摘 要：針對(duì)機(jī)械制圖在高職課堂教學(xué)中抽象、難懂的問(wèn)題，本文從幫助學(xué)生增進(jìn)對(duì)空間立體問(wèn)題理解的角度出發(fā)，探討總結(jié)運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)軟件Solidworks制作三維動(dòng)畫(huà)的方法，并用教學(xué)實(shí)例論證了動(dòng)畫(huà)制作的效果。教學(xué)實(shí)踐表明，該方法有效提高機(jī)械制圖課堂教學(xué)的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制圖；Solidworks；三維動(dòng)畫(huà)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP317

機(jī)械制圖在高職機(jī)械類(lèi)課程中屬于極為重要的專(zhuān)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，該課程主要培養(yǎng)學(xué)生的空間想象和思維能力，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生如何識(shí)讀和繪制機(jī)械圖樣的能力，為提高學(xué)生職業(yè)素質(zhì)和能力打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。然而，機(jī)械制圖課程的學(xué)習(xí)需要學(xué)生積極發(fā)揮空間想象能力掌握抽象的圖形學(xué)基本理論，傳統(tǒng)的教學(xué)方法往往使學(xué)生感到學(xué)習(xí)困難，甚至失去對(duì)學(xué)習(xí)的興趣，課堂效率往往不理想。

三維動(dòng)畫(huà)演示形象直觀，可以讓學(xué)生看到內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外部結(jié)構(gòu)以及形體在組合、切割過(guò)程中的變化，這對(duì)學(xué)生理解空間立體問(wèn)題有很大的幫助。若同時(shí)輔以音效，更使得三維動(dòng)畫(huà)能吸引學(xué)生的注意力，大大提高課堂效率。隨著CAD技術(shù)應(yīng)用的越來(lái)越廣泛，使得運(yùn)用CAD軟件制作三維實(shí)體動(dòng)畫(huà)并將之運(yùn)用于課堂教學(xué)成為一種發(fā)展趨勢(shì)。

1 Solidworks動(dòng)畫(huà)功能

Solidworks作為一款三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件，以其友好的交互而著稱(chēng)，該軟件的功能隨著插件的不斷擴(kuò)充正變得越來(lái)越強(qiáng)大。Animator插件是專(zhuān)門(mén)提供用來(lái)制作動(dòng)畫(huà)的插件，它為三維動(dòng)畫(huà)的制作提供了諸多方法，運(yùn)用到機(jī)械制圖三維立體動(dòng)畫(huà)制作時(shí)，筆者總結(jié)了如下三種常用的途徑：

（1）運(yùn)用運(yùn)動(dòng)算例中的動(dòng)畫(huà)向?qū)е谱骱?jiǎn)單的立體旋轉(zhuǎn)動(dòng)畫(huà)和裝配體爆炸及爆炸解除動(dòng)畫(huà)。該方法的特點(diǎn)是動(dòng)畫(huà)制作簡(jiǎn)單，在Solidworks中制作或?qū)肓慵⒀b配體模型后，可以根據(jù)動(dòng)畫(huà)向?qū)У奶崾?，由Animator插件直接產(chǎn)生動(dòng)畫(huà)效果。如需對(duì)旋轉(zhuǎn)軸、旋轉(zhuǎn)次數(shù)、爆炸動(dòng)畫(huà)的零件移動(dòng)距離和動(dòng)畫(huà)的持續(xù)時(shí)間等等參數(shù)均可以在制作過(guò)程中設(shè)定。

（2）利用屏幕捕獲功能記錄整個(gè)屏幕上操作的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程可以旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)、更改透明度、切割實(shí)體。利用屏幕捕獲的動(dòng)畫(huà)制作功能的特點(diǎn)是可以將與軟件的交互過(guò)程完整地再現(xiàn)出來(lái)，運(yùn)用靈活。其缺點(diǎn)在于，當(dāng)制作需要精確定時(shí)和定位的動(dòng)畫(huà)時(shí)比較困難。

（3）運(yùn)用運(yùn)動(dòng)算例中的鍵碼和時(shí)間線結(jié)合Animator插件所提供的旋轉(zhuǎn)馬達(dá)等工具，制作具有較復(fù)雜相對(duì)運(yùn)動(dòng)裝配體的動(dòng)畫(huà)。這種方法適合與制作具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的裝配體動(dòng)畫(huà)，動(dòng)畫(huà)制作精準(zhǔn)，但操作不如前兩種方法簡(jiǎn)便。

2 應(yīng)用實(shí)例

在機(jī)械制圖教學(xué)過(guò)程中，當(dāng)學(xué)生在開(kāi)始接觸截交線、相貫線和組合體分析時(shí)往往覺(jué)得對(duì)空間立體想象困難，而這幾部分內(nèi)容正是教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在此，抽取了這三部分內(nèi)容中的經(jīng)典分析對(duì)象作為例子，做了面向教學(xué)實(shí)踐的動(dòng)畫(huà)制作，下面分別予介紹。

2.1 截交線

用平面切割立體，平面與立體表面的交線稱(chēng)為截交線，平面稱(chēng)為截平面。在Solidworks中建立三維實(shí)體模型，再利用視圖工具欄下的剖面視圖的功能產(chǎn)生一個(gè)截平面，可以多立體進(jìn)行多方位多角度的切割，同時(shí)可以產(chǎn)生多個(gè)截平面對(duì)立體進(jìn)行切割。為了使學(xué)生更好地理解截交線產(chǎn)生的過(guò)程，我們需要制作三維動(dòng)畫(huà)將該過(guò)程緩慢地再現(xiàn)給學(xué)生。由于對(duì)所產(chǎn)生的截交線沒(méi)有做尺寸上的嚴(yán)格限定，故在這里我們可以選擇上述途徑（2）屏幕捕獲的方法來(lái)制作該動(dòng)畫(huà)，將一個(gè)或多個(gè)剖切平面對(duì)三維立體的零件或裝配件進(jìn)行切割的過(guò)程通過(guò)動(dòng)畫(huà)再現(xiàn)出來(lái)，并進(jìn)行多角度展示。圖1為平面立體的截交線動(dòng)畫(huà)演示過(guò)程。

2.2 相貫線

兩立體相交稱(chēng)為相貫，兩立體表面的交線稱(chēng)為相貫線。曲面立體的相貫是學(xué)生理解的一個(gè)難點(diǎn)，在教學(xué)時(shí)雖然通過(guò)作圖取點(diǎn)連線得到了相貫線，但往往有學(xué)生對(duì)此難以理解。通過(guò)三維動(dòng)畫(huà)，再現(xiàn)曲面立體的相貫過(guò)程，可以幫助學(xué)生建立相貫線的概念，幫助克服相貫線想象困難的問(wèn)題。由于參與相貫的有兩個(gè)曲面立體，可以構(gòu)成一個(gè)裝配體。因此我們選擇上述途徑（3）來(lái)制作動(dòng)畫(huà)，在此通過(guò)Animator提供的線性馬達(dá)和旋轉(zhuǎn)馬達(dá)添加相對(duì)運(yùn)動(dòng)的形式和速度；通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制算例中的鍵碼和時(shí)間線合理控制每個(gè)動(dòng)作的持續(xù)時(shí)間和順序。所制作的三維動(dòng)畫(huà)如圖2所示，可以完整地反映出在曲面立體從分離到逐漸相貫的過(guò)程中，表面相貫線的變化。

2.3 組合體分析

對(duì)組合體進(jìn)行形體分析是假想把組合體或者更為復(fù)雜的機(jī)件分解成一些簡(jiǎn)單形體或基本立體，分析了解這些形體的形狀、相互間的相對(duì)位置和表面間的聯(lián)接關(guān)系，是畫(huà)圖和看圖的最基本方法。對(duì)于組合體，可以將組合體一個(gè)部分制作三維模型然后按照相互位置關(guān)系形成一個(gè)裝配體。采用上述方法（1）所介紹的制作爆炸動(dòng)畫(huà)和解除爆炸動(dòng)畫(huà)的形式來(lái)展示組合體的構(gòu)成和相互關(guān)系。這使學(xué)生能更直觀地理解組合體形體分析法。

3 結(jié)束語(yǔ)

Solidworks所制作的動(dòng)畫(huà)是沒(méi)有聲音信息的，若利用Windows自帶的MovieMaker軟件對(duì)動(dòng)畫(huà)增加旁白或者背景音效，將最大限度地發(fā)揮多媒體教學(xué)的作用，通過(guò)實(shí)踐證明是可行的、有效的。本文所提及的三維動(dòng)畫(huà)制作方法，已經(jīng)在機(jī)械制圖的課堂實(shí)踐中得到運(yùn)用，并且收到了顯著的效果。該方法對(duì)制作機(jī)械類(lèi)相關(guān)課程的多媒體課件亦具有參考和指導(dǎo)意義。

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作者簡(jiǎn)介：陳良（1980-），男，浙江上虞人，碩士，工程師，現(xiàn)從事機(jī)電一體化教學(xué)。

作者單位：杭州萬(wàn)向職業(yè)技術(shù)學(xué)院，杭州 310023