朱珠　陳超　許麗

[摘 要]該研究結(jié)合水利工程制圖課程特點(diǎn)，針對(duì)水利工程專業(yè)學(xué)生在工程制圖課程學(xué)習(xí)過程中圖學(xué)意識(shí)薄弱，空間想象力和空間思維能力差的問題，將CAD三維建模應(yīng)用于水利工程制圖教學(xué)中，旨在幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)水利工程制圖學(xué)習(xí)中“平面—空間—平面”思維過程的轉(zhuǎn)換，提高其空間想象力、繪圖能力及教師教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞]水利工程制圖;CAD;組合體視圖;能力培養(yǎng)

[中圖分類號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2019）04-0081-03

水利工程制圖是水利水電建筑工程、水利工程、工程測量技術(shù)等水利工程類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課[1]。這門研究繪制和閱讀工程圖樣的理論和方法的圖學(xué)課程，其開設(shè)的主要目的在于引導(dǎo)學(xué)生掌握制圖標(biāo)準(zhǔn)和投影法的基本理論以及繪圖技能和讀圖能力，養(yǎng)成細(xì)致嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，提高空間思維能力和分析解決問題的能力。水利工程專業(yè)的畢業(yè)生大都從事設(shè)計(jì)和施工工作。設(shè)計(jì)人員通過勘測、構(gòu)思和計(jì)算將三維工程形體按照投影原理畫在二維的平面上，而施工人員則通過將二維的圖形想象出三維立體后在實(shí)地上施工。學(xué)生通過水利工程制圖課程的學(xué)習(xí)，為水工建筑物設(shè)計(jì)與施工等專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，并在其畢業(yè)后的工作中發(fā)揮必要的支撐作用[2]。學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過程中普遍認(rèn)為雖然學(xué)習(xí)了投影知識(shí)和理論，但不能將投影特性在題目中加以靈活運(yùn)用，尤其是缺乏空間思維能力，很難想象出立體的三維效果，從而影響其學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果。筆者結(jié)合多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，不斷探索輔助學(xué)生提高空間構(gòu)型能力的方法，認(rèn)為將CAD三維建模融入工程制圖教學(xué)中能夠較好地幫助學(xué)生讀圖并完成學(xué)習(xí)的“平面—空間—平面”思維過程的轉(zhuǎn)換[3]。本文以水利工程制圖中組合體視圖章節(jié)中的涵洞三視圖為例，說明如何利用CAD三維建模繪制涵洞的立體模型。

一、工程形體識(shí)讀的基本知識(shí)、方法和步驟

將二維圖形想象出三維空間立體稱為讀圖。而讀圖首先要掌握的基本知識(shí)是投影的三等對(duì)應(yīng)關(guān)系“主視圖與俯視圖長對(duì)正、主視圖與左視圖高平齊、俯視圖與左視圖寬相等”以及點(diǎn)、線、面、體的投影特性。工程形體組合形式的不同讀圖分析方法有所區(qū)別：當(dāng)形體由若干基本形體組合形成，讀圖方法為形體分析法，即將視圖分成若干個(gè)線框，逐個(gè)分析，一個(gè)封閉線框看作一個(gè)基本形體的投影，按照投影關(guān)系找出其他兩個(gè)視圖中與其對(duì)應(yīng)的兩個(gè)線框，抓住形狀特征投影，將三個(gè)線框聯(lián)系起來想象該形體的形狀，再分析各個(gè)形體的組合方式、表面連接方式和相對(duì)位置，抓住位置特征投影，綜合起來想象出組合體整體形狀的方法;當(dāng)形體是在基本形體上切割而成，讀圖方法為線面分析法，即分析基本體是由哪些面切割而成，或切割掉幾個(gè)基本立體，根據(jù)特殊位置平面投影特性，綜合想象立體的方法[2]。讀圖的步驟：（1）看視圖，抓特征，分線框。（2）按投影，對(duì)形體。（3）綜合起來想形體。如圖1，根據(jù)涵洞的三視圖，通過形體分析可知，該涵洞為左右對(duì)稱結(jié)構(gòu)，根據(jù)投影分線框分解成上、中、下三個(gè)部分。一般由下向上分析，下部底板部分的主視圖是其形狀特征投影圖，結(jié)合三視圖為一個(gè)垂直于正立投影面的八棱柱;中間洞身部分的俯視圖和左視圖是其位置特征投影圖，與底板后面共面同軸對(duì)稱疊加，為在四棱臺(tái)穿孔一個(gè)半圓柱與四棱柱的形體;上面立板部分的左視圖是其形狀和位置特征投影，三個(gè)基本體均在后面共面疊加，為一垂直于側(cè)立投影面的五棱柱。

二、CAD三維建模

通過讀圖方法分析，想象出組合體的空間形狀，再通過CAD三維建模思路更加清晰和開闊。建模過程適用于所有版本的CAD軟件。如圖1所示，先新建一個(gè)涵洞三維模型.dwg文件，窗口垂直平鋪兩個(gè)文件，能夠?qū)φ杖晥D建模，建模過程一般是1[∶]1建模。三視圖繪制比例為1[∶]50。

（1）1[∶]1比例繪圖。在涵洞.dwg文件中將圖形縮放比例因子50，主單位比例因子設(shè)置為1，將除粗實(shí)線和虛線以外的圖層全部鎖定。

（2）設(shè)置繪圖環(huán)境。切換到涵洞三維模型.dwg文件，設(shè)置圖形界限（10000，10000）。先建立底板的三維模型，由于底板的主視圖為其特征投影，將視圖選擇前視，在菜單欄設(shè)置三維視圖或在ViewCube圖標(biāo)上設(shè)置。

（3）粘貼特征視圖，底板三維建模。切換到涵洞.dwg文件，將底板的主視圖用“Ctrl+C”和“Ctrl+V”快捷鍵復(fù)制到涵洞三維模型.dwg文件;然后用邊界或者面域命令將底板圖線組合成整體，再將視圖切換到西南等軸測，調(diào)用拉伸命令或在命令行輸入“ext”，選中底板向前拉伸2300。這時(shí)模型為線框模型，如圖2，設(shè)置概念模型，能夠體現(xiàn)出較強(qiáng)立體感。

（4）粘貼特征視圖，洞身三維建模。轉(zhuǎn)換線框模型;洞身主視圖為特征投影，將三維視圖切換到前視，將洞身主視圖粘貼到涵洞三維模型.dwg文件;調(diào)用面域命令將其組合成整體;將洞身主視圖移動(dòng)到底板主視圖正上方，設(shè)置視圖為西南等軸測，調(diào)用拉伸命令，將洞身向前拉伸1800，如圖3;由于洞身是一個(gè)棱臺(tái)穿孔而得，需要用一個(gè)側(cè)垂面切割，將視圖切換到左視，按照尺寸畫輔助線，調(diào)用剖切命令或在命令行輸入“sl”，如圖4;剖切掉前面部分;切換視圖為西南等軸測，轉(zhuǎn)換到概念模型，呈現(xiàn)立體狀。

（5）粘貼特征視圖，立板三維建模。切換到線框模型，三維視圖切換到左視，將立板的左視圖粘貼到涵洞三維模型.dwg文件，調(diào)用面域命令，將其組合成整體;調(diào)用移動(dòng)命令，將立板移動(dòng)到洞身上方;將三維視圖切換到西南等軸測，調(diào)用拉伸命令，將立板拉伸至與洞身上底面同長度;切換至概念模型，涵洞三維立體完成;如圖5，調(diào)用合并命令（union）將三個(gè)立體合為整體;調(diào)用受約束的動(dòng)態(tài)觀察，拖動(dòng)鼠標(biāo)旋轉(zhuǎn)，能夠從各個(gè)方向觀察立體。如想要增強(qiáng)對(duì)比度，將每個(gè)基本體設(shè)置不同顏色并選中立體設(shè)置即可。調(diào)用視圖中的渲染命令可以修改立體的材質(zhì)以及背景顏色，使立體更符合實(shí)際。

CAD三維構(gòu)形思想的核心是基于二維視圖生成三維立體，在建模過程中要善于分析特征投影，在拉伸形體時(shí)必須調(diào)用面域命令使之成為整體。將傳統(tǒng)制圖教學(xué)與三維CAD構(gòu)形有效結(jié)合起來是制圖學(xué)習(xí)行之有效的方法。引導(dǎo)學(xué)生掌握CAD三維建模的方法，能夠使難以想象的三維構(gòu)形更加直觀，教學(xué)內(nèi)容深入淺出，從而有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和教師的教學(xué)效果。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 陳靜.水利工程專業(yè)工程制圖課程教學(xué)改革探討[J].科教文匯（上旬），2012（7）：52-53.

[2] 龐璐，沈蓓蓓，李熾嵐.水利工程制圖[M].3版.北京：中國水利水電出版社，2017.

[3] 張京英，羅會(huì)甫，張彤，等.三維造型設(shè)計(jì)與工程圖學(xué)的有效融合[J].工程圖學(xué)學(xué)報(bào)，2010（6）： 151-154.

[責(zé)任編輯：龐丹丹]