三維實體造型在制圖教學中的應用

摘要：高校工程制圖課程的改革，要求既要減少課時、增加內容，又要保證教學質量。如何利用較少的課時快速提高學生的繪圖識圖能力，是工程制圖教學面臨的實際問題。利用三維實體造型作輔助演示，可以使學生快速建立空間立體概念，能取得良好的教學效果。

關鍵詞：工程制圖；實體造型；工程形體

《工程制圖》是工程類學生必須掌握的一門實踐性較強的專業基礎課，主要任務是培養學生具有一定的識讀和繪制工程圖樣的能力與一定的空間想象能力。大量的空間立體分析是本課程不同于其他課程的一個顯著特點。傳統的教學模式是從二維到三維再到二維，由于學生的空間想象能力較差，學習起來比較吃力。教學實踐表明，借助于CAD軟件的三維實體造型功能，通過對工程形體的實體模型演示，把工程形體的抽象、靜止的內容轉換成形象、生動的立體模型圖，采用先三維、后二維、再三維的模式進行教學，既可培養學生的思維能力，也可提高教學質量，收到良好的教學效果。

CAD三維實體建模概述

目前的三維實體造型軟件很多。常用的軟件有UG，Pro/Engineer，SolidWorks，CAXA，AUTOCAD等，該類軟件一般都具有二維和三維繪圖功能，能完成三維實體造型并能從實體造型生成三視圖和剖面圖，可以繪制顯示真實的色彩、材質、表面特征、光影及背景特征的高質量效果圖。在教學中使用三維實體造型軟件，可以把工程形體制作成效果逼真、生動形象的實體模型，在具體演示中實體可以實現任意方向的旋轉、任意截面的剖切，可以很清晰地觀察物體的各部分結構。AUTOCAD在工程制圖中應用比較廣泛，學生比較熟悉。

AUTOCAD實體造型在制圖教學中的應用

截交線、相貫線截交線是由平面截切立體所產生的表面交線，相貫線是兩立體結交所產生的表面交線，是工程制圖教學中學生較難掌握的一個章節。在傳統工程制圖教學中，求截交線、相貫線等內容，都是用立體表面取點、輔助面等方法來解決此類問題，這樣講解起來學生很難理解空間之間的相互關系。引入三維實體造型，在AUTOCAD中，讓學生自己觀察，通過截切命令后產生的截切形體的截交線的形狀（如圖1所示）以及兩個物體相交產生的相貫線的形狀（如圖2所示），總結截交線、相貫線的投影規律，增強感性認識，可以為求截交線、相貫線的三視圖打下良好的基礎。

組合體組合體是由若干個基本體所組成的物體，工程形體雖然很復雜，但若加分析，都可以看成是基本體的組合。學習組合體的識讀和繪制，其目的是掌握繪制和閱讀工程圖樣所必需的分析方法，并培養投影作圖的技能和空間結構分析能力，是整個投影基礎的重點。組合體中的題目是給出二視圖要求繪制三視圖，如圖3所示。常規的作圖方法是采用形體分析的方法，假想把組合體分解成若干基本體，然后再弄清它們之間的相對位置、組合方式（切割、疊加、綜合）及各部分之間的表面連接關系，從而對所要表達的組合體的形體特點形成總的概念，為畫視圖做好準備。但大部分題目都沒有實體模型，對于剛接觸制圖的初學者，他們的空間想象能力還不是很強，僅僅依靠教師用語言描述，既浪費時間，學生也很難建立起完整的空間立體形狀，如不分析物體的形狀，只是單純地利用找點法做出三視圖是比較困難的。所以，解決問題的關鍵就是幫助學生建立起空間立體形狀。借助于AUTOCAD軟件的實體造型功能，制作出和題目形體一樣的實體模型圖，然后在多媒體教室的投影屏幕上進行演示。以圖4所示的軸承座為例，軸承座是綜合型組合體，可以想象分解為底板、肋板、支承板、圓筒和凸臺(小圓筒)五部分。支承板的左右兩側面和圓筒外表面相切，相切處無線；肋板與圓筒大圓柱面相交，相交處有交線；圓筒與凸臺相交，產生內、外相貫線；其他各部分間表面連接關系均是相貼。利用AUTOCAD軟件的旋轉功能，可以很靈活方便地將實體模型進行任意位置、任意角度的旋轉，引導學生從不同的方位進行觀察，進一步分析組合體的形體特點及各基本體之間的關系，很容易就可以完成三視圖的投影圖。

剖視圖剖視圖是為了說明工程形體的內部結構形狀而采用的一種表達方法，假想用剖切平面將物體切開，移去觀察者與剖切平面之間的部分，對剩余的部分向投影面所得的圖形。剖視圖的題目一般是畫剖視圖或者改錯、補線等（如圖5所示）。由于沒有實物或模型，剖切后物體的投影，單憑主觀想象去畫，學生往往感到無從下手。利用AUTOCAD軟件的實體功能，繪制出工程形體的實體模型，然后應用剖切功能，根據需要對實體模型在相應的平面內進行剖切（如圖6所示），把看不到的內部結構直觀地呈現在學生面前，學生很快就能掌握內部結構，且印象深刻，制圖能力得到很大提高。

利用CAD三維實體造型軟件實現實體模型的演示，要充分發揮教師的主導作用，不能讓學生僅僅停留在看實體模型演示，要采用互動式的教學方法，引導學生分析各部件之間的關系，建立解題的空間幾何模型，確定空間解題步驟以及引導學生想象作圖結果的空間情況等，使學生在空間——平面——空間這樣一個反復的過程中，對教學內容加深理解，并培養學生空間想象能力和分析能力。

借助CAD三維實體造型軟件進行教學，可以把原來用大量語言闡述的內容，如組合體的立體結構、各個基本組合體之間的相互位置關系、復雜物體的內部結構等，做成實體模型來演示，使學生看了一目了然，不用過多的語言描述。這樣，既提高了教學效率，同時又使學生在輕松愉快中完成學習，而且能更好地幫助學生建立空間概念，提高學生的制圖能力。

參考文獻：

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作者簡介：

吳長有（1977—），男，二級實習指導教師，主要從事機械加工的教學與研究工作。