機械制圖電子模型庫的開發(fā)與應用

1、XXXX大學本科生畢業(yè)論文（設計）題目 機械制圖電子模型庫的開發(fā)與應用 學 號 姓 名 專 業(yè) 年 級 學 院 完成日期 年 月 日 指導教師 機械制圖電子模型庫的開發(fā)與應用（ ）摘要：在機械制圖教學中，利用計算機能夠靈活表現(xiàn)三維空間造型的特點，有針對性的使用3DSMAX，快速提高學生的空間想象能力?，F(xiàn)代機械制圖教學已充分認識到引入多媒體教學的優(yōu)勢。在機械制圖教學過程中，把3DSMAX技術與機械制圖基本知識講授有機地結(jié)合起來，可以更好地培養(yǎng)學生的空間想象能力和空間思維能力，提高學生的畫圖和識圖能力及綜合運用知識的能力。針對機械制圖課的教學特點，探討了3DSMAX軟件在制圖教學中的應用的一些初步

2、實踐，以期實現(xiàn)機械制圖教學與3DSMAX應用的相輔相成。本文分析了機械制圖傳統(tǒng)教學中存在的問題和不足，介紹了用3DSMAX來開發(fā)機械制圖電子模型庫的基本思想、系統(tǒng)設計、開發(fā)流程、素材的準備、動畫的制作、實現(xiàn)手段及其特點。在教學實踐中應用該軟件取得了較好的效果。關鍵詞:實體、機械制圖、3DSMAXDevelopment And Application of The Electronic Model Base about Mechanical DrawingWeiBin(College of Physics and Electronic Information Science, Tianjin N

3、ormal University)Abstract: In engineering drawing teaching, the students space imaginative ability can be improved rapidly with 3dsmax software and taking advantage of the features that computer can flexibly show 3-dimension models. Nowadays, multi-media have been increasingly used in engineering dr

4、awing teaching. Integration of 3dsmax with basic knowledge teaching in engineering drawing will develop students space imagination and thinking ability in a better way, improve students ability to draw and identify the drawings and their ability to use comprehensively what they have learned. Aiming

5、to the characteristics of engineering drawing, this paper explored the preliminary application of 3dsmax in teaching and the effect it may achieve The deficiency of traditional teaching in engineering graphics is analyzed, and the basic approach of developing the engineering graphics 3dsmax is intro

6、duced. The key authoring steps such as system design, developing flow planning, material preparing and realizing method are also described. The effect in real teaching are concluded at the end.Keywords: Entity、 Mechanical drawing 、3dsmax目錄一、引言1二、電子模型庫建立的理由1（一）電子模型庫的教學優(yōu)勢1（二）現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品要求越來越高2三、計算機軟件的選擇2四、

7、課件的設計與開發(fā)3五、機械制圖模型庫的建立4六、素材收集與媒體整合5(1) 自己制作5(2) 從現(xiàn)有課件和資料中選取6(3) 網(wǎng)上下載6七、制作簡介61 新建模型72 調(diào)整角度73 構(gòu)成所需幾何體74、制作動畫75、進行渲染76、保存與更改8八、總結(jié)10致謝10參考文獻10一、引言 機械制圖是機械類專業(yè)如模具、機械加工、電子專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎課，是培養(yǎng)學生看圖、畫圖、增強立體空間思維能力的學科。在傳統(tǒng)的教學手段中教師會普遍采用教學實物模型進行教學。雖然它起到了很好的效果，但它的不便攜帶，不能修改等缺點也很明顯。傳統(tǒng)的教學方法主要是應用掛圖、模型、板書, 缺乏動作和連續(xù)性, 教學效率低,

8、難以滿足教學的需要。如能采用二維動畫和三維動畫相結(jié)合的方式, 集圖、文、聲、像于一體制作成多媒體課件, 將教學中難以表達的機件形狀及其形成過程, 全方位地彩色顯示于銀幕, 給學生提供一個生動、形象、立體化的環(huán)境, 拓展學生的空間思維和想象, 從而降低學習難度, 激發(fā)學習興趣, 提高教學效果。要滿足學生在學習過程中對空間物體及其圖形的感性認識的要求,同時兼顧教學效率和教學效果, 采用多媒體教學是最好的方法。二、電子模型庫建立的理由（一）電子模型庫的教學優(yōu)勢第一，應用3DSMAX技術創(chuàng)建的機械制圖模型庫, 在教學中的應用完全可以避免傳統(tǒng)教具的缺點。一方面, 模型庫利用光盤、移動硬盤存儲, 可消除實

9、物模型因體積和重量造成的攜帶不便的缺點; 另一方面, 傳統(tǒng)的實物教學模型更新?lián)Q代的速度慢并且不能夠修改,而幾十年不變的教學模型已不能滿足教學和科技時代不斷進步的需要。但利用先進的3DSMAX技術創(chuàng)建的計算機模型, 可利用計算機軟件方便地進行教學模型修改與新建, 這樣不僅能夠及時補充符合新教學內(nèi)容的模型, 還可以針對不同的教學對象、教學要求調(diào)整現(xiàn)有的模型, 充分滿足了教學中對模型種類及數(shù)量的需要, 達到降低教學成本, 提高教學質(zhì)量的目的。除此之外, 利用先進的3DSMAX模型技術創(chuàng)建地計算機模型不僅精度高、質(zhì)感好、形象逼真、色彩豐富, 還能將復雜形體的外型與內(nèi)腔、相貫體中相貫線的變化趨勢充分地展

10、示出來, 加上動畫效果, 使教學中的知識難點更加清晰、生動、形象。第二，模型庫能夠成為學生課下學習的助學型課件。機械制圖模型庫可以載入網(wǎng)絡, 不受時空限制在網(wǎng)上進行傳輸。當學生在課后練習中遇到困難, 可以通過校園網(wǎng)進入模型庫主頁, 在庫中找到所需要的模型, 進行仔細觀察, 增強對實物的感官認識,輔助完成課后練習。另外, 計算機模型庫中收集了大量典型零、部件的三維模型與二維視圖, 采用了不同的表達方法, 學生可以通過與自己所繪圖形對比, 來檢驗自己的讀圖能力和對機件的表達能力。計算機模型庫可以改變傳統(tǒng)教學的單調(diào)模式,可以幫助學生理解學習中的難點、重點, 充分體現(xiàn)以學生為主體的教學觀念, 學生還可

11、以根據(jù)自己的學習方式和學習能力, 進行自主性學習。有助于學生從被動學習變?yōu)橹鲃訉W習, 從而提高學習效率。（二）現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品要求越來越高近十年來，隨著我國工業(yè)經(jīng)濟的快速發(fā)展，制造業(yè)越來越迅猛，其產(chǎn)品樣式要求越來越高。以前的產(chǎn)品大多是平面直角式，比較單調(diào)容易加工制造，當然畫圖也較簡單。稍復雜一些的無非是圓柱與平面、圓柱與圓柱標準體相配而成也容易加工，繪圖也容易，模型也易制作。但現(xiàn)今的產(chǎn)品隨著質(zhì)量提高，其外觀樣式也要不斷更新，逐步向曲線、曲面形、球面形的美觀外形轉(zhuǎn)變。像如今的手機外殼、電話機聽筒外殼、各種玩具、日常用品正逐步由原先的平面標準型向異形曲面轉(zhuǎn)變?，F(xiàn)今的制圖教材還是停滯在以前產(chǎn)品樣式，更談

12、不上教學模型的更新，現(xiàn)今的產(chǎn)品圖形復雜多樣，圖樣變化異常。利用3DSMAX軟件就很容易繪出，其中的曲面造型能滿足不同產(chǎn)品設計。三、計算機軟件的選擇本論文中機械制圖電子模型庫的開發(fā)與應用選擇的計算機軟件是3DSMAX 。3D Studio MAX是Kinetix公司推出的一套強大的三維建模軟件，由于它是基于Win NT 或Win98平臺的，方便易學，又因其相對低廉的價格優(yōu)勢,所以成為目前個人PC上最為流行的三維建模軟件。3DS MAX的出色的紋理貼圖，強大的貼圖控制能力，各種空間扭曲和變形，都提供了對圖像和環(huán)境映照的容易的處理途徑。3DSMAX較其他軟件有很多明顯的優(yōu)勢，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

13、（1） 工作流模式使得工作組的協(xié)調(diào)更容易，效率更高。3DSMAX引入了工作流模式，在具體的實現(xiàn)上從外部參考體系（XRef）、示意視圖（Schematic View）的引入以及現(xiàn)在3D MAX 可以使用其他程序從外部加以控制，而不必激活它的工作界面本文就3DS MAX軟件在機械制圖電子模型庫的構(gòu)建過程中的應用做一介紹。（2） 易用性的改進。3DSMAX較其他軟件增加了諸如用戶自定義界面、宏記錄、插件代碼、變換Gizmo、軌跡條等功能。（3） 渲染的改進。Autodesk公司在收購了以渲染和視頻技術聞名的Discreet Logic公司，吸收了該公司的先進技術，3DSMAX 對其渲染器幾乎做了重新

14、設計，不僅增加了渲染的速度，而且提高了畫面渲染的質(zhì)量。（4）建模技術的增強。建模技術的增強是3D Studio MAX最重要、最突出的改進，這也是在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)構(gòu)建中應用它的一個有力的原因。主要的改進包括： 細分曲面技術(Subdivision Surface) 。3DS MAX 包含了細分曲面技術，細分曲面技術是1998年以來業(yè)界最流行的建模技術，大有趕超NURBS技術之勢，它可以使模型建立更容易，而且效果更好。 柔性選擇。此項技術可以“部分地”擇頂點，從而在變換頂點時獲得光滑、柔和的效果,這對建立復雜物體的模型時非常有用。 曲面工具和改進的NURBS技術。使用曲面工具可以產(chǎn)生很復雜的“面片

15、”模型，這亦是一種重要的建模方法， NURBS技術不但速度加快，而且增加了一系列方便、易用的功能。四、課件的設計與開發(fā) 要使多媒體課件真正有助于教學, 提高教學質(zhì)量, 達到事半功倍的效果, 關鍵是做好課件的創(chuàng)作。機械制圖電子模型庫的創(chuàng)作流程見圖1 所示, 一般可分為以下六步:(1) 根據(jù)課程特點確定目標, 設計總體框架;(2) 確定課件功能及風格, 選擇多媒體課件著作工具;(3) 進行教學設計, 編寫制作腳本, 包括講稿、提綱、板書、插圖和動 畫等的合理布局;(4) 收集、處理和制作課件所需素材;(5) 利用3DSMAX軟件進行編輯, 按不同的機械模型完成模型庫的制作;(6) 反復調(diào)試、并進行

16、教學測評、反饋修改、打包完成。圖1、機械制圖模型組成五、機械制圖模型庫的建立機械制圖模型庫實際上是對實物模型進行計算機虛化處理, 利用計算機軟件及多媒體技術制作形象逼真的實體模型, 取代傳統(tǒng)實物模型的制作、管理和使用。機械制圖模型庫主要包括以下三個部分: 三維模型庫、二維視圖表達庫、動畫模擬仿真庫。三個部分相互關聯(lián)、一一對應, 如圖2所示。圖2、模型庫的建立六、素材收集與媒體整合（一）素材收集工程制圖及CAD 課件中的多媒體素材形式主要有: 二維平面投影圖、三維造型圖、三維動畫及聲音、音樂和圖片等。對圖形圖像、動畫等素材需要較多, 因此素材庫、積件庫、圖形庫的建立與管理非常重要, 這項工作,

17、從2002 年就開始了。多媒體素材的創(chuàng)意和制作質(zhì)量直接關系到課件的總體效果和可交互性。素材的來源主要有三個方面:(1) 自己制作文本素材主要是在3dsmax中直接制作， 圖形一般要符合機械制圖要求, 滿足制圖投影規(guī)律, 如大量的三視圖和立體圖, 通過長期的積累形成了自己的圖形庫,還有用于掌握投影規(guī)律、理解投影過程的動畫素材, 主要是應用3dsmax制作。這些自己制作的圖形是對課件的補充, 也體現(xiàn)了自己課件的特點。(2) 從現(xiàn)有課件和資料中選取除了自己制作, 可以用抓圖軟件等直接抓取利用; 教材和參考資料, 可以用掃描儀掃描, 對于實物或運動過程用攝像機或數(shù)碼相機拍攝, 從而減少制作素材的勞動強

18、度。(3) 網(wǎng)上下載對網(wǎng)上媒體素材, 需要花大量的時間, 仔細分析選擇符合自己要求的素材, 必要時進行修改。對素材的使用應滿足課件設計規(guī)范的要求, 如視頻盡量采用RM 或WMV 流媒體格式, 對體積較大的素材要進行格式轉(zhuǎn)換; 素材應放在專門的素材文件夾下, 以便于管理。（二）媒體整合在對媒體進行集成時, 課件中引入的素材, 盡量采用外部鏈接, 使開發(fā)后的課件更靈活、編輯修改更容易、版本升級更方便,更重要的是, 教師在使用課件之前, 可以根據(jù)不同專業(yè)、教材、學時數(shù)、等因素進行修改和調(diào)整, 如例題、圖片、動畫的選用, 從而將教師個人的教學經(jīng)驗和授課意圖融入其中, 這就克服了課件通用性不強以及封閉性

19、等缺點, 使多媒體教學變得更加靈活、實用、通用性更強。在制作完成之后，將課件中各個分支環(huán)節(jié)連接運行, 檢驗運行是否順暢, 是否符合輔助教學規(guī)律等。采取請有關專家評審, 組織教師在教學中使用等措施, 以便對課件進行修改完善。七、制作簡介以機械制圖（天津大學出版社）P53頁3-8為例做簡單介紹步驟：1 新建模型 打開3dsmax軟件，選中“文件”下拉菜單中的“新建”選項，然后在命令面板中選擇“新建”中的選項“幾何體”，再點擊“標準幾何體”，在“對象類型”中選擇“圓錐體”,在視圖區(qū)的頂視圖中點擊鼠標左鍵構(gòu)建出一個圓錐模型，圓錐模型的大小標準可以在命令面板中點擊修改，在參數(shù)命令項中更改圓錐尺寸的大小。

20、2 調(diào)整角度點擊命令面板，以相同的操作在頂視圖中重新構(gòu)建出一個圓錐體，調(diào)整尺寸大小，在視圖控制區(qū)利用“縮放”、“縮放所有視圖”、“最大化顯示”、“平移視圖”、“弧形旋轉(zhuǎn)”等選項進行調(diào)節(jié)制作者觀看的角度等。3 構(gòu)成所需幾何體在命令面板中選擇“復合對象”選項，點擊其下的“布爾”選項，此時操作對象會出現(xiàn)兩個圓錐的名稱：Cone01、Cone02，根據(jù)要做的模型要求，選擇“差集A-B”或“差集B-A”，點擊“拾取操作對象”，此時將構(gòu)成我們所需要的一個新的幾何體。4、制作動畫動畫控制區(qū)提供了動畫的繼續(xù)和播放，點擊自動關鍵點，此時就可以錄制動畫了。將滑塊拖動到相應的幀，同時點擊命令欄中的移動物體，此時就已

21、經(jīng)記錄下物體的運動了。點擊播放選項，就可以看見剛剛錄制的動畫了。 選擇“時間控制”選項，可以調(diào)節(jié)時間的長度，來進行構(gòu)建動畫的時間長短。5、進行渲染 在命令欄中選擇“渲染”，點擊渲染，出現(xiàn)對話框，如要生成動畫，就選擇“范圍”，設定起始幀與終止幀，定義輸出大小，也就是分辨率，選擇保存文件格式，進行渲染。如要生成一張圖片，則選擇“單幀”進行渲染。6、保存與更改保存文件，然后與參照物進行對照，修改制作出的幾何體的參數(shù)，進一步更正與完善模型的制作，使之符合教學與課堂講解的要求，達到提高教學質(zhì)量的目的。制作完成如圖，圖3、正視圖圖4、頂視圖圖5、右視圖八、總結(jié)機械制圖虛擬模型庫的應用及體會實踐證明,機械制

22、圖虛擬模型庫與現(xiàn)代網(wǎng)絡技術的結(jié)合, 充分體現(xiàn)了網(wǎng)絡時代的優(yōu)越性。借助計算機虛擬模型的幫助, 在授課中的一些重點問題如: 截交體、相貫體、組合體、剖視圖等內(nèi)容清晰、生動、形象地展示在學生面前, 難點變得容易理解, 學生的感性認識增強了, 所獲得的信息量也增大了。另一方面, 學生可以通過網(wǎng)上瀏覽, 進行自主性地學習和復習, 在提高自學能力的同時開闊了解題思路, 同時培養(yǎng)和發(fā)展了他們的觀察力和想象力, 使得他們能夠更快、更好地掌握這門實踐性很強的課程?，F(xiàn)有機械制圖虛擬模型庫還不夠完善, 仍存在一些問題需要解決, 如素材不夠理想、模型數(shù)量有限等, 但是機械制圖虛擬模型庫的應用前景是非常廣闊的, 它的建立將有利地推動教學方法的改革，為現(xiàn)代化教學提供更多的方便。致謝：本論文是在XXX老師的指導下完成的，在此表示衷心的感謝。XXXX老師不僅以淵博的學識和嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度