机械制图虚拟模型库构建

摘 要：传统机械制图模型在教学过程的地位正逐渐下降,利用计算机软件技术建立虚拟教学模型是一种新的教学手段.利用虚拟模型辅助教学,一方面是学生感性认识增加,达到化难为易的效果,对培养学生空间形象思维能力起到很好的辅助作用.第二方面由于虚拟模型库的可存储性和网络化,教师的辅导难度和工作量都减轻了,而辅导的强度反而得到增强.利用UG、edarwings、AutoCAD、MicrosoftFrontpage软件完成机械制图虚拟模型库建设是一种可行的办法.

关 键 词：机械制图；模型库；UG；AutoCAD

引言

机械制图课程是一门专业基础课,是学生进入大学第一学期就开始接触的第一门专业基础课程,对后面课程的学习和设计实践起着重要的技术基础作用,良好的图形表达和理解能力是工程技术人员必备的专业素质[1].在机械制图的学习过程中,空间形象思维能力的培养至关重要,无认是从“视图―立体”还是“立体―视图”的过程都需要空间形象思维能力,因此,机械制图教学常把培养空间形象思维能力作为最重要任务贯穿整个教学过程.在以往的教学过程中,常利用多种手段来培养学生空间形象思维能力,比如采用塑料模型、铝合金模型和木质模型进行教学,采用挂图进行教学,采用胶泥捏造模型等,这些教学手段都曾经取得过不错的教学效果.

1.传统教学模型库特点

木制模型、铝合金模型和塑料模型三大件是机械制图教学中多年来常规的模型配备,机械制图教学常规模型具有真实感强、可供学生触摸的优点,但其缺点也是显而易见的,比如一次性投资过大、使用过程中模型容易磨损、模型笨重而不便搬运、模型形体不可更改、模型总体数量有限.总体而言,常规实物模型基于以下原因已经满足不了教学信息化背景下的机械制图教学,一是实物模型因为体积过大和重量过重而使得在实验室到教室的搬运变得困难,搬运过程成了教师的学生负担,同时,因模型体积相对整个教室学生群体而言又过小,在讲课过程中导致后排无法看清实物模型从而影响了教学效果；另一方面,常规的实物模型由工厂写作而成,从购写使用开始基本无法改变其形状,而现代机械制图教学内容已经不断改进,题库和例题不断丰富,显然,形态基本稳定不变的传统教学模型已无法满足机械制图教学内涵不断改进的需要.

2.虚拟模型库的特点

教师可以把应用计算机软件创建的机械制图三维和二维模型库文件在于移动硬盘、移动磁盘、手机存储卡、网络硬盘等存储介质上,也可以做成学习网站,方便师生随时调用,没有了传统实物模型重量和体积问题困扰,当教学中把三维模型投影于屏幕上时,整个教学班级都可以清晰的看到,提高最教学效果.利用三维软件创建的虚拟模型通过渲染、剖切、旋转、爆炸等技术处理,达到外型美观逼真、内部结构清晰可见、装配关系清楚等特点,教学时很难用语言表达的一些东西学生一看模型就懂了,达到化难为简的效果.还可以输出二维图形,使三维模型和二维视图有机联系起来,增加了学生学习的横向比较,如对装配体等结构,还可以做成装配动画,使学生学习时更加清晰、生动、形象[2].三维软件创建的虚拟模型还有一个特别方便之处就是随时可以更改虚拟模型的结构,随时方便的增加新的模型,所建立的模型库也是一种不断增加变化的库,不是一成不变的库,一旦教学内容有变化,可以在计算机上低成本轻松的更改虚拟模型库.把机械制图虚拟模型库建成一个课程学习网站,学生就可以在时间和空间上做到学习的自由,无论是在寝室,甚至是检测期在家里都可以通过互联网上网辅助学习机械制图知识,做到随时学习的效果.学生也可以把三维模型文件存于智能手机上,实现实时学习的效果.三维模型转为二维输出建立对应的二维图形库,便于学生实现“体―图―体”的思维转换,使机械制图知识沉淀于学生知识体系中.

3.三维模型库的建设过程

3.1计算机软件平台选择

UG软件具有强大的三维建模和编辑功能,参数化设计功能便于模型特征的修改,而同样强大的二维工程图输出功能使三维转二维十分便捷.AUTOCAD软件是最出名的二维绘图软件,在此采用是为了编辑一些从UG软件工程图输出时过于复杂的平面图.edarwingornx软件主要是为了从UG软件另存一种*.eprt格式的文件,这种文件能在没有安装UG软件的电脑了打开,实现旋转、放大、缩小和测量的功能,便于学生观察学习.利用microsoftfrontpage软件实现网页化编辑,使用网站架构建立机械制图模型库.

3.2机械制图三维模型库的建立

利用UG三维建模功能,建立机械制图课程中基本体、组合体、相贯体、组合体表达方法、典型零件、标准件、常用件、装配体等模型的二维视图、三维模型和装配动画[3].在UG中建立草图,对草图进行参数化设计编辑,对完成的草图进行拉伸、旋转等操作获得特征,对特征进行倒角、抽壳、倒圆、镜像等操作完成建模,获得三维模型并保存为文件.如图1所示.如果所绘制的是装配体,则需要进入对装配体各个零件先进行建模,然后在进入装配模块进行装配获得装配体三维模型,在装配过程中,UG可以进行录相,所获视频文件保存为*.i文件.

为了在没在安装任何3D软件的计算机上实现动态看图,必须在已经安装了UG的工作计算机上安装edarwingornx软件,安装了edarwingornx软件的UG上会出现edarwings工具栏,在绘制完成一个模型保存为UG文件外,还要另存一个为edarwings文件.

3.4机械制图动态库的建立

在Microsoftfrontpage中建立网页,按如图3所示的网站架构建立模型库,以模型图片作为超链接按钮,连接到相应三维模型（edarwings的*.eprt格式文件）、二维模型（*.jpg格式文件）和动画（*.i格式文件）.最后打成文件包,发布于学校网站上供学生学习.

4.总结

传统机械制图模型由于成本、便捷性和教学适应性问题在教学过程的地位正逐渐下降,利用计算机软件技术建立虚拟教学模型是一种新的教学手段.在机械制图教学实践中,利用虚拟模型辅助教学,一方面是学生感性认识增加,对于难于理解的相贯线形成、截交线形成、剖视图表达、零件图的视图表达及标注、装配体装配关系等知识点的学习取得良好效果,达到化难为易的效果,对培养学生空间形象思维能力起到很好的辅助作用.第二方面由于虚拟模型库的可存储性和网络化,使学生课外学习机会增多了,学生接受辅导的时间和空间都扩大了,教师的辅导难度和工作量都减轻了,而辅导的强度反而得到增强.