与视口一起存储。
注意
默认情况下，“坐标”面板在“草图与注释”工作空间中处于隐藏状态。要显示“坐标”面板，请单击“视图”选项卡，然后右击“显示面板”，在弹出的菜单中单击“坐标”。设置后，在三维工作空间中，“坐标”面板即出现在“常用”选项卡上。
用户坐标系的启动方式如下。
（1）功能区：“视图”选项卡→“坐标”面板→“UCS
”。
（2）菜单：“工具”→“新建UCS”。
（3）工具栏：“UCS”。
（4）快捷菜单：在UCS图标上右击，然后在弹出的菜单中单击UCS某个选项。
在坐标系上右击，弹出的菜单如图2-9所示。或者在命令行输入“UCS”后按空格键，系统提示如下。
命令: UCS //输入命令 当前 UCS 名称: *世界* //显示当前坐标系状态 指定 UCS 的原点或 [面(F)/命名(NA)/对象(OB)/ 上一个(P)/视图(V)/世界(W)/X/Y/Z/Z 轴(ZA)] <世界>: //指定新原点 指定 X 轴上的点或 <接受>: //接受
各选项的含义如下。
1.指定UCS的原点
使用一点、两点或三点定义一个新的UCS。如果指定单个点，当前UCS的原点将会移动而不会更改X、Y和Z轴的方向。如果指定第二个点，则UCS将旋转以使正X轴通过该点。如果指定第三个点，则UCS绕新的X轴旋转来定义正Y轴。这三点可以指定原点、正X轴上的点以及正XY平面上的点，如图2-10所示。
图2-9 右键菜单
图2-10 定义UCS
注意
如果第一点原点、第二点X轴点和第三点Y轴点的连线在原点相互垂直，则第三点定义的就是Y轴。如果第三点并不在垂直于X轴的直线上，则系统会确定原点和X轴后，根据第三点确定大概的方向，原则是Y轴必须与X轴保持垂直关系。如果在输入坐标时未指定Z轴坐标值，则使用当前Z值。
2.面
将UCS动态对齐到三维对象的面。也可以选择并拖动UCS图标来将UCS与面动态对齐。将鼠标指针移到面上可以查看UCS如何对齐的预览。将UCS对齐到面上的命令如下。
命令: UCS //命令行执行命令 当前 UCS 名称: *世界* //显示当前正使用的坐标系 指定 UCS 的原点或 [面(F)/命名(NA)/对象(OB)/上一个(P)/ 视图(V)/世界(W)/X/Y/Z/Z 轴(ZA)] <世界>: F //输入F启动面来定义坐标系 选择实体面、曲面或网格: //选取实体面 输入选项 [下一个(N)/X 轴反向(X)/Y 轴反向(Y)] <接受>: //按空格接受默认的坐标系
将UCS对齐到实体面的操作如图2-11所示。
图2-11 面定义坐标系
3.命名UCS
保存或恢复命名UCS定义。也可以在该UCS图标上右击后选择命令来保存或恢复命名UCS定义。需要先保存UCS后才可以调取已命名的UCS。保存UCS操作命令如下。
命令: UCS //命令行输入命令 当前 UCS 名称: *无命名* //显示当前使用的UCS 指定 UCS 的原点或 [面(F)/命名(NA)/对象(OB)/上一个(P)/ 视图(V)/世界(W)/X/Y/Z/Z 轴(ZA)] <世界>: NA //指定类型为命名UCS 输入选项 [恢复(R)/保存(S)/删除(D)/?]: S //输入S指定类型为保存 输入保存当前 UCS 的名称或 [?]: ISO_1 //输入保存的UCS名称为“ISO_1”
命令行操作也可以直接用鼠标在绘图区右键菜单上进行操控，操作步骤为快速在当前UCS上右击，然后在弹出的菜单中选择“命名UCS”→“保存”命令，再输入“UCS名称”，如图2-12所示。
图2-12 保存UCS
保存UCS坐标系后，在以后需要重新切换到此坐标系时，只需要调取命名的UCS即可。调取操作命令如下。
命令: UCS //命令行输入命令 当前 UCS 名称: *世界* //显示当前使用的UCS 指定 UCS 的原点或 [面(F)/命名(NA)/对象(OB)/上一个(P)/ 视图(V)/世界(W)/X/Y/Z/Z 轴(ZA)] <世界>: NA //指定类型为命名UCS 输入选项 [恢复(R)/保存(S)/删除(D)/?]: R //输入R指定类型为恢复UCS 输入要恢复的 UCS 名称或 [?]: ISO_1 //输入要恢复的UCS名称为ISO_1
此命令行操作也可以直接用鼠标在绘图区右键菜单上进行操控，操作步骤为快速在当前UCS上右击，在弹出的右键菜单中选择“命名UCS”→“ISO-1”命令，即可将当前的UCS切换到先前保存的UCS，如图2-13所示。
图2-13 恢复命名UCS
4.对象
将UCS与选定的二维或三维对象对齐。除参照线和三维多段线外，UCS可与任何对象类型对齐。将鼠标指针移到对象上，查看UCS将如何对齐的预览，并单击以放置UCS。大多数情况下，UCS的原点位于离指定点最近的端点，X轴将与边对齐或与曲线相切。
采用选取对象的方式新建UCS，命令行的操作方法如下。
命令: UCS //在命令行输入命令 当前 UCS 名称: *世界* //显示当前使用的UCS 指定 UCS 的原点或 [面(F)/命名(NA)/对象(OB)/上一个(P)/ 视图(V)/世界(W)/X/Y/Z/Z 轴(ZA)] <世界>: OB //启动对象新建UCS 选择对齐 UCS 的对象: //选取对象
采用对象来确定UCS的操作结果如图2-14所示。
5.上一个
恢复上一个UCS。用户可以在当前任务中逐步返回最后10个UCS设置。对于模型空间和图纸空间，UCS设置单独存储。
6.视图
将UCS的XY平面与垂直于观察方向的平面对齐。原点保持不变，但X轴和Y轴分别变为水平和垂直。
图2-14 对象确定UCS
7.旋转轴
绕指定轴旋转当前UCS。将右手拇指指向X轴的正向，卷曲其余四指，其余四指所指的方向即绕轴的正旋转方向。将右手拇指指向Y轴的正向，卷曲其余四指，其余四指所指的方向即绕轴的正旋转方向。将右手拇指指向Z轴的正向，卷曲其余四指，其余四指所指的方向即绕轴的正旋转方向，如图2-15所示。
图2-15 绕轴旋转
8.Z轴
将UCS与指定的正Z轴对齐。UCS原点移动到第一个点后，其正Z轴通过第二个点。