三維幾何建模在《機械制圖》教學中的應(yīng)用

劉靜

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

關(guān)鍵詞：機械制圖;三維幾何建模;空間思維

1 三維幾何建模的應(yīng)用現(xiàn)狀

通過建立正確的模型來描述和表現(xiàn)事物的各種屬性，是現(xiàn)代科學探索事物本身發(fā)展、運行規(guī)律的一個普遍而且重要的方法。不論是在應(yīng)用領(lǐng)域還是在科學領(lǐng)域，對整個世界進行三維建模研究，都是一個不斷興起的領(lǐng)域。三維建模技術(shù)在機械行業(yè)的廣泛應(yīng)用，根本性地改變了產(chǎn)品設(shè)計、工藝以及生產(chǎn)裝配乃至維修等環(huán)節(jié)，在機械類教學中，國內(nèi)部分高校早在上個世紀90年代中期開始醞釀圖學改革方案并在90 年代末期引入三維幾何建模的教學實踐和探索，少數(shù)高校已形成了以三維為核心的現(xiàn)代工程設(shè)計圖學新教學體系。目前，國內(nèi)各高校已經(jīng)紛紛開展了引入三維幾何建模的圖學教學，由于每個學校的情況不同，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、詳細繪制、設(shè)計文檔和基本三維設(shè)計，現(xiàn)已經(jīng)成為國際上廣為流行的繪圖工具。AutoCAD具有良好的用戶界面，通過交互菜單或命令行方式便可以進行各種操作。它的多文檔設(shè)計環(huán)境，讓非計算機專業(yè)人員也能很快地學會使用。

2.2 Autodesk ?Inventor

Inventor是由美國Autodesk公司于1999年發(fā)行的一種基于特征的實體造型系統(tǒng)。經(jīng)過多年的發(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)化實體造型軟件。

2.3 Pro/E

Pro/Engineer（簡稱Pro/E）是美國PTC公司研制的一套由設(shè)計至生產(chǎn)的機械自動化軟件，廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天、消費電子、模具、玩具、工業(yè)設(shè)計和機械制造等行業(yè)。

3 傳統(tǒng)制圖教學方法的優(yōu)缺點分析

傳統(tǒng)的工程制圖教學是指利用三角板、圓規(guī)、掛圖、實物模型等組織教學，主要的優(yōu)點是教學示范性強，教學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)一筆一畫作出來的，因此會給學生留下很深刻的印象，并且便于學生模仿作圖，而且在作圖過程中所體現(xiàn)出來的工程素養(yǎng)也能對學生起到潛移默化的作用。

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

4 三維幾何建模的教學實踐

4.1 CAD三維建模

讀組合體視圖這部分內(nèi)容是機械制圖教學的重點和難點，題型多為補畫第三視圖和漏線。教師在講授這部分內(nèi)容時常采用形體分析法和線面分析法，一邊講解一邊對照實物模型進行分析，這時就要求學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、線、面的立體場景，才能綜合起來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)的同學做不到這一點，如果沒有實物形體的對照，就很難畫出正確的平面視圖。借助CAD進行建模，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，實體建模。使學生對讀圖時虛實線的變化有了更清晰的理解，降低了學習難度，增強了讀圖能力和空間思維。

4.2 Pro/E參數(shù)化建模

Pro/E是功能強大的三維設(shè)計軟件，用參數(shù)化設(shè)計，是基于特征的實體建模系統(tǒng)，可以任意勾畫草圖，容易改變模型。在授課過程中，首先利用Pro/E三維造型系統(tǒng)建立三維實體，再把三維實體直接插入到二維的工程圖紙中，自動生成二維視圖，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。

將實體建模融入到制圖教學中，由過去的借助“靜態(tài)”掛圖、模型講解變?yōu)槿S“動態(tài)”演示教學，能使學生實時觀察到模型實體的各個側(cè)面及內(nèi)腔，觀察到空間形體的形成過程。這種直觀的教學方式，有利于學生培養(yǎng)構(gòu)型思維、空間想象能力。

參考文獻

[1]王宗彥，馮敬華，暴建崗.從三維設(shè)計出發(fā)改革傳統(tǒng)機械制圖教學[J].華北工學院學報，2004（2）：70-72.

[2]童秉樞，等.工程圖學中引入三維幾何建模的情況綜述與思考[J].工程圖學學報，2005，26（6）：150-155.