第六章課程-機(jī)械建模+思政

三維軟件課程本章內(nèi)容：機(jī)械建模3DSoftwareFoundationMAYA

機(jī)械模型特征

機(jī)械模型廣義上是指具有機(jī)械制造特征的模型。機(jī)械模型的范圍涵蓋車輛、船舶、槍械等現(xiàn)實(shí)中的工業(yè)產(chǎn)品，也包括影視游戲作品中的飛艦、裝甲、機(jī)器人等科幻虛構(gòu)物體。

區(qū)別于以自由形態(tài)為主的生物模型，機(jī)械模型有適合大規(guī)模生產(chǎn)的要求，因而構(gòu)件造型有更強(qiáng)的規(guī)則感和秩序感。

體表特征方面：通常表面平整，質(zhì)地硬朗，轉(zhuǎn)折分明。

結(jié)構(gòu)特征:構(gòu)造體現(xiàn)一定的功能性，各模塊之間的連接結(jié)構(gòu)便利推拉、開閉或旋轉(zhuǎn)等物理運(yùn)動(dòng)。

工業(yè)產(chǎn)品類機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完全合理，可進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)?？苹妙悪C(jī)械模型無需生產(chǎn)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相對合理即可，更側(cè)重形態(tài)上的視覺張力。

單位基本形：主要有流線型、直線型、斜線型，或者三者綜合。

機(jī)械模型的特征：機(jī)械模型特征

機(jī)械模型制作要點(diǎn)

機(jī)械模型往往有較多部件環(huán)環(huán)相扣，制作前需先有清晰的建模思路。因?yàn)榻２粌H僅是三維技術(shù)的應(yīng)用，也更是一種以解決問題為導(dǎo)向的思維培養(yǎng)過程。建模前應(yīng)先觀察，整體思考制作步驟和難點(diǎn)解決方案。復(fù)雜的機(jī)械造型通常是由多個(gè)單元形態(tài)疊壘而成，在進(jìn)行前一個(gè)形態(tài)建模布線時(shí)，還需考慮是否便利后面形態(tài)的拓展和銜接。所以，前瞻性制定合理的制作方案，是建模工作的重要流程。

對于大型的機(jī)械造型，宜把物體拆成不同的模塊來逐一建模。例如制作一個(gè)機(jī)器人，可以分為頭部、胸部、腹部、胯部、手臂、腿部等模塊逐一建模，最后再組合一起。以模塊為單位，可以控制建模的復(fù)雜度和面數(shù)，同時(shí)也方便修改。機(jī)械造型有一定規(guī)則性，如等分切割，等角度旋轉(zhuǎn)復(fù)制等；要擅于利用物體屬性欄和特殊復(fù)制欄來調(diào)節(jié)參數(shù)，避免手動(dòng)調(diào)整。遇到流線樣造型時(shí)，優(yōu)先采用擠壓縮放基礎(chǔ)球體的方法來保持弧線流暢度。復(fù)雜形狀宜采用布爾運(yùn)算的方式做出，盡量少用自由拓?fù)浞ā?/p>

模型的面數(shù)越多，調(diào)整的難度也越大。制作過程中注意控制面數(shù)，保持拓展空間，不宜過早圓滑操作。布爾運(yùn)算通常在圓滑操作之后再做，因?yàn)椴紶栠\(yùn)算后物體布線會(huì)有斷裂情況，后續(xù)拓展空間較小。機(jī)械模型制作要點(diǎn)

動(dòng)物角色建模案例：卡通小狗

玩具車輛，是兒童最喜歡的玩具類型之一。國內(nèi)外有很多以載具作為主打題材的兒童動(dòng)畫電影電視，知名作品有：《賽車總動(dòng)員》系列動(dòng)畫電影（美國迪斯尼和皮克斯公司出品）、《汪汪隊(duì)立大功》、《無敵鹿戰(zhàn)隊(duì)》系列動(dòng)畫電視（美國尼克公司出品）、《超級飛俠》系列動(dòng)畫電視（中國奧飛動(dòng)漫出品）等。

知名兒童動(dòng)畫IP有龐大的受眾，通常也會(huì)打造相應(yīng)的衍生品產(chǎn)業(yè)鏈。各式交通車、工程車、飛機(jī)坦克和變形機(jī)器人等玩具深受市場的歡迎。

這是一個(gè)可拆卸的壓路機(jī)玩具車，車輪可滾動(dòng)，壓輪部件可抬起，能進(jìn)行批量工業(yè)生產(chǎn)。建模時(shí)，盡量按照構(gòu)件造型和功能來組成不同模塊。如該玩具可以分為駕駛艙、車身主體、底盤、車輪、壓輪、連接構(gòu)件等幾個(gè)部位。每個(gè)部件先建基本形，再在大形上增減細(xì)節(jié)，逐步細(xì)化。

玩具的棱角不能太銳利，避免傷害幼兒。模型的轉(zhuǎn)折部位可用倒角工具做弧度處理，平緩轉(zhuǎn)角位。不提倡用平滑指令來做出弧度，因?yàn)闀?huì)增加很多面數(shù)，而且布爾運(yùn)算后的物體再做平滑也易破壞造型。機(jī)械建模案例：壓路機(jī)玩具車

機(jī)械建模案例：壓路機(jī)玩具車本案例是根據(jù)實(shí)物做三維模型，需自行拍攝三視圖。投影三視圖拍攝有嚴(yán)格的規(guī)范，普通讀者手動(dòng)拍攝很難達(dá)到要求。通常因拍攝器材和場地的限制，視點(diǎn)的偏移，拍攝距離遠(yuǎn)近不一等因素影響，自行拍攝出的照片和規(guī)范投影視圖有一定的偏差。在這種情況下，我們建模時(shí)可以側(cè)視圖為準(zhǔn)，前視圖和頂視圖做輔助參考用。必要時(shí)手動(dòng)調(diào)整，略有偏差不影響。

學(xué)習(xí)內(nèi)容觀察和分析模型，尋找最佳建模方案，培養(yǎng)邏輯思維。學(xué)習(xí)機(jī)械模型的三維建模工具和方法。課程目標(biāo)：（1）了解機(jī)械形態(tài)的造型特征；掌握機(jī)械造型的建模思路；學(xué)習(xí)機(jī)械建模的工具運(yùn)用和制作技巧。（2）根據(jù)參考的實(shí)體模型，學(xué)以致用完成數(shù)字模型制作；提高自我解決問題的能力，體驗(yàn)難度挑戰(zhàn)后的成功感。主要使用指令：布爾運(yùn)算（Booleans）、插入循環(huán)性邊（InsertEdgeLoopTool）、倒角（Bevel）、擠出（Extrude）等。主要知識點(diǎn)：三視圖的導(dǎo)入和調(diào)整、利用布爾運(yùn)算工具制作復(fù)雜造型、利用面片制作擠出厚度、物體改變軸心位置后的旋轉(zhuǎn)復(fù)制、產(chǎn)品效果的渲染、渲染時(shí)的補(bǔ)光遮光技巧等。機(jī)械建模案例：壓路機(jī)玩具車

導(dǎo)入和調(diào)整三視圖

建模前要導(dǎo)入?yún)⒖紙D，用以確立各部件結(jié)構(gòu)的造型和尺寸。三視圖的大小比例不一致，是在工作中經(jīng)常遇到的問題。我們解決思路是利用一個(gè)立方體來模擬車身的長、寬和高，三視圖再參照立方體定位來調(diào)整大小。（具體制作過程請參考配套教材）機(jī)械建模案例：壓路機(jī)玩具車

駕駛艙建模

駕駛艙外形是三面鏤空的梯形，車窗邊框帶有弧度并向外凸起。制作思路是在一個(gè)有厚度的梯形面片上進(jìn)行布爾運(yùn)算剪出車窗，再在內(nèi)框擠出窗框的厚度。（具體制作過程請參考配套教材）機(jī)械建模案例：壓路機(jī)玩具車

機(jī)械建模案例：壓路機(jī)玩具車

車身主體建模

制作時(shí)可用立方體調(diào)出底廂的面片形狀，再加線擠出車前蓋基本型，擋泥板處的凹槽可以用布爾運(yùn)算減出造型。完成車身整體面片后，再統(tǒng)一擠出車殼的厚度（具體制作過程請參考配套教材）

底盤建模

底盤主要由車軸、底盤箱和螺釘裝置等部分構(gòu)成，底盤各部件形狀主要呈圓柱體和立方體等基本型。（具體制作過程請參考配套教材）機(jī)械建模案例：壓路機(jī)玩具車

機(jī)械建模案例：壓路機(jī)玩具車

車輪建模

車輪是容易吸引注意力的部件，制作時(shí)盡量豐富細(xì)節(jié)和結(jié)構(gòu)層次。小螺釘?shù)陌卜藕洼喬セy制作都用到沿著軸心旋轉(zhuǎn)復(fù)制的建模方法，為避免出錯(cuò)，模型和軸心都盡量在網(wǎng)格原點(diǎn)（0，0坐標(biāo)）操作。輪胎花紋制作涉及的多物體布爾運(yùn)算也是一個(gè)容易出錯(cuò)的環(huán)節(jié)，教材中具體列舉了布爾運(yùn)算在各種情況下的應(yīng)對方法。（具體制作過程請參考配套教材）

機(jī)械建模案例：壓路機(jī)玩具車

壓輪建模

壓輪部件的建模難度不高，基本制作方法是在大型上加線擠出厚度。（具體制作過程請參考配套教材）

機(jī)械建模案例：壓路機(jī)玩具車

連接結(jié)構(gòu)建模

兩個(gè)螺母之間的連接結(jié)構(gòu)，同時(shí)有橫向和縱向的轉(zhuǎn)折。如果用傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)點(diǎn)在橫、縱向旋轉(zhuǎn)建模方法，容易出現(xiàn)扭曲面。解決思路是用用豎立的結(jié)構(gòu)布線完成豎折造型，解決面扭曲問題。（具體制作過程請參考配套教材）

機(jī)械建模案例：壓路機(jī)玩具車

教材資料

（具體制作過程請參考配套教材）

機(jī)械建模案例：壓路機(jī)玩具車

連接結(jié)構(gòu)建模

兩個(gè)螺母之間的連接結(jié)構(gòu)，同時(shí)有橫向和縱向的轉(zhuǎn)折。如果用傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)點(diǎn)在橫、縱向旋轉(zhuǎn)建模方法，容易出現(xiàn)扭曲面。解決思路是用用豎立的結(jié)構(gòu)布線完成豎折造型，解決面扭曲問題。（具體制作過程請參考配套教材）

機(jī)械建模案例：壓路機(jī)玩具車

車輪建模

（具體制作過程請參考配套教材）

機(jī)械建模案例：壓路機(jī)玩具車

車輪建模

（具體制作過程請參考配套教材）

機(jī)械建模案例：壓路機(jī)玩具車

工程車的Arnold渲染

Arnold（阿諾德）渲染核心操作是燈光+材質(zhì)。本案例學(xué)習(xí)的渲染方法分為兩部分，一部分是在渲染設(shè)置里設(shè)置：選擇渲染器類型，設(shè)置渲染尺寸，增加模擬環(huán)境光，調(diào)整渲染精度等；另一部分是在材質(zhì)編輯器（Hypershade）里設(shè)置：選擇合適的材質(zhì)球，調(diào)整顏色等（具體制作過程請參考配套教材）

機(jī)械建模作業(yè)

歷屆學(xué)生作業(yè)

2012年：中國第一艘航空母艦

遼寧艦2019年：中國第一艘自主建造的航空母艦2022年：中國第一艘電磁彈射型航空母艦

航空母艦課程思政：機(jī)械建模延伸--大國重器

奮斗者號（深海載人潛水器）

2020年10月27日，奮斗者號在馬里亞納海溝成功下潛突破1萬米達(dá)到10058米，創(chuàng)造了中國載人深潛的新紀(jì)錄

。11月10日，奮斗者號在馬里亞納海溝成功坐底，坐底深度10909米，刷新中國載人深潛的新紀(jì)錄

花絮：馬里亞納海溝海底一萬米處，水壓超110兆帕，相當(dāng)2000頭大象踩在一個(gè)人的身上

深海潛水課程思政：機(jī)械建模延伸--大國重器

運(yùn)-20

胖妞

2013年首飛成功

200噸級大型運(yùn)輸機(jī)運(yùn)-20的載重量達(dá)到60噸左右，可裝載99型坦克等重型裝備。

2020年4月，運(yùn)20首次出國執(zhí)行任務(wù)，運(yùn)送防疫物資到東南亞國家，運(yùn)送軍事物資到歐洲的塞爾維亞。長途運(yùn)輸能力震動(dòng)西方。

大型運(yùn)輸飛機(jī)課程思政：機(jī)械建模延伸--大國重器

天問一號和祝融號

天問一號探測器由環(huán)繞器、著陸器和巡視器組成，總重量達(dá)到5噸左右。祝融號，為天問一號任務(wù)火星車。

2020年7月23日，由長征五號遙四運(yùn)載火箭發(fā)射升空。2021年5月15日，天問一號探測器成功著陸于火星（小知識：2020年發(fā)射，在軌道上工作，等待時(shí)機(jī)2021年登陸）

花絮：美國宇航局的衛(wèi)星MRO更是拍到了我國火星車“祝融號”的工作軌跡，除此之外還有天問一號著陸器的影子，對此，英國專家表示不可思議，直呼：竟然是真的！

火星探索課程思政：機(jī)械建模延伸--大國重器

中國空間站2022年11月

，中國空間站“T”字基本構(gòu)型在軌組裝完成

載人空間站命名為“天宮”，代號“TG”；核心艙命名為“天和”，代號“TH”；實(shí)驗(yàn)艙Ⅰ命名為“問天”，代號“WT”；實(shí)驗(yàn)艙Ⅱ命名為“夢天”，代號“MT”；貨運(yùn)飛船命名為“天舟”，代號“TZ”。

中國天宮空間站課程思政：機(jī)械建模延伸--大國重器

實(shí)地采風(fēng)和課堂匯報(bào)

到廣州青少年科學(xué)館采集素材，了解中國先進(jìn)科技產(chǎn)品的成就和歷史背景，培育愛國精神和樹立民族自豪感；實(shí)地觀察產(chǎn)品模型采集素材，完成大國重器主題建模制作，促進(jìn)建構(gòu)知識遷移能力。

課程思政課程思政：機(jī)械建模--科技博物館素材采集及匯報(bào)

實(shí)地采風(fēng)

到廣州青少年科學(xué)館采集素材，了解中國先進(jìn)科技產(chǎn)品的成就和歷史背景，培育愛國精神和樹立民族自豪感；實(shí)地觀察產(chǎn)品模型采集素材，完成大國重器主題建模制作，促進(jìn)建構(gòu)知識遷移能力。

課程思政課程思政：機(jī)械建模--科技