機械制圖三維虛擬模型庫的設計探討

王健

摘 要：隨著電腦制圖的不斷發展，機械制圖從典型的二維形式中轉換到三維模式中。機械制圖三維虛擬模型庫的建立，能夠有效的幫助學生進行物體觀察建模，從視覺上能夠引導學生實現三維空間模型分析。從圖形的分析上，三維虛擬模擬庫與二維圖形講解相比，其講解更加的便利。基于此，在本文中對機械制圖三維虛擬模型庫的設計進行綜合性探究。

關鍵詞：機械制圖；三維虛擬模型庫；設計；探討

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.163

0 前言

機械制圖三維虛擬模型庫的設計需要遵循一定的設計原則，并且在實際設計環節中能夠根據設計原則知道設計思路。具體三維虛擬模型庫設計內容比較多，既涉及到了電腦動畫的制作，也包含了Flash動畫的演示，特別需要注意的是幾何造型的應用。這類型機械制圖無論在構圖上還是設計技術上與傳統的二維虛擬圖形相比，都具有較大的優勢。

1 機械制圖三維虛擬模型庫設計原則與總體思路

1.1 設計原則

在進行機械制圖三維虛擬模型庫的設計中，需要遵循一定的原則才能夠滿足用戶需求，首先就是模型庫的實用性，既能夠保障系統的應用，也能夠實現系統的應用目標。其次就是將模型庫打造為的有效的認知工具，模型庫能夠為創造有針對性的學習環境，為學生提供多種工具以及信息資源，實現學生的自主學習；再者是虛擬模型庫設計環節中的可擴充原則，在教學要求、教學環境不斷變化的背景下，虛擬模型庫的設計需要不斷的增加其數量與種類，以滿足實際教學需求。

1.2 設計總體思路

要想建立一個比較完善的機械制圖虛擬模型庫系統，需要充分的考慮到建設與到管理維護、系統功能實施的整個過程。在具體的系統設計中，更加注重的是對于零部件的調用，模型的瀏覽以及遠程用戶的查看。在機械制圖虛擬模型庫設計中，主要包含以下字模塊：立體、組合體庫；表達方法庫；標準件、常用件庫；零件庫；部件庫等。這些子模塊，在具體的應用包含了不同的內容，如在立體、組合體模塊中，涵蓋了基本立體、切割體、相貫體、組合體畫法、組合體補漏線、組合體二補三。基本立體中需要注重平面立體、曲面立體、平面切割體、曲面切割體以及組合體的尺寸等內容[1]。

2 機械制圖三維虛擬模型庫設計內容

在機械制圖三維虛擬模型庫設計中，首先需要進行三維電腦動畫的制作，然后進行Flash動畫的制作與演示，最后需要重點研究三維造型。

2.1 三維電腦動畫制作

隨著計算機技術逐漸成熟，三維電腦動畫制作成為機械制圖三維模型庫設計中重點內容之一，三維電腦動畫又被成為3D動畫。三維動畫軟件的應用，首先需要在應用界面上建立起一個虛擬的環境，然后在該虛擬的環境中按照機械制圖對象的尺寸設定運動軌跡、虛擬攝影機以及動畫參數。最后在此基礎上，為動畫模型增加特殊化的材質，并且打光。在進行三維電腦動畫制作環節中，需要按照以下流程進行設計：幾何造型、表面材料編輯、動畫設計、圖像生成、圖像編輯、后期制作。其中幾何造型主要是借助具體的造型工具創造出系統所需要的實物。表面材料編輯能夠對幾何造型中所設計出的實物進行著色、設定紋理以及進行光照等，在進行表面材料處理編輯的圖形，其成像效果更加的真實。動畫設計布局，能夠設定實物的位置、方向、大小、形狀等。圖像的生成采用的光照模型，在具體的應用中設計好動畫圖像的處理過程。

2.2 Flash動畫制作與演示

實現機械制圖三維模型庫的設計，還需要增加Flash動畫的制作。逐幀動畫制作比較關鍵，具體的操作中需要講不同的效果分布在不同的幀上，然后添加方法按鍵盤F6。在形狀動畫制作環節中，需要繪制原始圖形，如，繪制一個普通的圓時，不能進行群組，而是需要將其轉換為元件。按鍵盤上的F7 ，在時間軸上添加空白關鍵幀。在運動動畫制作流程中，首先需要創建元件Crrl+F 8，打開控制面板F11，將元件拖拽到真實場景中。接下來進行截交線的動畫制作，當立體圖形被切割環節中，能夠在立體表面上產生截交線。當立體圖形為的回轉體時，那么對于截交線的形狀設定，需要根據截交平面位置的不同進行設定。用Flash制作圓錐截交線動畫過程中，1）制作圓錐切割三維立體圖；2）建立默認場景；3）將多個圖片導入到多個元件中；4）設置運動動畫；5） 繪制二維平面圖[2]。

2.3 三維造型

機械制圖三維虛擬模型庫中應用到很多的建模技術，建模技術實際上能夠將真實事物屬性轉換為計算機內部的數字化，并且控制模型圖形的輸出。對于三維虛擬庫的三維造型，需要應用的建模技術之一就是CAD，可以說CAD是幾何造型系統的核心。三維幾何形體在計算機中的真實表達就是幾何信息和拓撲信息。其中幾何信息中包含線框模型的設計，該種模型能夠直接表達出物體的幾何形狀，其邊緣可以是直線、曲線、二次曲線、Bezier曲線等，線框模型最大的特點就是數據結構比較簡單，所占有的的內存空間小，可生成三視圖和是軸側圖。表面模型也是幾何信息的一種，表面模型是對于物體各個表面的形態表達，是在線框模型的基礎上所增加的拓撲信息。表面模型具體的特點就是能夠可消隱、渲染等。其不足之處就是缺乏一定立體信息，不便于進行物性計算分析。

3 結論

綜上所述，在本文中機械制圖三維虛擬模型庫的設計原則以及設計思路進行介紹，分析三維虛擬模型庫設計的內容。在機械制圖三維虛擬模型庫設計中，首先需要進行三維電腦動畫的制作，在應用界面上建立起一個虛擬的環境，然后在該虛擬的環境中按照機械制圖對象的尺寸設定運動軌跡、虛擬攝影機以及動畫參數。然后進行Flash動畫的制作與演示，最后需要重點研究三維造型。

參考文獻：

[1]金樂.機械制圖三維虛擬模型庫的研究與開發[D].山東大學，2010.

[2]孫小燕，汪列隆.三維虛擬模型庫對機械制圖教學的有效性研究[J].池州學院學報，2015（03）：152-153.