機(jī)械制圖三維虛擬模型庫的設(shè)計(jì)探討

王健

摘 要：隨著電腦制圖的不斷發(fā)展，機(jī)械制圖從典型的二維形式中轉(zhuǎn)換到三維模式中。機(jī)械制圖三維虛擬模型庫的建立，能夠有效的幫助學(xué)生進(jìn)行物體觀察建模，從視覺上能夠引導(dǎo)學(xué)生實(shí)現(xiàn)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(jī)械制圖三維虛擬模型庫的設(shè)計(jì)進(jìn)行綜合性探究。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制圖；三維虛擬模型庫；設(shè)計(jì)；探討

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

0 前言

機(jī)械制圖三維虛擬模型庫的設(shè)計(jì)需要遵循一定的設(shè)計(jì)原則，并且在實(shí)際設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中能夠根據(jù)設(shè)計(jì)原則知道設(shè)計(jì)思路。具體三維虛擬模型庫設(shè)計(jì)內(nèi)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(yīng)用。這類型機(jī)械制圖無論在構(gòu)圖上還是設(shè)計(jì)技術(shù)上與傳統(tǒng)的二維虛擬圖形相比，都具有較大的優(yōu)勢。

1 機(jī)械制圖三維虛擬模型庫設(shè)計(jì)原則與總體思路

1.1 設(shè)計(jì)原則

在進(jìn)行機(jī)械制圖三維虛擬模型庫的設(shè)計(jì)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(shí)用性，既能夠保障系統(tǒng)的應(yīng)用，也能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的應(yīng)用目標(biāo)。其次就是將模型庫打造為的有效的認(rèn)知工具，模型庫能夠?yàn)閯?chuàng)造有針對性的學(xué)習(xí)環(huán)境，為學(xué)生提供多種工具以及信息資源，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)；再者是虛擬模型庫設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中的可擴(kuò)充原則，在教學(xué)要求、教學(xué)環(huán)境不斷變化的背景下，虛擬模型庫的設(shè)計(jì)需要不斷的增加其數(shù)量與種類，以滿足實(shí)際教學(xué)需求。

1.2 設(shè)計(jì)總體思路

要想建立一個比較完善的機(jī)械制圖虛擬模型庫系統(tǒng)，需要充分的考慮到建設(shè)與到管理維護(hù)、系統(tǒng)功能實(shí)施的整個過程。在具體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，更加注重的是對于零部件的調(diào)用，模型的瀏覽以及遠(yuǎn)程用戶的查看。在機(jī)械制圖虛擬模型庫設(shè)計(jì)中，主要包含以下字模塊：立體、組合體庫；表達(dá)方法庫；標(biāo)準(zhǔn)件、常用件庫；零件庫；部件庫等。這些子模塊，在具體的應(yīng)用包含了不同的內(nèi)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(bǔ)漏線、組合體二補(bǔ)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(nèi)容[1]。

2 機(jī)械制圖三維虛擬模型庫設(shè)計(jì)內(nèi)容

在機(jī)械制圖三維虛擬模型庫設(shè)計(jì)中，首先需要進(jìn)行三維電腦動畫的制作，然后進(jìn)行Flash動畫的制作與演示，最后需要重點(diǎn)研究三維造型。

2.1 三維電腦動畫制作

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)逐漸成熟，三維電腦動畫制作成為機(jī)械制圖三維模型庫設(shè)計(jì)中重點(diǎn)內(nèi)容之一，三維電腦動畫又被成為3D動畫。三維動畫軟件的應(yīng)用，首先需要在應(yīng)用界面上建立起一個虛擬的環(huán)境，然后在該虛擬的環(huán)境中按照機(jī)械制圖對象的尺寸設(shè)定運(yùn)動軌跡、虛擬攝影機(jī)以及動畫參數(shù)。最后在此基礎(chǔ)上，為動畫模型增加特殊化的材質(zhì)，并且打光。在進(jìn)行三維電腦動畫制作環(huán)節(jié)中，需要按照以下流程進(jìn)行設(shè)計(jì)：幾何造型、表面材料編輯、動畫設(shè)計(jì)、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(chuàng)造出系統(tǒng)所需要的實(shí)物。表面材料編輯能夠?qū)缀卧煨椭兴O(shè)計(jì)出的實(shí)物進(jìn)行著色、設(shè)定紋理以及進(jìn)行光照等，在進(jìn)行表面材料處理編輯的圖形，其成像效果更加的真實(shí)。動畫設(shè)計(jì)布局，能夠設(shè)定實(shí)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(yīng)用中設(shè)計(jì)好動畫圖像的處理過程。

2.2 Flash動畫制作與演示

實(shí)現(xiàn)機(jī)械制圖三維模型庫的設(shè)計(jì)，還需要增加Flash動畫的制作。逐幀動畫制作比較關(guān)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(huán)節(jié)中，需要繪制原始圖形，如，繪制一個普通的圓時，不能進(jìn)行群組，而是需要將其轉(zhuǎn)換為元件。按鍵盤上的F7 ，在時間軸上添加空白關(guān)鍵幀。在運(yùn)動動畫制作流程中，首先需要創(chuàng)建元件Crrl+F 8，打開控制面板F11，將元件拖拽到真實(shí)場景中。接下來進(jìn)行截交線的動畫制作，當(dāng)立體圖形被切割環(huán)節(jié)中，能夠在立體表面上產(chǎn)生截交線。當(dāng)立體圖形為的回轉(zhuǎn)體時，那么對于截交線的形狀設(shè)定，需要根據(jù)截交平面位置的不同進(jìn)行設(shè)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(rèn)場景；3）將多個圖片導(dǎo)入到多個元件中；4）設(shè)置運(yùn)動動畫；5） 繪制二維平面圖[2]。

2.3 三維造型

機(jī)械制圖三維虛擬模型庫中應(yīng)用到很多的建模技術(shù)，建模技術(shù)實(shí)際上能夠?qū)⒄鎸?shí)事物屬性轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)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(yīng)用的建模技術(shù)之一就是CAD，可以說CAD是幾何造型系統(tǒng)的核心。三維幾何形體在計(jì)算機(jī)中的真實(shí)表達(dá)就是幾何信息和拓?fù)湫畔ⅰＦ渲袔缀涡畔⒅邪€框模型的設(shè)計(jì)，該種模型能夠直接表達(dá)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(diǎn)就是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較簡單，所占有的的內(nèi)存空間小，可生成三視圖和是軸側(cè)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(tài)表達(dá)，是在線框模型的基礎(chǔ)上所增加的拓?fù)湫畔ⅰ１砻婺Ｐ途唧w的特點(diǎn)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(jìn)行物性計(jì)算分析。

3 結(jié)論

綜上所述，在本文中機(jī)械制圖三維虛擬模型庫的設(shè)計(jì)原則以及設(shè)計(jì)思路進(jìn)行介紹，分析三維虛擬模型庫設(shè)計(jì)的內(nèi)容。在機(jī)械制圖三維虛擬模型庫設(shè)計(jì)中，首先需要進(jìn)行三維電腦動畫的制作，在應(yīng)用界面上建立起一個虛擬的環(huán)境，然后在該虛擬的環(huán)境中按照機(jī)械制圖對象的尺寸設(shè)定運(yùn)動軌跡、虛擬攝影機(jī)以及動畫參數(shù)。然后進(jìn)行Flash動畫的制作與演示，最后需要重點(diǎn)研究三維造型。

參考文獻(xiàn)：

[1]金樂.機(jī)械制圖三維虛擬模型庫的研究與開發(fā)[D].山東大學(xué)，2010.

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