蔣信寶

摘 要：本文介紹利用Creo Parametric軟件強(qiáng)大的三維造型功能以及eDrawings實時動態(tài)觀察、標(biāo)注評述、截切等功能來實現(xiàn)機(jī)械制圖課程教學(xué)模型三維立體動畫庫的開發(fā)與應(yīng)用，為機(jī)械制圖課程任課教師提供一種快速制作三維動畫教學(xué)課件，并能隨心所欲地運用到實際教學(xué)中，從而增強(qiáng)學(xué)生的空間想象力和思維能力。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制圖 教學(xué)模型 三維立體動畫庫 開發(fā) 應(yīng)用

一、背景

機(jī)械制圖是工程技術(shù)人員必須掌握的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課。課程的主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生具有一定的空間想象力和思維能力及繪制和識讀機(jī)械圖樣的能力。之所以把空間想象力放在首位，是因為它決定了學(xué)生能否繪制和識讀工程技術(shù)圖樣。那么如何提高學(xué)生的空間想象能力和思維能力？傳統(tǒng)的教學(xué)模式是教師根據(jù)所講內(nèi)容事先準(zhǔn)備好教學(xué)模型和掛圖，上課時帶到教室講解。且不說對學(xué)生有多大吸引力，就機(jī)械制圖教材、習(xí)題中圖形多，教學(xué)模型重，掛圖容易損壞，更何況教材又經(jīng)常改變，模型和掛圖也要隨之改變等諸多因素帶來不便，就讓教師疲于應(yīng)付。另外多媒體教學(xué)在國內(nèi)應(yīng)用已有很長時間，許多學(xué)校都先后開發(fā)了機(jī)械制圖多媒體教學(xué)課件。這些教學(xué)課件在內(nèi)容、形式上是相當(dāng)不錯的，并在一定范圍內(nèi)進(jìn)行了推廣，但也存在一些不足：第一，難以適應(yīng)多層次聽課對象的要求。因為專業(yè)不同，要求學(xué)生掌握的深淺程度也就不一樣，再加上學(xué)生之間的基礎(chǔ)和學(xué)校之間也存在著差異，采用同一種多媒體教學(xué)課件不可能滿足各類學(xué)生的需要。第二，目前已有的多媒體教學(xué)課件限于某一種模式，使任課教師的課堂教學(xué)受到阻礙，從而教師受課件的制約，使教師根據(jù)學(xué)生對象進(jìn)行自我發(fā)揮的能力受到了嚴(yán)重的限制。任課教師多年積累的教學(xué)經(jīng)驗也受課件的制約而得不到充分發(fā)揮。機(jī)械制圖課程教學(xué)模型三維動畫庫的開發(fā)和應(yīng)用，實際上是利用Creo Parametric軟件強(qiáng)大的三維建模功能和eDrawings方便的實時動態(tài)觀察、標(biāo)注評述、截切等功能為機(jī)械制圖課程任課教師提供了一種根據(jù)所教專業(yè)開發(fā)自己的教學(xué)模型三維立體動畫庫，并根據(jù)學(xué)生現(xiàn)有基礎(chǔ)等具體情況，結(jié)合筆者已積累的教學(xué)經(jīng)驗運用具有自己特色的多媒體教學(xué)課件。

二、總體分析

1.資源配置

（1）教學(xué)硬件要求。多媒體教室一間或多媒體演示廳一間。

（2）教師知識要求。能熟練操作電腦，熟練運用eDrawings軟件，能用Creo Parametric完成一般三維建模及相關(guān)操作，熟悉機(jī)械制圖教學(xué)及Camtasia軟件等。

（3）Creo Parametric、eDrawings、Camtasia系統(tǒng)配置和要求。

最低硬件要求：顯存1GB以上，CPU 64位雙核以上，主頻3.2GHz，緩存6M，內(nèi)存1GB以上，硬盤空間50G以上。標(biāo)準(zhǔn)軟件要求：WindowsXP/Windows8/Windows10。

2.基本工作原理框圖（見圖1）

3.點、線、面、體在Creo Parametric中的實現(xiàn)

（1）用小圓球抽象為點。

（2）用長圓柱體抽象為線。

（3）用薄片抽象為面。

（4）幾何體（含裝配體）直接創(chuàng)建。

（5）對具體某線條、某個面，可用著色、渲染加以突出。

4.Creo Parametric主要特點及功能

Creo Parametric是整合了PTC公司的三個軟件（Pro/Engineer的參數(shù)化技術(shù)、Co Create的直接建模技術(shù)和Product View的三維可視化技術(shù)）的新型CAD設(shè)計軟件包，針對不同的任務(wù)應(yīng)用將采用更為簡單化子應(yīng)用的方式，所有子應(yīng)用采用統(tǒng)一的文件格式。目的在于解決CAD系統(tǒng)難用及多CAD系統(tǒng)數(shù)據(jù)共用等問題。其方便快捷的實體造型（簡單靈活多渠道的造型方法，顯得更為自然，更為直觀，如同小孩堆砌積木一樣）、組裝造型（在完成全部三維零件創(chuàng)建后，通過相互約束進(jìn)行零件組合，完成三維機(jī)器的裝配圖和分解圖）、三維實體的渲染和著色（可對零件進(jìn)行著色和渲染及對輪廓線、面進(jìn)行著色，以區(qū)分不同的線、面特征，且富有感官效果）等功能贏得用戶的一致好評。

5.eDrawings主要特點及功能

eDrawings可提供點擊式動畫等獨特功能，使任何擁有計算機(jī)及智能手機(jī)的用戶均可以輕松打開和操作2D和3D設(shè)計數(shù)據(jù)，以方便交流、溝通。

eDrawings除了與Windows一般軟件有一樣的特點和功能外，它還有其他幾個特殊功能，如插入橫斷面、移動零部件、爆炸視圖、添加標(biāo)注、視圖查看、添加密碼等功能，對機(jī)械制圖教學(xué)極為有用。

三、設(shè)計與實現(xiàn)

1.機(jī)械制圖教學(xué)模型分類設(shè)計（見圖2）

2.安裝Creo Parametric軟件及eDrawings Publisher for Pro/Engineer

先安裝Creo Parametric，再安裝外掛eDrawings Publisher for Pro/ Engineer。eDrawings Publisher for Pro/ Engineer在Creo Parametric應(yīng)用程序中以eDrawings菜單出現(xiàn)，如果不需要自己創(chuàng)建三維立體模型，僅使用已有的三維立體模型時，只需安裝eDrawings應(yīng)用程序即可。

3.創(chuàng)建三維立體機(jī)械制圖教學(xué)模型

由于機(jī)械制圖中的教學(xué)模型比較簡單，絕大多數(shù)立體模型只需拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、布爾運算、倒角、圓角、渲染等幾個指令即可完成三維立體的創(chuàng)建，對教師的要求不高。復(fù)雜的零件則利用疊加和切割反復(fù)創(chuàng)建 ，如同小孩堆砌積木一樣。所以較復(fù)雜的零件和裝配體均可利用Creo Parametric創(chuàng)建實體。

（1）圖3～圖11所示的模型創(chuàng)建步驟。

①創(chuàng)建文件名。依次點擊文件→新建→零件（類型）→實體（子類型），輸入01（文件名）→確定。

②創(chuàng)建底板。點擊拉伸→放置→定義→選取草繪面（RIGHT/TOP/FRONT）→草繪→草繪視圖→矩形（在窗口繪制矩形，修改尺寸至200*150）→確定→輸入厚度50→勾選，完成底板的創(chuàng)建（見圖4）。

③豎板創(chuàng)建。鼠標(biāo)拾取底板后面作為草繪平面，點擊拉伸→草繪視圖→梯形（在窗口上繪制梯形，修改尺寸至要求）→確定→輸入厚度50→勾選，完成豎板的創(chuàng)建（見圖5）。

④倒圓角創(chuàng)建。點擊倒圓角→輸入圓角大小30→選擇倒圓角棱邊→勾選完成（見圖6）。

⑤渲染著色。點擊渲染→外觀庫→選色（我的外觀）→紅色→選上色面→鼠標(biāo)中鍵確定（見圖7）。圖9、圖10所示的模型創(chuàng)建方法類似。圖11所示則先創(chuàng)建零件，再進(jìn)行裝配、爆炸操作。

（2）立體教學(xué)模型。在Creo Parametric下拉菜單中單擊eDrawings，然后選擇：

①出版：以eDrawings文件顯示打開eDrawings Viewer（瀏覽器）。根據(jù)文件類型的不同而從這些選項選擇：a.隨工程圖輸出上色數(shù)據(jù)（僅對于工程圖）。在出版的eDrawings文件中保存工程圖文件中的上色數(shù)據(jù)。b.面片化品質(zhì)?？刂泼嫫浚驮O(shè)定量小但不太準(zhǔn)確，而高設(shè)定更精確，但文件量較大。c.允許收件者測量。激活此模型，則可允許其他eDrawings Professional用戶測量。

②保存：顯示eDrawings保存對話框。若想以密碼保護(hù)eDrawings文件，選擇打開文檔要求密碼，然后輸入并確認(rèn)密碼，即可使用eDrawings Viewer（瀏覽器）來觀閱eDrawings文件。

③批量發(fā)布。將多個CAD文件轉(zhuǎn)換成eDrawings文件。顯示eDrawings Batch Publisher（批量出版程序）對話框。對生成的三維立體教學(xué)模型按照模型庫要求分門別類，便于今后使用。

務(wù)必注意，從Creo Parametric零件、裝配體、或工程圖文件生成eDrawings零件（*.eprt）、裝配體（*.easm）、及工程圖（*.edrw）文件，后綴名一定要正確，否則無法打開。

4.應(yīng)用三維立體動畫教學(xué)模型

通過eDrawings打開零件（*.eprt）、裝配體（*.easm）。

視圖功能：

（1）插入橫斷面?？梢陨蒟Y平面、YZ平面、XZ平面及面平面等各種橫斷面平面來觀零件和裝配體文件的橫斷面。同時可以進(jìn)行反轉(zhuǎn)、正視于平面、顯示平面、顯示頂蓋等操作。

（2）移動零部件。可在裝配體文件中，或在裝配體的工程圖文件中移動單個零部件。eDrawings瀏覽器忽視配合，允許完全自由度。還可移動整個子裝配體。

（3）標(biāo)注文件?？筛鶕?jù)需要在零件、裝配體、工程圖上標(biāo)注相關(guān)注解，然后保存文件即可。

（4）爆炸視圖。使用零部件標(biāo)簽上的爆炸/解除爆炸工具在爆炸和解除爆炸狀態(tài)之間切換。當(dāng)模型爆炸時，可使用所有的eDrawings Professional工具，如移動零部件、測量、插入橫斷面，以及eDrawings動畫、縮放、旋轉(zhuǎn)、平移工具等。

（5）添加密碼。當(dāng)Creo Parametric應(yīng)用程序發(fā)布eDrawings文件時，可指派一密碼保護(hù)eDrawings文件。

當(dāng)然，如果把對三維立體教學(xué)模型的操作用錄屏軟件Camtasia錄制下來制作微課或者插入PowerPoint中也未嘗不可。

四、小結(jié)

本文介紹利用Creo Parametric軟件和eDrawings軟件創(chuàng)建機(jī)械制圖三維立體教學(xué)模型庫的方法，并以一個典型的機(jī)械零件作為研究對象，用Creo Parametric功能實現(xiàn)建模、渲染、發(fā)布，再用eDrawings軟件操作機(jī)械制圖三維立體教學(xué)模型，以提高學(xué)生對機(jī)械制圖學(xué)習(xí)的積極性、趣味性和直觀性，構(gòu)建其空間想象力和思維能力。本方法同樣適合冶金、采礦、土建、電子、水利、航空、汽車、造船、化工、輕工等專業(yè)的制圖課程。Creo Parametric對機(jī)械加工、模具專業(yè)的學(xué)生尤為重要，因為Creo Parametric本身就是一個功能非常強(qiáng)大的機(jī)械模具設(shè)計與制造為一體的軟件。

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（作者單位：桂林電子中等專業(yè)學(xué)校）