畫法幾何識圖三維動畫的制作

邢剛 路玲 周玉 王麗 程彪

摘要：畫法幾何識圖過程是通過形體的三視圖想象出立體圖，是本課程的重點和難點，利用3ds max軟件制作的識圖三維動畫能準確、完整地表達出形體三視圖轉化為立體圖全過程，再現大腦的思維過程。本文詳細敘述了這類識圖三維動畫的制作過程和要點，制作中用到3ds max軟件的燈光的投影、樣條線的投影、切片修改器和切片平面運動動畫等技術。

關鍵詞：畫法幾何;識圖三維動畫;3ds max;切片修改器

中圖分類號：TP391.41 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）09-0201-03

0 引言

畫法幾何是一門比較抽象的課程，學好這門課要求學生有一定的空間想象能力，對于非機械類專業的學生來說，學起來通常比機械類專業的學生更吃力，有不少同學空間想象能力差看不懂三視圖，難以把形體的三視圖和立體圖形聯系起來。如何提高學生的識圖能力，是畫法幾何這門課程的難點之一[1]，識圖過程是大腦的思維過程，教師用語言表達出來十分困難，學生不容易聽懂。當前畫法幾何課程主流的教學課件是PPT配合flash動畫[2]，但它在畫法幾何識圖的教學中有局限性，如立體感不強，難以表達出形體在三面正投影體系中的真實投影關系，觀察視角不能自由變換，對圖形變化的細節很難表達清楚。

1 制作畫法幾何識圖三維動畫的整體思路

經過總結，只要做到以下兩點就能很快提高這些學生的識圖能力：（1）通過識圖三維動畫詳細、準確地表達出從形體三視圖一步步轉化為立體圖的整個過程，讓學生能直觀、清晰地看到形體三視圖和立體圖之間存在的聯系，從而提高空間想象能力;（2）激發學生的學習興趣和熱情。3ds max軟件廣泛應用在影視、廣告和室內裝潢等行業[3]，也能用于課件制作領域，通過該軟件制作的識圖三維動畫能很好地解決之一問題，它能再現大腦的思維過程，把形體三視圖轉化為立體圖形這一過程形象地、準確地表達出來，讓學生學習起來毫無困難，同時激發學生的學習興趣[4]。

2 制作畫法幾何識圖三維動畫具體步驟

下面通過一個代表性例子說明這類識圖三維動畫的制作方法和制作要點。圖1是拉伸體在三個投影面上的投影，這幅圖片是動畫開始部分的關鍵幀截圖，它的制作要點如下：

（1）如圖1所示，創建三個平面分別表示主視圖、俯視圖和左視圖投影面，它們互相垂直，和x、y、z三根投影軸構成三面正投影體系。（2）根據三面正投影法的要求，在3ds max中創建三盞目標平行光，并分別垂直于上述三個投影面，燈光的范圍要大于投影面，分別命名為主視圖、左視圖、俯視圖燈光，并勾選光線追蹤陰影，這樣形體能在三個投影面上產生正投影[5]。（3）把拉伸體放在三面正投影體系內部，賦予半透明材質，并在物體的對象屬性中不勾選投射陰影選項，讓它在三個投影面上不產生投影。（4）在3ds max中打開3D捕捉，勾選捕捉頂點選項，通過捕捉拉伸體邊界上的頂點，畫出拉伸體邊界樣條線，并打開樣條線修改菜單，在渲染選項卡中勾選在渲染中啟用這一項，徑向厚度設為1，這樣在就可以渲染出樣條線，并且這些樣條線能在三個投影面上產生投影[6]。（5）在3ds max中打開3D捕捉，去掉捕捉頂點選項，勾選捕捉面選項，用樣條線在三個投影面上畫線，要求與拉伸體邊界上的樣條線在三個投影面的投影重合。在應該畫虛線的地方一小段樣條線，通過移動復制，組成中間有空隙的虛線（如圖2所示）。（6）做好以上準備工作，刪除拉伸體及拉伸體邊界上的樣條線（如圖1所示），三視圖為剛才畫上的樣條線，這些線符合形體三視圖的投影規律。

拉伸體識圖的思維方法是并行運用形體分析法和線面分析法。根據拉伸體的投影特性，特征視圖反映其動平面的實形，非特征視圖反映其運動方式，拉伸體識圖的思維過程是：先抓住拉伸體的特征視圖，再判斷其運動方式，就能想象出拉伸體的形狀[7]。通過觀察圖2可以判斷出，拉伸體特征視圖是左視圖，左視圖反映了其動平面的實形，動平面沿其法線方向作平移運動。具體的思維過程是：首先由主視圖和俯視圖中最大的矩形確定一個長方體，這個長方體決定了拉伸體的空間位置和體積范圍;然后拉伸體的動平面沿其法線運動，對長方體進行切割，所得的物體就是拉伸體。這段動畫就是把上述的思維過程生動地表現出來，給學生以直觀的感受。

圖3的制作要點是：創建主視圖、俯視圖中最大矩形的樣條線，分別放在主視圖后面和俯視圖下面，線框在前150幀（30幀為一秒）不可見，動畫中線框從第150幀飛出，第180幀時達到圖3位置。

圖4的制作要點是：圖中長方體從第一幀的就在視圖中，長方體的下底面和拉伸體的下底面對齊，對長方體加一個切片修改器，選中切片修改器下的子對象切片平面，旋轉切片平面讓它平行與俯視圖，并在切片參數中選中移除頂部，這樣只能看到長方體位于切片平面下方的部分，切片平面以上部分則看不到。對切片平面做動畫，在0～180幀時讓它位于長方體下方，在這段時間長方體不可見，180～210幀切片平面由長方體底部運動到長方體頂部，這段時間長方體從下向上逐漸出現，210幀以后長方體全部可見。

圖5中為了達到更好的立體效果，賦予長方體半透明材質，長方體確定了拉伸體的空間位置和體積范圍，拉伸體的動平面沿x軸方向運動，對長方體進行切割就能得到拉伸體。動平面的外部線框和內部線框切割方式有所不同，為了讓學生更容易理解，先讓動平面的外部線框飛出，對長方體進行切割。

圖6是拉伸體動平面外線框切割長方體過程的一幀截圖，動平面外線框把位于外線框外部的長方體部分切割掉。制作要點是：對長方體再加一個切片修改器，切片平面平行與左視圖，位于長方體和拉伸體的交界出，切片類型選擇移除頂部，長方體位于切片平面左方部分會看不見，同時對拉伸體也加一個切片修改器，切片平面的位置和長方體的切片平面相同，切片類型選中移除底部，拉伸體位于切片平面的右方不可見。在動畫290～350幀切片平面從長方體的最左邊向x軸的正方向移動，移動到長方體最右邊，移動中長方體逐漸消失，拉伸體逐漸出現（如圖6所示）。

圖7是拉伸體動平面的內線框在動畫的380～430幀切割拉伸體過程的一幀截圖，拉伸體被動平面的內線框切割，去掉內線框里面的體積形成最終的拉伸體形狀（如圖2所示），制作的要點同樣是應用切片修改，制作方法和圖6類似介紹從略。整個拉伸體識圖動畫共470幀（15.7秒），在短短的十幾秒的時間，就把由拉伸體三視圖想象出立體圖的大腦思維過程完整、清晰地表達出來，學生看起來一目了然，并且能培養學生的學習興趣[8]。

3 結語

識圖三維動畫是畫法幾何三維動畫課件的一部分，全套的動畫課件涵蓋本課程的各個知識點，如果能廣泛應用能明顯提高教學質量，空間想象力差的同學也能學好這門課，它也適合在線教學的要求，制作畫法幾何三維動畫課件用到的3ds max動畫源文件是制作更加先進的三維交互式課件和虛擬現實課件的基礎。但這種三維動畫課件目前在課堂教學中應用很少，因為制作起來有一定難度，本文提供的制作思路供大家參考。

參考文獻

[1] 桑磊，任新.應用型人才培養模式下《畫法幾何》課程的改革探討[J].山東化工，2019（9）：219-220.

[2] 楊建強.利用flash等進行課件制作與開發的技術探析[J].工程技術研究，2018（10）：163-164.

[3] 范茜.關于3ds MAX的應用研究[J].信息與電腦（理論版），2019（09）：54-55+59.

[4] 李茗，李晗.基于3DS MAX的螺紋聯接課件制作[J].鄖陽師范高等專科學校學報，2007（3）：88-89.

[5] 王猛.3DS MAX軟件中的燈光應用[J].電腦知識與技術，2019（14）：255-256.

[6] 高立海.深度剖析3ds max樣條線編輯建模的方法[J].北極光，2019（12）：104-105.

[7] 姚潔.如何運用好線面分析法[J].課程教育研究，2014（1）：245.

[8] 趙越.3ds Max在虛擬現實系統建模過程中的應用[J].電子元器件與信息技術，2018（6）：108-110+122.