基于Auto CAD的機械制圖模型庫的建立及應用

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

關鍵詞：機械制圖；Auto CAD；虛擬模型庫；工程繪圖

中圖分類號：TB23 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.19.103

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

1 Auto CAD與機械制圖教學

傳統(tǒng)的機械制圖教學中無論是準備教案、組織教學，還是考試出題，都是依靠教師自己手工繪制圖形的，這樣不僅工作強度大、工作效率低下，而且無法達到創(chuàng)新教育的要求。Auto CAD系列軟件的開發(fā)使機械制圖教學發(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，使教案實現(xiàn)電子化，課堂教學實現(xiàn)多媒體化，考試實現(xiàn)標準化，利用Auto CAD三維繪圖功能可以實現(xiàn)教學的直觀性、形象性，有效地提高教學的效率和質量。本文著重闡述利用Auto CAD三維繪圖功能構建的虛擬模型庫及其在機械制圖教學中的應用。

2 利用Auto CAD構建虛擬模型庫

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

2.1 虛擬模型庫的分類

機械制圖課程教學模型的構建，并不是將教學模型簡單集中，而是對機械制圖課程教學內容進行歸納、總結和綜合，并根據教學內容的要求，研制出滿足教學需要的教學模型。在構建過程中，將教學模型分為三大模塊，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 設置特征的參數(shù)化實體模型

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

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

2.2.2 模型外部特征的創(chuàng)建

動態(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成。模型外部特征的設置可以使虛擬模型更加真實，模型的外部特征決定形體具有的顏色和質地等。在Auto CAD中利用渲染（render）命令可以提高圖像的質量，還可以對圖像背景、霧度/深度進行設置，使模型更加真實、效果更好。利用場景（scene）光源（light）可以設置合適的光線及光源，襯托模型。利用材質（Material）設定材料的屬性，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，以便學生上網學習和教師利用校園網絡進行輔導和答疑。將建立的Auto CAD模型借助于強大的圖形處理軟件flash、potoshop等生成圖片，以PowerPoint或Author ware為平臺分類制成幻燈片，將其與網絡課件緊密結合，極大地方便了網絡學習。圖2是模型庫網絡課件的制作流程，圖3為網絡模型庫的展示。

3 Auto CAD虛擬模型庫在教學中的應用

機械制圖虛擬模型庫的建立，可在制圖教學中使一些抽象的視圖變得直觀化、明了化，為教學提供了極大的方便，學生可以利用網絡進行自主性學習，在提高自學能力的同時，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。

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

利用CAD技術多視角展示復雜零件的三維模型，對學生提升空間想象力和讀圖能力起到了很好的輔助作用。按照授課計劃合理安排教學內容，有效地將多媒體課件與CAD軟件相結合，將兩門課的內容按照知識點模塊穿插講授。采用靈活的教學手段，利用CAD技術將教學內容中復雜的圖形制作成分解動畫，并運用多媒體技術呈現(xiàn)，加深學生對圖形的理解和過程的感受，從而有效培養(yǎng)學生的空間想象能力。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械制圖教學中的問題，提高教學質量，比如截交體、相貫體、組合體等內容能清晰、生動、形象地將模型展示給學生，將抽象、復雜的學習直觀化，為學生提供豐富的學習資源和平臺，極大地提高學生的學習興趣。

這對培養(yǎng)學生的空間想象能力有一定的促進作用，從而實現(xiàn)良好的學習效果。

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〔編輯：張思楠〕