基于三維實(shí)體造型技術(shù)的機(jī)械制圖教學(xué)探討

摘 要：本文探討了三維實(shí)體造型技術(shù)在當(dāng)前機(jī)械制圖教學(xué)和工程應(yīng)用方面的現(xiàn)狀及前景，并預(yù)示了以三維實(shí)體造型為基礎(chǔ)的機(jī)械制圖教學(xué)新體系替代傳統(tǒng)舊體系是必然趨勢，最后就該體系的基本內(nèi)容框架和教學(xué)實(shí)踐的初步體會(huì)作了簡要說明。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制圖；三雛實(shí)體造型教孥體系；空間想象力力

1 對基于投影法的傳統(tǒng)教學(xué)體系的客觀認(rèn)識(shí)

投影法是前人在長期實(shí)踐中創(chuàng)造并不斷完善的一種實(shí)用圖示方法。前人用此方法表述了設(shè)計(jì)者的思想，傳遞了科學(xué)技術(shù)發(fā)展的成果，至今仍繼續(xù)發(fā)揮著巨大的作用。但是，它是儀器和手工繪圖時(shí)代的產(chǎn)物。多年的教學(xué)實(shí)踐表明，以正投影法為基礎(chǔ)的畫法幾何及其教學(xué)體系，對于開發(fā)人類智力、培養(yǎng)和發(fā)展空間思維與想象能力起到了一定的作用，但畫法幾何把原本直觀的立體抽象化了，學(xué)生畫圖和認(rèn)圖始終處在一個(gè)抽象思維和想象的環(huán)境中，違背了認(rèn)識(shí)論的基本規(guī)律，對培養(yǎng)空間思維和想象能力的作用不大，反而使學(xué)生更加迷惑。圖學(xué)教育界相關(guān)的調(diào)查與測試也有相同的結(jié)論。按照認(rèn)識(shí)的規(guī)律，在三維空間中去直接認(rèn)識(shí)和感知三維實(shí)體，才是發(fā)展和提高空間想像力和創(chuàng)造力的最好方法。

目前工程設(shè)計(jì)中使用的各種計(jì)算機(jī)繪圖軟件，不僅能從繪圖技術(shù)上完全替代傳統(tǒng)的尺規(guī)和手工作圖，還有可能徹底改變以投影理論為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)繪圖方法。

2 三維實(shí)體造型相關(guān)技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用

近幾年來，國內(nèi)圖學(xué)教育界對三維實(shí)體造型的教學(xué)與研究越來越重視，大家也普遍感受到在教學(xué)中貫穿三維實(shí)體造型技術(shù)的必要性和緊迫感。目前僅在研究生教學(xué)、工業(yè)造型設(shè)計(jì)和藝術(shù)設(shè)計(jì)等專業(yè)開設(shè)了該課程，有些學(xué)校則在本科生中開設(shè)了選修課。當(dāng)然，由于我國機(jī)械制造行業(yè)當(dāng)前尚不夠先進(jìn)，具備計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM）等現(xiàn)代制造技術(shù)和裝備能力的企業(yè)仍是少數(shù)，因而在本科教學(xué)中以三維實(shí)體造型技術(shù)完全取代傳統(tǒng)工程制圖教學(xué)體系仍有相當(dāng)?shù)碾y度，但從長遠(yuǎn)來看，這一改革勢在必行。在教學(xué)手段方面，三維實(shí)體造型軟件（如3D MAx等）作為重要的教學(xué)軟件開發(fā)工具之一用于3D動(dòng)畫制作、教學(xué)動(dòng)畫演示課件設(shè)計(jì)等，把Auto CAD、3D MAX的實(shí)體造型技術(shù)和動(dòng)畫功能與其它多媒體制作軟件結(jié)合起來用于工程制圖的教學(xué)與輔導(dǎo)方面，這些進(jìn)展和成效是有目共睹的。

3 基于三維實(shí)體的機(jī)械制圖教學(xué)體系框架與內(nèi)容

傳統(tǒng)的以畫法幾何為基礎(chǔ)的機(jī)械制圖教學(xué)體系將被以現(xiàn)代計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)為基礎(chǔ)的新體系所代替，順應(yīng)這一發(fā)展趨勢，我們嘗試進(jìn)行了基于三維實(shí)體造型技術(shù)的機(jī)械制圖教學(xué)實(shí)踐，并逐漸形成了新的教學(xué)體系。這一基于三維實(shí)體造型技術(shù)的機(jī)械制圖教學(xué)新體系采用多媒體教學(xué)手段，分為以下四部分。

1.制圖基礎(chǔ)部分。限于課時(shí)，我們?nèi)∠水嫹◣缀沃悬c(diǎn)、線、面的投影內(nèi)容，把計(jì)算機(jī)繪圖操作和平面圖形的繪制方法作為重點(diǎn)，為實(shí)體造型打下基礎(chǔ)；徒手草圖和軸測圖訓(xùn)練主要培養(yǎng)學(xué)生現(xiàn)場工作能力。具體內(nèi)容包括3塊：①計(jì)算機(jī)平面圖形的繪制：計(jì)算機(jī)繪圖基本知識(shí)與操作命令；平面圖形的繪制方法。②徒手草圖技能：畫徒手草圖的技能訓(xùn)練。③軸測圖知識(shí)：正等軸測圖的畫法。

2.三維實(shí)體造型部分。基本模型和復(fù)雜模型的建模方法可以把傳統(tǒng)內(nèi)容中的基本體、截割體、相貫體、組合體及組合方式等內(nèi)容貫穿起來，既學(xué)會(huì)了這些形體的建模方法，也了解了它們的結(jié)構(gòu)，同時(shí)包含了形體分析的方法與思想。通過對實(shí)體模型進(jìn)行編輯操作，能夠把組合體的組合方式（疊加、截切、貫交、綜合等）、剖切面和斷面等知識(shí)串起來。對實(shí)體模型作倒角、倒圓、抽殼等編輯操作，可以幫助學(xué)生理解機(jī)械工程形體的常見結(jié)構(gòu)。在講解實(shí)體模型的投影圖轉(zhuǎn)換方法時(shí)，再引出正交投影的概念，進(jìn)一步介紹基本視圖、輔助視圖、剖視圖和斷面圖等表達(dá)方法，從而使學(xué)生更直觀地了解到投影圖與三維模型的關(guān)系，增強(qiáng)了教學(xué)的直觀性，加深了學(xué)生的理解程度，收到明顯的效果。這部分的內(nèi)容是整個(gè)體系的核心，是培養(yǎng)、發(fā)展和提高學(xué)生空間想象能力和創(chuàng)造能力的關(guān)鍵。具體內(nèi)容包括6塊：①三維實(shí)體的造型方法：三維實(shí)體的建模方法與操作命令；基本模型的建模方法（柱、錐、球、環(huán)、拉伸和旋轉(zhuǎn)體等）；實(shí)體的相交問題（截交和相貫）；復(fù)雜模型的編輯（組合體）。②實(shí)體模型的編輯：實(shí)體模型的編輯命令及操作技巧；實(shí)體模型的結(jié)構(gòu)及組合方式（如疊加、截切、貫交、綜合等）。③工程實(shí)體模型結(jié)構(gòu)：工程形體的結(jié)構(gòu)（如倒角、圓角、抽殼、壁厚等）。④實(shí)體模型轉(zhuǎn)換為正投影圖：平等正投影圖與投影的概念及形成；基本視圖、輔助視圖、剖視圖、斷面圖等；實(shí)體模型提取正投影圖的操作方法；特殊投影圖的提取方法。⑤實(shí)體模型的渲染：實(shí)體模型的渲染（燈光、場景、材質(zhì)）；渲染效果與輸出等。⑧圖形輸出：平面布局圖；圖形的輸出與打印。

3.機(jī)械圖部分。除了利用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行實(shí)體模型或零件的虛擬裝配和干涉檢查外，其它內(nèi)容都是傳統(tǒng)機(jī)械圖的教學(xué)內(nèi)容。具體內(nèi)容包括3塊：①尺寸標(biāo)注：組合體及零件的結(jié)構(gòu)與尺寸標(biāo)注；極限與配合，尺寸基準(zhǔn)與尺寸鏈分析。②機(jī)械圖與機(jī)械基礎(chǔ)知識(shí)：零件的結(jié)構(gòu)、表達(dá)方法及技術(shù)要求；裝配結(jié)構(gòu)、表達(dá)方法、技術(shù)要求及裝配圖畫法等。③實(shí)體模型的虛擬組裝與實(shí)體干涉檢查等：零件實(shí)體的虛擬裝配與定位；零件實(shí)體間的干涉檢查等。

4.課程設(shè)計(jì)。它代替了原來的裝配體實(shí)體模型測繪，旨在提高學(xué)生的零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和整體的工程設(shè)計(jì)能力，是該課程結(jié)束時(shí)學(xué)生要完成的一個(gè)綜合練習(xí)，也是一個(gè)重要的教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)。具體內(nèi)容包括：實(shí)體零件的建模、編輯與渲染；實(shí)體零件的投影圖提取及標(biāo)注尺寸；實(shí)體零件的虛擬裝配練習(xí)。新教學(xué)體系框架是我們根據(jù)近幾年來的教學(xué)實(shí)踐和體會(huì)提出的，并部分在多媒體教學(xué)實(shí)踐和三維實(shí)體造型選修課中作了嘗試。實(shí)踐表明，它能大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，在培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生空間想象能力方面收到了比傳統(tǒng)畫法幾何教學(xué)好得多的效果。

作者簡介

毛端強(qiáng)（1986-），男，江西南昌人，江西科技學(xué)院外語外貿(mào)學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)士 研究方向：機(jī)械工程類。