工程制圖學(xué)習(xí)系統(tǒng)的構(gòu)建探討

徐士飛

（江蘇省高郵中等專業(yè)學(xué)校，江蘇 高郵 225600）

工程制圖學(xué)習(xí)系統(tǒng)的構(gòu)建探討

徐士飛

（江蘇省高郵中等專業(yè)學(xué)校，江蘇 高郵 225600）

文章文主要探討構(gòu)建一個(gè)工程圖形和設(shè)計(jì)交互式的學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。系統(tǒng)的構(gòu)建應(yīng)能針對(duì)制圖學(xué)習(xí)中特定需求的學(xué)生，給學(xué)生充分的幫助和學(xué)習(xí)提高，學(xué)習(xí)資料和資源是在所有的學(xué)習(xí)系統(tǒng)中必不可少的部分。

學(xué)習(xí)；計(jì)算機(jī)；工程；圖形

1 工程制圖學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)探討

（1）虛擬現(xiàn)實(shí)的設(shè)計(jì)與建立。CAI中獲得虛擬現(xiàn)實(shí)模型的三種方式有：一是建模，通過(guò)不斷構(gòu)建獲得模型；二是選擇，可以從計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件庫(kù)或軟件包中提取工作模型；三是逆向工程的應(yīng)用，通過(guò)三維掃描現(xiàn)有對(duì)象直接獲得模型完成建模。獲取、整理、更新靜態(tài)零件模型庫(kù)本身也是一項(xiàng)龐大的工程任務(wù)。虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言（VRML）提供的工具可用于模擬三維的世界，具有很強(qiáng)的功能性和交互性，最終能使操作者具有完全身臨其境的視覺(jué)感受。目前有很多的老師作品在嘗試基于模型的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD），以便制定專業(yè)的工程制圖和設(shè)計(jì)CAI系統(tǒng)。

（2）四維模型的引入與設(shè)計(jì)。CAD模型建立最簡(jiǎn)單的方法來(lái)獲取詳細(xì)的模型的設(shè)計(jì)對(duì)象尺寸，根據(jù)現(xiàn)有的資料實(shí)施模型建庫(kù)。如果在該模型顯示時(shí)加入時(shí)間過(guò)程設(shè)計(jì)，就會(huì)變成一種理解和教學(xué)圖形模型新的有效方式。時(shí)間部分也帶來(lái)了新的理解觀，3D模型可以成為四維模型。

三維實(shí)體造型是教師教學(xué)任務(wù)最重要的部分之一。在傳統(tǒng)畫法幾何教學(xué)方式中，通過(guò)只繪制在黑板上，很難表達(dá)清楚三維物體的位置和形狀。例如，初學(xué)者對(duì)于空間實(shí)物的理解力不夠，在講解面與面的相互空間位置關(guān)系時(shí)，學(xué)生總是感到困惑。但是，通過(guò)例如AutoCAD、CATIA、inventor等三維軟件繪制的實(shí)體模型幫助下，其形狀和相互位置關(guān)系，甚至于零件上細(xì)微部分的孔洞結(jié)構(gòu)，可以清楚地觀察到，結(jié)合實(shí)物就可以正確的繪制。經(jīng)驗(yàn)表明，通過(guò)三維軟件參與教學(xué)使用，越來(lái)越多的學(xué)生能夠更快、更全面地了解工程制圖實(shí)體形狀，教學(xué)效率明顯比傳統(tǒng)的教學(xué)方法更高。例如在講解圓柱與圓錐對(duì)穿的相貫線時(shí)，可以通過(guò)三維實(shí)體繪制顯示其相貫線的空間形狀特征，但如果制作成動(dòng)態(tài)的4D四維模型，則可以進(jìn)一步提高畫法幾何及工程制圖的教學(xué)效率。在此例中，可以通過(guò)模型中圓柱的空間移動(dòng)突出相貫線的變化規(guī)律性，也可以通過(guò)圓柱直徑尺寸的變化，突出相貫線的變化規(guī)律。無(wú)疑，四維模型是工程制圖教學(xué)更有效率的一種新的途徑。

（3）其他輔助教學(xué)設(shè)計(jì)。輔導(dǎo)與作業(yè)練習(xí)的設(shè)計(jì)，需要實(shí)現(xiàn)從基于一個(gè)答案的選擇方式，更改到復(fù)雜自主訓(xùn)練學(xué)習(xí)的模式，并且要能夠提供交互功能和簡(jiǎn)單提示智能訂正。虛擬環(huán)境可以代表任何真實(shí)的或抽象的三維世界，如建筑、風(fēng)景、水下沉船、宇宙飛船、考古發(fā)掘遺址、人體解剖學(xué)、，雕塑、犯罪現(xiàn)場(chǎng)重建、太陽(yáng)能系統(tǒng)等等。這些虛擬世界可以是動(dòng)畫、互動(dòng)、共享，具有可以公開(kāi)的行為和功能。形式化的智能四維模型知識(shí)，使教師能夠快速創(chuàng)建和更新現(xiàn)實(shí)的時(shí)間表和日程安排表，并能把時(shí)間和空間兩方面結(jié)合起來(lái)。這些智能四維模型支持日程安排，具有較低的設(shè)計(jì)成本，具有較好的抗干擾和安全性能，能提高設(shè)計(jì)進(jìn)度，實(shí)施信息溝通。

2 工程制圖學(xué)習(xí)系統(tǒng)對(duì)學(xué)習(xí)方式的影響探討

在畫法幾何及工程制圖中，鉛筆、丁字尺和三角板繪制的傳統(tǒng)教學(xué)方式，將逐步被電子數(shù)據(jù)處理所替代。手工繪圖將作為保持學(xué)習(xí)的一部分基礎(chǔ)技能，因?yàn)槭质谴竽X的擴(kuò)展部分。這意味著在教給他們傳統(tǒng)繪制方式的同時(shí)引導(dǎo)他們進(jìn)一步研究畫法幾何中的基本知識(shí)，因?yàn)槔斫鈳缀卧硎侨祟惸X力的一個(gè)重要能力。

計(jì)算機(jī)工具和軟件的不斷更新和開(kāi)發(fā)，使教學(xué)方式和手段有了更多的選擇性。除了在教學(xué)中可以移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)實(shí)體圖片外，放大和縮小甚至于可以變化實(shí)體，這樣就可以發(fā)揮計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)系統(tǒng)軟件的更大作用，以達(dá)到更好的空間想象效果。使用新的工具，可以在一個(gè)更有效的方式呈現(xiàn)幾何環(huán)境，未來(lái)的發(fā)展將帶領(lǐng)人們進(jìn)入虛擬教室。

交互式3D圖形有著很強(qiáng)大的生命力，能為工程中較為復(fù)雜的三維現(xiàn)象提供解釋?，F(xiàn)代硬件允許以更快的速率渲染3D模型或?qū)崿F(xiàn)交互功能，制圖教學(xué)中三維模型交互處理最重要的是要澄清實(shí)體間的空間位置關(guān)系，不需要把所有制作注意力都用在渲染圖像和文字描述上。

工程專業(yè)的學(xué)生也漸漸認(rèn)識(shí)到掌握電腦技能對(duì)于他們將來(lái)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的影響，學(xué)習(xí)好繪圖軟件是工程專業(yè)學(xué)生基礎(chǔ)之一。如東南大學(xué)，從大一直到大四，每學(xué)期都必須開(kāi)設(shè)計(jì)算機(jī)科目課程。計(jì)算機(jī)科目的開(kāi)設(shè)，使學(xué)生計(jì)算機(jī)能力得到了較大提升，學(xué)生能夠采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)高端技術(shù)設(shè)計(jì)與分析。

3 結(jié)語(yǔ)

工程制圖學(xué)習(xí)系統(tǒng)主要憑借網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)，構(gòu)筑師生靈活方便的交流平臺(tái)，以克服傳統(tǒng)教學(xué)時(shí)制圖學(xué)習(xí)困難的難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)易學(xué)易用的特點(diǎn)。在構(gòu)建這一系統(tǒng)時(shí)，要特別注意3D、4D及虛擬現(xiàn)實(shí)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)從平面理解圖形向空間和時(shí)間上理解圖形的新特點(diǎn)。當(dāng)然從一個(gè)系統(tǒng)的全面功能來(lái)說(shuō)，它還應(yīng)滿足師生雙向交流在時(shí)空、人際等方面的需求，同時(shí)還應(yīng)包括如下功能：①靈活的信息發(fā)布與接受功能；②方便作業(yè)的上傳、下載及批閱功能；③切實(shí)的學(xué)習(xí)管理功能；④實(shí)時(shí)、雙向、多向的聊天討論功能。

[1]王啟美，王玲.工程制圖多媒體網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)若干問(wèn)題的探討[J].工程圖學(xué)學(xué)報(bào)，2005，（3）

徐士飛（1984-），男，大學(xué)本科，助理講師，主要從事中高職機(jī)電數(shù)控專業(yè)專業(yè)理論和技能實(shí)訓(xùn)教學(xué)工作。