三維幾何建模在《機(jī)械制圖》教學(xué)中的應(yīng)用

劉靜

摘 要：針對(duì)機(jī)械制圖教學(xué)中存在的一些問(wèn)題，闡述了三維幾何建模技術(shù)作為輔助教學(xué)工具的優(yōu)勢(shì)，可有效的幫助學(xué)生解決教學(xué)中的讀圖問(wèn)題，提高空間思維能力。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制圖;三維幾何建模;空間思維

1 三維幾何建模的應(yīng)用現(xiàn)狀

通過(guò)建立正確的模型來(lái)描述和表現(xiàn)事物的各種屬性，是現(xiàn)代科學(xué)探索事物本身發(fā)展、運(yùn)行規(guī)律的一個(gè)普遍而且重要的方法。不論是在應(yīng)用領(lǐng)域還是在科學(xué)領(lǐng)域，對(duì)整個(gè)世界進(jìn)行三維建模研究，都是一個(gè)不斷興起的領(lǐng)域。三維建模技術(shù)在機(jī)械行業(yè)的廣泛應(yīng)用，根本性地改變了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝以及生產(chǎn)裝配乃至維修等環(huán)節(jié)，在機(jī)械類教學(xué)中，國(guó)內(nèi)部分高校早在上個(gè)世紀(jì)90年代中期開(kāi)始醞釀圖學(xué)改革方案并在90 年代末期引入三維幾何建模的教學(xué)實(shí)踐和探索，少數(shù)高校已形成了以三維為核心的現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)圖學(xué)新教學(xué)體系。目前，國(guó)內(nèi)各高校已經(jīng)紛紛開(kāi)展了引入三維幾何建模的圖學(xué)教學(xué)，由于每個(gè)學(xué)校的情況不同，采用的模式也不同。

2 常用三維建模技術(shù)介紹

2.1 AutoCAD

AutoCAD是Autodesk公司的主導(dǎo)產(chǎn)品，用于二維繪圖、詳細(xì)繪制、設(shè)計(jì)文檔和基本三維設(shè)計(jì)，現(xiàn)已經(jīng)成為國(guó)際上廣為流行的繪圖工具。AutoCAD具有良好的用戶界面，通過(guò)交互菜單或命令行方式便可以進(jìn)行各種操作。它的多文檔設(shè)計(jì)環(huán)境，讓非計(jì)算機(jī)專業(yè)人員也能很快地學(xué)會(huì)使用。

2.2 Autodesk ?Inventor

Inventor是由美國(guó)Autodesk公司于1999年發(fā)行的一種基于特征的實(shí)體造型系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，已經(jīng)成為一種包含最新技術(shù)的基于特征的參數(shù)化實(shí)體造型軟件。

2.3 Pro/E

Pro/Engineer（簡(jiǎn)稱Pro/E）是美國(guó)PTC公司研制的一套由設(shè)計(jì)至生產(chǎn)的機(jī)械自動(dòng)化軟件，廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天、消費(fèi)電子、模具、玩具、工業(yè)設(shè)計(jì)和機(jī)械制造等行業(yè)。

3 傳統(tǒng)制圖教學(xué)方法的優(yōu)缺點(diǎn)分析

傳統(tǒng)的工程制圖教學(xué)是指利用三角板、圓規(guī)、掛圖、實(shí)物模型等組織教學(xué)，主要的優(yōu)點(diǎn)是教學(xué)示范性強(qiáng)，教學(xué)圖例都是教師在課前、課間或者在課堂上利用三角板、圓規(guī)一筆一畫作出來(lái)的，因此會(huì)給學(xué)生留下很深刻的印象，并且便于學(xué)生模仿作圖，而且在作圖過(guò)程中所體現(xiàn)出來(lái)的工程素養(yǎng)也能對(duì)學(xué)生起到潛移默化的作用。

但是，在現(xiàn)代科技知識(shí)不斷發(fā)展的背景之下，傳統(tǒng)的機(jī)械制圖教學(xué)的弱點(diǎn)也變得越來(lái)越凸顯，主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：一是課堂信息量小，效率低。教師在黑板上用尺規(guī)畫圖非常費(fèi)時(shí)間，一堂課下來(lái)，只能做出非常有限的幾個(gè)圖例，效率低下，而現(xiàn)代教學(xué)需要教師借助現(xiàn)代信息手段在有限的時(shí)間內(nèi)傳授更多的信息知識(shí)，這種矛盾在少學(xué)時(shí)機(jī)械制圖教學(xué)中更為突出。二是表現(xiàn)形式單一，有些復(fù)雜的模型難以制造，且費(fèi)時(shí)費(fèi)力，成本較高。

4 三維幾何建模的教學(xué)實(shí)踐

4.1 CAD三維建模

讀組合體視圖這部分內(nèi)容是機(jī)械制圖教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，題型多為補(bǔ)畫第三視圖和漏線。教師在講授這部分內(nèi)容時(shí)常采用形體分析法和線面分析法，一邊講解一邊對(duì)照實(shí)物模型進(jìn)行分析，這時(shí)就要求學(xué)生必須充分掌握線面的投影特性和基本幾何體的投影特征，并且能夠積極思考、充分想象，在頭腦中形成空間點(diǎn)、線、面的立體場(chǎng)景，才能綜合起來(lái)想清楚組合體的整體形狀和各部分相互的連接關(guān)系。而絕大多數(shù)的同學(xué)做不到這一點(diǎn)，如果沒(méi)有實(shí)物形體的對(duì)照，就很難畫出正確的平面視圖。借助CAD進(jìn)行建模，不管形體多復(fù)雜，數(shù)量有多少，都能方便、迅速地進(jìn)行制作。

例如，根據(jù)已知三視圖（圖中a、c），應(yīng)用三維建模，實(shí)體建模。使學(xué)生對(duì)讀圖時(shí)虛實(shí)線的變化有了更清晰的理解，降低了學(xué)習(xí)難度，增強(qiáng)了讀圖能力和空間思維。

4.2 Pro/E參數(shù)化建模

Pro/E是功能強(qiáng)大的三維設(shè)計(jì)軟件，用參數(shù)化設(shè)計(jì)，是基于特征的實(shí)體建模系統(tǒng)，可以任意勾畫草圖，容易改變模型。在授課過(guò)程中，首先利用Pro/E三維造型系統(tǒng)建立三維實(shí)體，再把三維實(shí)體直接插入到二維的工程圖紙中，自動(dòng)生成二維視圖，然后講解投影規(guī)律，起到了事半功倍的效果。引入Pro/E目的不僅在輔助制圖，而在于輔助思維，提高構(gòu)形、圖形分析、圖形的二、三維空間轉(zhuǎn)換能力。

將實(shí)體建模融入到制圖教學(xué)中，由過(guò)去的借助“靜態(tài)”掛圖、模型講解變?yōu)槿S“動(dòng)態(tài)”演示教學(xué)，能使學(xué)生實(shí)時(shí)觀察到模型實(shí)體的各個(gè)側(cè)面及內(nèi)腔，觀察到空間形體的形成過(guò)程。這種直觀的教學(xué)方式，有利于學(xué)生培養(yǎng)構(gòu)型思維、空間想象能力。

參考文獻(xiàn)

[1]王宗彥，馮敬華，暴建崗.從三維設(shè)計(jì)出發(fā)改革傳統(tǒng)機(jī)械制圖教學(xué)[J].華北工學(xué)院學(xué)報(bào)，2004（2）：70-72.

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