机械制图电子模型库的开发与应用.docx
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机械制图电子模型库的开发与应用
XXXX大学
本科生毕业论文（设计）
题目机械制图电子模型库的开发与应用
学号
姓名
专业
年级
学院
完成日期年月日
指导教师
机械制图电子模型库的开发与应用
（）
摘要：
在《机械制图》教学中，利用计算机能够灵活表现三维空间造型的特点，有针对性的使用3DSMAX，快速提高学生的空间想象能力。
现代机械制图教学已充分认识到引入多媒体教学的优势。
在机械制图教学过程中，把3DSMAX技术与机械制图基本知识讲授有机地结合起来，可以更好地培养学生的空间想象能力和空间思维能力，提高学生的画图和识图能力及综合运用知识的能力。
针对机械制图课的教学特点，探讨了3DSMAX软件在制图教学中的应用的一些初步实践，以期实现机械制图教学与3DSMAX应用的相辅相成。
本文分析了机械制图传统教学中存在的问题和不足，介绍了用3DSMAX来开发机械制图电子模型库的基本思想、系统设计、开发流程、素材的准备、动画的制作、实现手段及其特点。
在教学实践中应用该软件取得了较好的效果。
关键词:
实体、机械制图、3DSMAX
DevelopmentAndApplicationofTheElectronicModelBaseaboutMechanicalDrawing
WeiBin
（CollegeofPhysicsandElectronicInformationScience,TianjinNormalUniversity）
Abstract:
Inengineeringdrawingteaching,thestudents'spaceimaginativeabilitycanbeimprovedrapidlywith3dsmaxsoftwareandtakingadvantageofthefeaturesthatcomputercanflexiblyshow3-dimensionmodels.Nowadays,multi-mediahavebeenincreasinglyusedinengineeringdrawingteaching.Integrationof3dsmaxwithbasicknowledgeteachinginengineeringdrawingwilldevelopstudents'spaceimaginationandthinkingabilityinabetterway,improvestudents'abilitytodrawandidentifythedrawingsandtheirabilitytousecomprehensivelywhattheyhavelearned.Aimingtothecharacteristicsofengineeringdrawing,thispaperexploredthepreliminaryapplicationof3dsmaxinteachingandtheeffectitmayachieveThedeficiencyoftraditionalteachinginengineeringgraphicsisanalyzed,andthebasicapproachofdevelopingtheengineeringgraphics3dsmaxisintroduced.Thekeyauthoringstepssuchassystemdesign,developingflowplanning,materialpreparingandrealizingmethodarealsodescribed.Theeffectinrealteachingareconcludedattheend..
Keywords:
Entity、Mechanicaldrawing、3dsmax
目录
一、引言1
二、电子模型库建立的理由1
（一）电子模型库的教学优势1
（二）现代工业产品要求越来越高2
三、计算机软件的选择2
四、课件的设计与开发3
五、机械制图模型库的建立4
六、素材收集与媒体整合5
（1）自己制作5
（2）从现有课件和资料中选取6
（3）网上下载6
七、制作简介6
1新建模型7
2调整角度7
3构成所需几何体7
4、制作动画7
5、进行渲染7
6、保存与更改8
八、总结10
致谢10
参考文献10
一、引言
《机械制图》是机械类专业如模具、机械加工、电子专业的一门重要的专业基础课，是培养学生看图、画图、增强立体空间思维能力的学科。
在传统的教学手段中教师会普遍采用教学实物模型进行教学。
虽然它起到了很好的效果，但它的不便携带，不能修改等缺点也很明显。
传统的教学方法主要是应用挂图、模型、板书,缺乏动作和连续性,教学效率低,难以满足教学的需要。
如能采用二维动画和三维动画相结合的方式,集图、文、声、像于一体制作成多媒体课件,将教学中难以表达的机件形状及其形成过程,全方位地彩色显示于银幕,给学生提供一个生动、形象、立体化的环境,拓展学生的空间思维和想象,从而降低学习难度,激发学习兴趣,提高教学效果。
要满足学生在学习过程中对空间物体及其图形的感性认识的要求,同时兼顾教学效率和教学效果,采用多媒体教学是最好的方法。
二、电子模型库建立的理由
（一）电子模型库的教学优势
第一，应用3DSMAX技术创建的机械制图模型库,在教学中的应用完全可以避免传统教具的缺点。
一方面,模型库利用光盘、移动硬盘存储,可消除实物模型因体积和重量造成的携带不便的缺点;另一方面,传统的实物教学模型更新换代的速度慢并且不能够修改,而几十年不变的教学模型已不能满足教学和科技时代不断进步的需要。
但利用先进的3DSMAX技术创建的计算机模型,可利用计算机软件方便地进行教学模型修改与新建,这样不仅能够及时补充符合新教学内容的模型,还可以针对不同的教学对象、教学要求调整现有的模型,充分满足了教学中对模型种类及数量的需要,达到降低教学成本,提高教学质量的目的。
除此之外,利用先进的3DSMAX模型技术创建地计算机模型不仅精度高、质感好、形象逼真、色彩丰富,还能将复杂形体的外型与内腔、相贯体中相贯线的变化趋势充分地展示出来,加上动画效果,使教学中的知识难点更加清晰、生动、形象。
第二，模型库能够成为学生课下学习的助学型课件。
机械制图模型库可以载入网络,不受时空限制在网上进行传输。
当学生在课后练习中遇到困难,可以通过校园网进入模型库主页,在库中找到所需要的模型,进行仔细观察,增强对实物的感官认识,辅助完成课后练习。
另外,计算机模型库中收集了大量典型零、部件的三维模型与二维视图,采用了不同的表达方法,学生可以通过与自己所绘图形对比,来检验自己的读图能力和对机件的表达能力。
计算机模型库可以改变传统教学的单调模式,可以帮助学生理解学习中的难点、重点,充分体现以学生为主体的教学观念,学生还可以根据自己的学习方式和学习能力,进行自主性学习。
有助于学生从被动学习变为主动学习,从而提高学习效率。
（二）现代工业产品要求越来越高
近十年来，随着我国工业经济的快速发展，制造业越来越迅猛，其产品样式要求越来越高。
以前的产品大多是平面直角式，比较单调容易加工制造，当然画图也较简单。
稍复杂一些的无非是圆柱与平面、圆柱与圆柱标准体相配而成也容易加工，绘图也容易，模型也易制作。
但现今的产品随着质量提高，其外观样式也要不断更新，逐步向曲线、曲面形、球面形的美观外形转变。
像如今的手机外壳、电话机听筒外壳、各种玩具、日常用品正逐步由原先的平面标准型向异形曲面转变。
现今的制图教材还是停滞在以前产品样式，更谈不上教学模型的更新，现今的产品图形复杂多样，图样变化异常。
利用3DSMAX软件就很容易绘出，其中的曲面造型能满足不同产品设计。
三、计算机软件的选择
本论文中机械制图电子模型库的开发与应用选择的计算机软件是3DSMAX。
3DStudioMAX是Kinetix公司推出的一套强大的三维建模软件，由于它是基于WinNT或Win98平台的，方便易学，又因其相对低廉的价格优势,所以成为目前个人PC上最为流行的三维建模软件。
3DSMAX的出色的纹理贴图，强大的贴图控制能力，各种空间扭曲和变形，都提供了对图像和环境映照的容易的处理途径。
3DSMAX较其他软件有很多明显的优势，具体表现在以下几个方面：
（1）工作流模式使得工作组的协调更容易，效率更高。
3DSMAX引入了工作流模式，在具体的实现上从外部参考体系（XRef）、示意视图（SchematicView）的引入以及现在3DMAX可以使用其他程序从外部加以控制，而不必激活它的工作界面本文就3DSMAX软件在机械制图电子模型库的构建过程中的应用做一介绍。
（2）易用性的改进。
3DSMAX较其他软件增加了诸如用户自定义界面、宏记录、插件代码、变换Gizmo、轨迹条等功能。
（3）渲染的改进。
Autodesk公司在收购了以渲染和视频技术闻名的DiscreetLogic公司，吸收了该公司的先进技术，3DSMAX对其渲染器几乎做了重新设计，不仅增加了渲染的速度，而且提高了画面渲染的质量。
（4）建模技术的增强。
建模技术的增强是3DStudioMAX最重要、最突出的改进，这也是在虚拟现实系统构建中应用它的一个有力的原因。
主要的改进包括：
①细分曲面技术（SubdivisionSurface）。
3DSMAX包含了细分曲面技术，细分曲面技术是1998年以来业界最流行的建模技术，大有赶超NURBS技术之势，它可以使模型建立更容易，而且效果更好。
②柔性选择。
此项技术可以“部分地”择顶点，从而在变换顶点时获得光滑、柔和的效果,这对建立复杂物体的模型时非常有用。
③曲面工具和改进的NURBS技术。
使用曲面工具可以产生很复杂的“面片”模型，这亦是一种重要的建模方法，NURBS技术不但速度加快，而且增加了一系列方便、易用的功能。
四、课件的设计与开发
要使多媒体课件真正有助于教学,提高教学质量,达到事半功倍的效果,关键是做好课件的创作。
机械制图电子模型库的创作流程见图1所示,一般可分为以下六步:
（1）根据课程特点确定目标,设计总体框架;
（2）确定课件功能及风格,选择多媒体课件著作工具;
（3）进行教学设计,编写制作脚本,包括讲稿、提纲、板书、插图和动画等的合理布局;
（4）收集、处理和制作课件所需素材;
（5）利用3DSMAX软件进行编辑,按不同的机械模型完成模型库的制作;
（6）反复调试、并进行教学测评、反馈修改、打包完成。
图1、机械制图模型组成
五、机械制图模型库的建立
机械制图模型库实际上是对实物模型进行计算机虚化处理,利用计算机软件及多媒体技术制作形象逼真的实体模型,取代传统实物模型的制作、管理和使用。
机械制图模型库主要包括以下三个部分:
三维模型库、二维视图表达库、动画模拟仿真库。
三个部分相互关联、一一对应,如图2所示。
图2、模型库的建立
六、素材收集与媒体整合
（一）素材收集
工程制图及CAD课件中的多媒体素材形式主要有:
二维平面投影图、三维造型图、三维动画及声音、音乐和图片等。
对图形图像、动画等素材需要较多,因此素材库、积件库、图形库的建立与管理非常重要,这项工作,从2002年就开始了。
多媒体素材的创意和制作质量直接关系到课件的总体效果和可交互性。
素材的来源主要有三个方面:
（1）自己制作
文本素材主要是在3dsmax中直接制作，图形一般要符合机械制图要求,满足制图投影规律,如大量的三视图和立体图,通过长期的积累形成了自己的图形库,还有用于掌握投影规律、理解投影过程的动画素材,主要是应用3dsmax制作。
这些自己制作的图形是对课件的补充,也体现了自己课件的特点。
（2）从现有课件和资料中选取
除了自己制作,可以用抓图软件等直接抓取利用;教材和参考资料,可以用扫描仪扫描,对于实物或运动过程用摄像机或数码相机拍摄,从而减少制作素材的劳动强度。
（3）网上下载
对网上媒体素材,需要花大量的时间,仔细分析选择符合自己要求的素材,必要时进行修改。
对素材的使用应满足课件设计规范的要求,如视频尽量采用RM或WMV流媒体格式,对体积较大的素材要进行格式转换;素材应放在专门的素材文件夹下,以便于管理。
（二）媒体整合
在对媒体进行集成时,课件中引入的素材,尽量采用外部链接,使开发后的课件更灵活、编辑修改更容易、版本升级更方便,更重要的是,教师在使用课件之前,可以根据不同专业、教材、学时数、等因素进行修改和调整,如例题、图片、动画的选用,从而将教师个人的教学经验和授课意图融入其中,这就克服了课件通用性不强以及封闭性等缺点,使多媒体教学变得更加灵活、实用、通用性更强。
在制作完成之后，将课件中各个分支环节连接运行,检验运行是否顺畅,是否符合辅助教学规律等。
采取请有关专家评审,组织教师在教学中使用等措施,以便对课件进行修改完善。
七、制作简介
以《机械制图》（天津大学出版社）P53页3-8为例做简单介绍
步骤：
1新建模型
打开3dsmax软件，选中“文件”下拉菜单中的“新建”选项，然后在命令面板中选择“新建”中的选项“几何体”，再点击“标准几何体”，在“对象类型”中选择“圆锥体”,在视图区的顶视图中点击鼠标左键构建出一个圆锥模型，圆锥模型的大小标准可以在命令面板中点击修改，在参数命令项中更改圆锥尺寸的大小。
2调整角度
点击命令面板，以相同的操作在顶视图中重新构建出一个圆锥体，调整尺寸大小，在视图控制区利用“缩放”、“缩放所有视图”、“最大化显示”、“平移视图”、“弧形旋转”等选项进行调节制作者观看的角度等。
3构成所需几何体
在命令面板中选择“复合对象”选项，点击其下的“布尔”选项，此时操作对象会出现两个圆锥的名称：
Cone01、Cone02，根据要做的模型要求，选择“差集A-B”或“差集B-A”，点击“拾取操作对象”，此时将构成我们所需要的一个新的几何体。
4、制作动画
动画控制区提供了动画的继续和播放，点击自动关键点，此时就可以录制动画了。
将滑块拖动到相应的帧，同时点击命令栏中的移动物体，此时就已经记录下物体的运动了。
点击播放选项，就可以看见刚刚录制的动画了。
选择“时间控制”选项，可以调节时间的长度，来进行构建动画的时间长短。
5、进行渲染
在命令栏中选择“渲染”，点击渲染，出现对话框，如要生成动画，就选择“范围”，设定起始帧与终止帧，定义输出大小，也就是分辨率，选择保存文件格式，进行渲染。
如要生成一张图片，则选择“单帧”进行渲染。
6、保存与更改
保存文件，然后与参照物进行对照，修改制作出的几何体的参数，进一步更正与完善模型的制作，使之符合教学与课堂讲解的要求，达到提高教学质量的目的。
制作完成如图，
图3、正视图
图4、顶视图
图5、右视图
八、总结
机械制图虚拟模型库的应用及体会实践证明,机械制图虚拟模型库与现代网络技术的结合,充分体现了网络时代的优越性。
借助计算机虚拟模型的帮助,在授课中的一些重点问题如:
截交体、相贯体、组合体、剖视图等内容清晰、生动、形象地展示在学生面前,难点变得容易理解,学生的感性认识增强了,所获得的信息量也增大了。
另一方面,学生可以通过网上浏览,进行自主性地学习和复习,在提高自学能力的同时开阔了解题思路,同时培养和发展了他们的观察力和想象力,使得他们能够更快、更好地掌握这门实践性很强的课程。
现有机械制图虚拟模型库还不够完善,仍存在一些问题需要解决,如素材不够理想、模型数量有限等,但是机械制图虚拟模型库的应用前景是非常广阔的,它的建立将有利地推动教学方法的改革，为现代化教学提供更多的方便。
致谢：
本论文是在XXX老师的指导下完成的，在此表示衷心的感谢。
XXXX老师不仅以渊博的学识和严谨的治学态度指导着我的学业，更以开阔的胸襟孜孜不倦地指导着我不断完善个人品质。
感谢学院的各位领导给予的支持和帮助。
感谢我的班主任XXX老师，感谢XXXX这个大家庭以及在实验室里学习的兄弟们给予我的帮助。
参考文献:
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