摘 要：闡述了基于Auto CAD軟件的機(jī)械制圖三維立體模型庫的建立及其在教學(xué)中的作用。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制圖；Auto CAD；虛擬模型庫；工程繪圖

中圖分類號(hào)：TB23 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.19.103

Auto CAD軟件是美國(guó)Autodesk公司研制開發(fā)的一種通用的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、繪圖軟件，有強(qiáng)大的繪圖功能，不僅能繪制二維平面圖形，而且能繪制不同質(zhì)感的三維立體圖形。因此，它不僅廣泛地應(yīng)用于工程繪圖和工程設(shè)計(jì)中，而且在機(jī)械制圖教學(xué)中發(fā)揮著極其重要的作用。

1 Auto CAD與機(jī)械制圖教學(xué)

傳統(tǒng)的機(jī)械制圖教學(xué)中無論是準(zhǔn)備教案、組織教學(xué)，還是考試出題，都是依靠教師自己手工繪制圖形的，這樣不僅工作強(qiáng)度大、工作效率低下，而且無法達(dá)到創(chuàng)新教育的要求。Auto CAD系列軟件的開發(fā)使機(jī)械制圖教學(xué)發(fā)生了前所未有的變革，通過Auto CAD二維繪圖功能可以繪制所有平面圖形，使教案實(shí)現(xiàn)電子化，課堂教學(xué)實(shí)現(xiàn)多媒體化，考試實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，利用Auto CAD三維繪圖功能可以實(shí)現(xiàn)教學(xué)的直觀性、形象性，有效地提高教學(xué)的效率和質(zhì)量。本文著重闡述利用Auto CAD三維繪圖功能構(gòu)建的虛擬模型庫及其在機(jī)械制圖教學(xué)中的應(yīng)用。

2 利用Auto CAD構(gòu)建虛擬模型庫

機(jī)械制圖教學(xué)是以培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力和畫圖能力為目的的。為了在學(xué)習(xí)初期使學(xué)生建立空間概念，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的直觀性，教師采用直觀模型教學(xué)，以幫助學(xué)生形成“直觀?抽象”的雙向思維模式。教學(xué)中所需要的大量模型僅僅依靠學(xué)院現(xiàn)有的教學(xué)模具是不夠的，隨著教材的變化、教學(xué)班級(jí)的增加，教學(xué)模型不足的問題就尤為突出，研制模型庫，滿足機(jī)械制圖課程多媒體課件的制作需要，是多媒體教學(xué)推廣首先應(yīng)解決的問題。利用Auto CAD軟件為教學(xué)設(shè)計(jì)虛擬立體模型，建立立體模型庫，并以多媒體為平臺(tái)，展示模型，成功的解決了教學(xué)中遇到的這一難題。

2.1 虛擬模型庫的分類

機(jī)械制圖課程教學(xué)模型的構(gòu)建，并不是將教學(xué)模型簡(jiǎn)單集中，而是對(duì)機(jī)械制圖課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行歸納、總結(jié)和綜合，并根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的要求，研制出滿足教學(xué)需要的教學(xué)模型。在構(gòu)建過程中，將教學(xué)模型分為三大模塊，具體劃分情況如圖1所示。每一部分均包含三維動(dòng)態(tài)虛擬模型庫、二維視圖庫。

2.2 創(chuàng)建三維虛擬模型的方法

2.2.1 設(shè)置特征的參數(shù)化實(shí)體模型

Auto CAD2005設(shè)置了多種基本形體的模式，包括長(zhǎng)方體（box）、球體（sphere）、圓柱體（cylinder）、圓錐體（cone）等基本形體模型，可以根據(jù)不同的要求選擇所需的實(shí)體模式，并設(shè)置不同的參數(shù)，構(gòu)建基本模型。

Auto CAD系列軟件可對(duì)基本模型進(jìn)行布爾運(yùn)算，利用求并集（union）、差集（subtract）、交集（intersect）、干涉（interfere）等運(yùn)算實(shí)現(xiàn)對(duì)基本體的不同組合。通過其強(qiáng)大的編輯功能對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行編輯，比如倒直角（chamfer）、倒圓角（fillet）、切面（slice）、剖面（section）、分解（explode）等三維實(shí)體造型工具能方便、快捷地創(chuàng)建任何復(fù)雜形狀的實(shí)體。

2.2.2 模型外部特征的創(chuàng)建

動(dòng)態(tài)虛擬模型庫中的造型由幾何形體和基于顏色及材料的外觀構(gòu)成。模型外部特征的設(shè)置可以使虛擬模型更加真實(shí)，模型的外部特征決定形體具有的顏色和質(zhì)地等。在Auto CAD中利用渲染（render）命令可以提高圖像的質(zhì)量，還可以對(duì)圖像背景、霧度/深度進(jìn)行設(shè)置，使模型更加真實(shí)、效果更好。利用場(chǎng)景（scene）光源（light）可以設(shè)置合適的光線及光源，襯托模型。利用材質(zhì)（Material）設(shè)定材料的屬性，其中的diffuse Color、 ambient Intensity、specular Color 和transparency域分別控制材料的顏色、環(huán)境光強(qiáng)度、鏡面反射顏色和透明度。

2.3 模型庫的建立

建立立體模型庫可以快速地將所需要的模型展示出來，以便學(xué)生上網(wǎng)學(xué)習(xí)和教師利用校園網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行輔導(dǎo)和答疑。將建立的Auto CAD模型借助于強(qiáng)大的圖形處理軟件flash、potoshop等生成圖片，以PowerPoint或Author ware為平臺(tái)分類制成幻燈片，將其與網(wǎng)絡(luò)課件緊密結(jié)合，極大地方便了網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)。圖2是模型庫網(wǎng)絡(luò)課件的制作流程，圖3為網(wǎng)絡(luò)模型庫的展示。

3 Auto CAD虛擬模型庫在教學(xué)中的應(yīng)用

機(jī)械制圖虛擬模型庫的建立，可在制圖教學(xué)中使一些抽象的視圖變得直觀化、明了化，為教學(xué)提供了極大的方便，學(xué)生可以利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行自主性學(xué)習(xí)，在提高自學(xué)能力的同時(shí)，還能開闊解題思路，培養(yǎng)和發(fā)展他們的洞察力和想象力。

機(jī)械制圖組合體讀圖要求學(xué)生有較強(qiáng)的空間思維分析能力，利用CAD多視窗演示技術(shù)，在學(xué)生讀圖過程中適時(shí)顯示某部分的三維圖形，并利用動(dòng)畫多方位演示實(shí)物模型，使學(xué)生頭腦中的思維信息得以反饋。在此情況下，教師和學(xué)生共同參與和討論，將讀圖這種抽象的空間想象過程具體化，使學(xué)生的思維過程動(dòng)態(tài)化，大大降低了認(rèn)知負(fù)擔(dān)，便于學(xué)生同化和接受。

利用CAD技術(shù)多視角展示復(fù)雜零件的三維模型，對(duì)學(xué)生提升空間想象力和讀圖能力起到了很好的輔助作用。按照授課計(jì)劃合理安排教學(xué)內(nèi)容，有效地將多媒體課件與CAD軟件相結(jié)合，將兩門課的內(nèi)容按照知識(shí)點(diǎn)模塊穿插講授。采用靈活的教學(xué)手段，利用CAD技術(shù)將教學(xué)內(nèi)容中復(fù)雜的圖形制作成分解動(dòng)畫，并運(yùn)用多媒體技術(shù)呈現(xiàn)，加深學(xué)生對(duì)圖形的理解和過程的感受，從而有效培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力。零件圖讀圖過程中，為了提升零件的直觀性，利用CAD三維造形和剖切功能，可展示零件不同方位和不同方向的形狀，可以幫助學(xué)生掌握零件的形狀，如圖4所示。

虛擬模型庫可以較好地解決機(jī)械制圖教學(xué)中的問題，提高教學(xué)質(zhì)量，比如截交體、相貫體、組合體等內(nèi)容能清晰、生動(dòng)、形象地將模型展示給學(xué)生，將抽象、復(fù)雜的學(xué)習(xí)直觀化，為學(xué)生提供豐富的學(xué)習(xí)資源和平臺(tái)，極大地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

這對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力有一定的促進(jìn)作用，從而實(shí)現(xiàn)良好的學(xué)習(xí)效果。

參考文獻(xiàn)

[1]孫干平.Auto CAD 13.0使用指南[M].北京：清華大學(xué)出版社，1997.

[2]張?jiān)戮?Auto CAD2005入門與提高[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)音像電子出版社，2005.

[3]錢可強(qiáng).機(jī)械制圖習(xí)題集[M].北京：高等教育出版社，2003.

[4]李澄等.機(jī)械制圖習(xí)題集[M].北京：高等教育出版社，2003.

[5]高紅英.CAD與機(jī)械制圖“融合式”教學(xué)改革的探討[J].成都工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2015（04）.

〔編輯：張思楠〕