基于應(yīng)用能力培養(yǎng)的組合體讀圖方法研究與實(shí)踐

唐 燕

（青海民族大學(xué) 交通學(xué)院，青海 西寧 810007）

基于應(yīng)用能力培養(yǎng)的組合體讀圖方法研究與實(shí)踐

唐 燕

（青海民族大學(xué) 交通學(xué)院，青海 西寧 810007）

闡述了在讀組合體的視圖中應(yīng)用AutoCAD將靜止的二維草圖向三維實(shí)體動(dòng)態(tài)過渡，提出了基于形狀、位置等特征的形體分析法的人工思維過程通過三維造型形象地表現(xiàn)出來，從而提高學(xué)生的圖形表達(dá)能力和工程實(shí)踐能力。

特征；思維；三維造型；應(yīng)用能力

工程制圖作為工程教育中實(shí)踐性非常強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，不但要以培養(yǎng)學(xué)生的繪制和閱讀工程圖樣能力為目標(biāo)，更重要是要培養(yǎng)學(xué)生圖形表達(dá)能力，工程實(shí)踐能力，創(chuàng)新能力［1］。讀圖的主要任務(wù)是通過看已知的視圖，進(jìn)行投影分析想象出物體的實(shí)際形狀。讀組合體的視圖歷來是工程制圖課教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，也更能訓(xùn)練學(xué)生的空間想象力和形象思維能力。

隨著計(jì)算機(jī)三維造型技術(shù)的飛速發(fā)展，三維實(shí)體設(shè)計(jì)軟件以其形象直觀、簡(jiǎn)便易學(xué)、快捷精確的特點(diǎn)，越來越受到廣大師生的歡迎。因此，教學(xué)中應(yīng)用學(xué)生接觸最早、使用最熟練的AutoCAD軟件，從二維草圖到三維實(shí)體建模，將組合體讀圖中運(yùn)用形體分析法的人工思維過程通過三維造型形象地表現(xiàn)出來，以提高教學(xué)效率和效果。

一、閱讀組合體三視圖的方法

閱讀組合體視圖常用的兩種方法是：形體分析法和線面分析法。

（一）形體分析法讀組合體的視圖

繪圖是將空間物體用一組視圖表示出來，即由“物”到“圖”的過程；而讀圖則是由“圖”到“物”的過程，即需要根據(jù)一組視圖想象出空間物體的結(jié)構(gòu)形狀。用形體分析法讀圖時(shí)，一般先從反映組合體特征最明顯的視圖著手，把一個(gè)視圖分解為幾個(gè)封閉的線框，并按照投影關(guān)系聯(lián)系其他視圖，逐個(gè)找出每個(gè)基本幾何體在其它視圖中對(duì)應(yīng)的投影，初步想象出每一部分所代表的形體的幾何形狀、相對(duì)位置及其組合形式，最后再按照組合體的組合方式綜合、歸納想象出該組合體的整體結(jié)構(gòu)和形狀。

（二）線面分析法讀組合體的視圖

在用形體分析法讀組合體三視圖時(shí)，對(duì)較復(fù)雜的組合體（尤其是切割體）或局部結(jié)構(gòu)，要在形體分析的基礎(chǔ)上，配合線面分析法。即將難讀懂的結(jié)構(gòu)分解為若干線、面，明確視圖中一些圖線及封閉線框的含義，分析并確定其在組合體表面的形狀、表面之間的相對(duì)位置、表面與表面之間的交線等特征，來幫助讀懂這些局部的結(jié)構(gòu)形狀，從而想象出組合體的形狀。將這兩種方法概括為：看視圖、找特征；分線框、對(duì)投影；識(shí)形體（識(shí)線面）、定位置；綜合起來想形狀。

（三）組合體視圖上圖線與線框的含義

組合體各個(gè)視圖上的各種圖線或封閉線框可能表示立體的：棱線、素線、積聚線；單一面、復(fù)合面、穿孔結(jié)構(gòu)。

相鄰的封閉線框可能表示立體的：相鄰兩個(gè)面前后錯(cuò)位；相鄰兩個(gè)面相交。

視圖中線框中的線框可能表示立體的：凸臺(tái)；凹臺(tái)；最內(nèi)（?。┚€框通常極可能是穿孔結(jié)構(gòu)。

明確組合體視圖上的各種圖線或封閉線框的含義，可以幫助我們分析和了解組合體的形狀特征，再結(jié)合位置特征，“拼裝”組合體的形狀。

二、閱讀組合體三視圖的要點(diǎn)及步驟

空間任意一個(gè)三維形體都具有三個(gè)坐標(biāo)方向上的形體信息。而每一個(gè)二維的視圖上卻只能反映兩個(gè)方向的信息，即在投影的過程中，與投影方向平行的那個(gè)方向上的信息丟失掉了。讀圖就是根據(jù)已知的視圖，在頭腦中還原投影時(shí)所丟失掉的信息，從而想象出物體的三維形狀的過程。

（一）讀圖時(shí)的注意點(diǎn)

1.注意層次。讀圖時(shí)應(yīng)借助投影關(guān)系，利用其他視圖，判斷它們的空間狀況。

2.注意傾斜平面的相仿性。即利用其投影的邊數(shù)相同，凹凸性相同這一性質(zhì)幫助讀圖。

3.注意線段的平行關(guān)系。在某視圖上的兩平行線段，一般在另外的視圖上應(yīng)當(dāng)平行。

4.注意線段的有效點(diǎn)。一個(gè)視圖上線段的有效交點(diǎn)一定可以按照投影關(guān)系在其他視圖上找到下落。

5.注意圓的象限點(diǎn)。圓的象限分界點(diǎn)所在的位置在另外的視圖上一般應(yīng)有界限素線的投影存在［2］。

因此，在閱讀組合體三視圖時(shí)，要時(shí)刻注意和運(yùn)用三個(gè)關(guān)系，分清層次。一是投影規(guī)律，即“長(zhǎng)對(duì)正、高平齊、寬相等”；二是各組合體中各幾何要素之間的相對(duì)位置關(guān)系，即前后、左右、上下位置關(guān)系；三是組合體中各幾何要素與三視圖中各圖形要素之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

（二）讀圖的步驟

1.看視圖抓特征。

以主視圖為主，配合其他視圖，進(jìn)行初步的投影分析和空間分析；找出反映物體特征較多的視圖，在較短的時(shí)間里，對(duì)物體有個(gè)大概了解。

2.分線框?qū)ν队啊?/p>

參照特征視圖，分解形體；利用“三等”關(guān)系，找出每個(gè)部分的三個(gè)投影，分別想象出它們的形狀。

3.線面分析攻難點(diǎn)。

對(duì)于一些較復(fù)雜的組合體，特別是由切割體組成的形體，在用形體分析法完成以上讀圖過程后，需要采用線面分析法進(jìn)一步分析視圖中的難點(diǎn)，分清層次錯(cuò)落，即“形體分析看大概，線面分析看細(xì)節(jié)”。

4.綜合、歸納想整體。

在看懂每一部分形體的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析它們之間的組合方式和相對(duì)位置關(guān)系，在各形體的相對(duì)位置和各線框表達(dá)的結(jié)構(gòu)確定后，判斷它們的組合方式（疊加或切割）和相對(duì)位置（上下、左右、前后），最后，把各基本形體的形狀、位置、組合形式等讀圖信息綜合、歸納，從而想象出組合體整體的結(jié)構(gòu)形狀［3］。

這一讀圖的過程與人的大腦對(duì)形體的形成認(rèn)識(shí)過程的思維模式完全相同，直觀而自然，可輕易完成從平面圖形到三維實(shí)體的構(gòu)建轉(zhuǎn)換，直觀形象地展示人腦對(duì)形體逐步構(gòu)建的過程。

三、應(yīng)用AutoCAD讀組合體視圖實(shí)例

（一）AutoCAD的三維建模方法

所有組合體都是由簡(jiǎn)單的基本幾何體通過一定方式組合而成，無論哪一類組合方式的對(duì)象都是基本幾何體。因此三維模型的建立通?？赏ㄟ^兩種方式實(shí)現(xiàn)：一種是在基本形體的基礎(chǔ)上進(jìn)行疊加、切割；另一種是先繪制平面圖形，然后將此平面圖形構(gòu)成面域，再將其沿高度方向拉伸成型，或旋轉(zhuǎn)成型；經(jīng)布爾運(yùn)算，即交、差、并運(yùn)算完成構(gòu)型［4］。

下面以圖1所示組合體三視圖為例，詳述以AutoCAD為工具，圍繞特征視圖分析及構(gòu)建其空間結(jié)構(gòu)的過程。

圖1 組合體的三視圖

圖2 形體的分解圖

（二）圍繞特征視圖，遵循層次分析的思維方式

反映形體或某一部分結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的視圖稱為特征視圖。一般來說，主視圖是反映組合體的整體形狀特征的視圖，但對(duì)于某個(gè)局部結(jié)構(gòu)來說它的形狀特征并不一定在主視圖上，如圖1中線框1、2的特征視圖為主視圖，而線框3、4的特征視圖為左視圖。

讀圖1主、左視圖可將組合體分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四個(gè)形體。形體Ⅰ在下；形體Ⅱ在形體Ⅰ上靠后；形體Ⅲ在形體Ⅰ上、形體Ⅱ前中位置；形體Ⅳ在形體Ⅰ的左前位置。形體的分解圖如圖2所示。依據(jù)主視圖上的兩個(gè)同心圓及投影關(guān)系，在左視圖上找出與之對(duì)應(yīng)的投影，即可

看出形體下部是一軸線水平放置的圓筒，如圖2（a）；從主視圖上與大圓相切的線框，可在左視圖上找到與之對(duì)應(yīng)的投影，由此可知圓筒的上部是一四棱柱形支承板，如圖2（b）。從左視圖上的三角線框，可在主視圖上找到與之對(duì)應(yīng)的投影，由此可知在圓筒的上面支承板的前面有一三棱柱形肋板，如圖2（c）。從左視圖上的半圓線框，可在主視圖上找到與之對(duì)應(yīng)的投影，由此可知形體的左邊是半圓柱形凸臺(tái)，里面有圓孔，如圖2（d）。

通過以上分析，即可確定各部分的形狀。再依據(jù)三視圖給出的位置特征，如形體Ⅳ和形體Ⅰ的軸線正交，故兩形體表面有相貫；形體Ⅱ左、右兩側(cè)面和形體Ⅰ的外表面相切，平滑過渡相切處不畫線，形體Ⅱ的后表面和形體Ⅰ的后端面平齊，分界處也不畫線；形體Ⅲ左、右兩側(cè)面與形體Ⅰ的外表面相交，其交線為直線，形體Ⅲ上的斜面也與形體Ⅰ的外表面相交，其交線為橢圓。綜合上述關(guān)系即可想象出完整組合體的形狀。

（三）在AutoCAD中具體化、形象化讀圖思維過程

在AutoCAD中由二維圖形生成三維模型，應(yīng)先從反映形狀特征的視圖入手進(jìn)行建模，建模過程同讀組合體視圖的思維過程一致。在教學(xué)中講解建模方法，可使抽象的問題具體化，建立空間感，促進(jìn)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和掌握，更能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)更多AutoCAD軟件的新功能、新技巧。

組合體創(chuàng)建的具體過程如下：

步驟2：按§4.2中分析的特征視圖依次建模。一般遵循先大后小，先外后內(nèi)，先上后下；先實(shí)后虛，先“并”、“交”后“差”等構(gòu)型原則。主視圖中虛線代表不可見的部分，它們可能在實(shí)體的內(nèi)部，也可能在實(shí)體的背面，建模時(shí)應(yīng)先將實(shí)線框表示的部分建模后，再建虛線框表示的部分。對(duì)于視圖中虛線部分表示的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如孔、槽等特征，應(yīng)在孔、槽所依附的形體建立完成后，再在同一基準(zhǔn)下創(chuàng)建，如圖4中的形體Ⅳ上圓柱孔。

步驟4：按組合體的組合方式、表面連接關(guān)系進(jìn)行實(shí)體操作（即布爾運(yùn)算，使用工具：外外相并，再內(nèi)內(nèi)相并。如圖5中的形體Ⅰ、形體Ⅱ、形體Ⅲ外外相并，再形體Ⅰ與形體Ⅳ中的小圓柱相并；然后使用工具：外形體差掉內(nèi)形體。組合體的實(shí)體結(jié)構(gòu)形狀如圖6所示。

圖3 三維空間的組合體視圖

圖4 三維模型的創(chuàng)建

圖5 各形體及共位置

圖6 組合體的三維形狀

在AutoCAD中讀圖，即想即所得，除在三維空間組合體三視圖上直接創(chuàng)建，還可按圖2中分解出的各特征視圖創(chuàng)建每一個(gè)形體的特征；再按三視圖中的其他信息：相對(duì)位置特征、組合方式，表面連接關(guān)系，使用移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、對(duì)齊等操作，進(jìn)行三維組合，將各形體拼接起來，也可迅速獲得組合體的三維結(jié)構(gòu)形狀。上述將人工讀圖的思維方式引入到建模過程中，加速了學(xué)生對(duì)空間概念的理解和消化，也訓(xùn)練了學(xué)生的空間思維能力和組合體的構(gòu)形能力。

四、結(jié)束語

教學(xué)實(shí)踐表明，在組合體讀圖教學(xué)中采用Auto CAD繪圖軟件，將靜止的二維圖形向三維模型動(dòng)態(tài)過渡，實(shí)時(shí)演示形體分析和讀圖的過程及方法，引導(dǎo)學(xué)生逐步深入，將空間想象具體化、直觀化，不但使教學(xué)形式生動(dòng)活潑，教學(xué)內(nèi)容形象直觀，易于理解投影理論，還能將二維圖形和三維模型相互轉(zhuǎn)換聯(lián)系起來，訓(xùn)練學(xué)生空間構(gòu)形能力，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，全面提升學(xué)生的工程素質(zhì)。

［1］李迎春，李華，劉萬強(qiáng).融入三維建模的工程圖學(xué)教學(xué)改革與實(shí)踐［J］.現(xiàn)代教育技術(shù)，2007，17（8）：38-41.

［2］焦永和，張京英，徐昌貴.工程制圖［M］.北京：高等教育出版社，2008.

［3］馬希表，劉春玲，王曉敏.組合體三視圖的讀圖方法和教學(xué)方法探析［J］.河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，27（4）：88-89.

［4］于翠芳，于春戰(zhàn).三維CAD建模技術(shù)在工程圖學(xué)中的應(yīng)用［J］.煤炭技術(shù)，2012，31（1）：36-37.

This paper describes how to transfer motionless 2D sketch to the 3D entity with the application of Auto CAD in the view of the reading combined view.This paper puts forward the human thinking process which is based on body analysis method with characteristics of shape and location，and can be expressed vividly through three-dimensional model.In that way can we improve students' ability of graphic expression and engineering practice.

features；thinking；3D modeling；application ability

G640

A

2096-000X（2016）20-0254-03

唐燕（1968-），女，江蘇，青海民族大學(xué)交通學(xué)院副教授，主要從事機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)方面的教學(xué)和研究工作。