基于CAXA三視圖教學(xué)動(dòng)畫的研究與制作

馬宏亮

無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇無錫 214121

三視圖是關(guān)于如何用正投影的方法把三維實(shí)體轉(zhuǎn)換為二維平面圖形方面的知識(shí)，它是制圖教學(xué)的開篇部分，也是機(jī)械制圖教學(xué)中至關(guān)重要的知識(shí)點(diǎn)。但由于學(xué)生空間想象能力的訓(xùn)練在三視圖教學(xué)前還沒有進(jìn)行，所以學(xué)生對(duì)由三維向二維轉(zhuǎn)換往往難以適應(yīng)。尤其是空間投影面的“展開”后，空間物體的前后方位反應(yīng)在平面視圖中為俯視圖的下、上及左視圖中右、左位置，學(xué)生在畫圖時(shí)往往會(huì)混淆。而傳統(tǒng)教學(xué)手段是采用黑板、掛圖和實(shí)物模型展示等，內(nèi)容以靜態(tài)為主，無法表現(xiàn)出三視圖形成這一動(dòng)態(tài)過程，而且由于學(xué)時(shí)有限，一般只能在一次授課中把三視圖的形成及畫法講完，多數(shù)學(xué)生不能完全掌握。唯一的做法是通過多做習(xí)題來揣摩、領(lǐng)會(huì)，這樣做的效果只能是事倍功半，學(xué)生學(xué)習(xí)也很吃力。

如果借助多媒體課件，利用電腦進(jìn)行動(dòng)畫模擬，不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，渲染教學(xué)氛圍，而且可以觀察到許多無法用模型、掛圖說明的動(dòng)態(tài)過程等。目前雖然也見到一些已開發(fā)的三視圖動(dòng)畫課件，但由于三視圖存在信息量大、信息的表達(dá)難度大，因此該類課件往往數(shù)量較少，制作難度大，需耗費(fèi)大量的時(shí)間和精力，有時(shí)效果也不盡如人意。有鑒于此，筆者根據(jù)多年制圖及三維軟件的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)了一種以CAXA實(shí)體軟件為平臺(tái)的快速制作三視圖教學(xué)課件的方法，用該方法制作的此類課件既可以用于教師上課講解，又可以為學(xué)生自學(xué)提供幫助。

1 CAXA實(shí)體軟件簡介

CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)是以智能圖素為主體、以獨(dú)特的三維球?yàn)橹饕僮鞴ぞ叩囊环N三維設(shè)計(jì)軟件，它易學(xué)易用，可以高效快速地完成零件的三維建模。由于該軟件無縫集成CAXA電子圖板作為2D設(shè)計(jì)環(huán)境，用戶可以在同一軟件環(huán)境下輕松進(jìn)行3D和2D設(shè)計(jì)，不再需要任何獨(dú)立的二維軟件。此外，它還具有智能動(dòng)畫功能，可以制作裝配、仿真等動(dòng)畫。正是基于CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)軟件的上述優(yōu)點(diǎn)，選用此軟件作為平臺(tái)來制作三視圖教學(xué)課件。

2 課件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 課件的設(shè)計(jì)思路

根據(jù)CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)軟件造型及動(dòng)畫特點(diǎn)，要完成三視圖課件的制作，必須按一定制作順序來進(jìn)行，其具體的設(shè)計(jì)思路如圖1所示。

圖1 設(shè)計(jì)思路圖

2.2 課件實(shí)現(xiàn)

要想成功地制作出三視圖課件，必須搞清各創(chuàng)建環(huán)節(jié)的制作要點(diǎn)。下面來講解該課件的具體制作方法。

1）投影面的建立及物體的三維建模。投影面的創(chuàng)建可通過CAXA設(shè)計(jì)元素庫中的長方體圖素來制作，但需注意的是3個(gè)投影面的定位錨必須設(shè)在3個(gè)投影面的交點(diǎn)上，這樣才能為后面創(chuàng)建三視圖的展開動(dòng)畫創(chuàng)造條件。接著要對(duì)創(chuàng)建好的3個(gè)投影面進(jìn)行復(fù)制，復(fù)制出的3個(gè)面是為了創(chuàng)建用于表達(dá)投影形成的遮罩動(dòng)畫。最后利用CAXA設(shè)計(jì)元素庫及特征命令來創(chuàng)建動(dòng)畫所需的其他三維造型，如投影物、投影箭頭等，注意所有用于創(chuàng)建動(dòng)畫的元素均必須為獨(dú)立的零件。此外，還可以通過CAXA軟件創(chuàng)建用于解釋說明的三維文字，并通過CAXA三維球來調(diào)整文字的觀看角度，效果如圖2所示。

圖3 三維轉(zhuǎn)二維操作界面

圖4 標(biāo)準(zhǔn)視圖對(duì)話框中三視圖設(shè)置

2）生成二維圖形及圖片。單擊CAXA軟件上方快速啟動(dòng)欄上的“新的圖紙環(huán)境”按鈕，進(jìn)入CAXA二維繪圖環(huán)境中；單擊功能面板上“三維接口”面板中的“標(biāo)準(zhǔn)視圖”按鈕，如圖3所示。

在出現(xiàn)的“標(biāo)準(zhǔn)視圖輸出”對(duì)話框中調(diào)入上面創(chuàng)建的三維圖文件，并對(duì)該對(duì)話框中的其他部分進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，如圖4所示。單擊“確定”按鈕就可獲得所需的三視圖。用抓圖軟件抓取3個(gè)視圖，注意視圖的抓取范圍要與其投影面的范圍一致，以確保隨后操作中各投影面的投影大小及位置正確。

3）創(chuàng)建空間各投影面的投影。將CAXA二維繪圖環(huán)境關(guān)閉，回到原先的三維繪圖環(huán)境，選中主視圖所在的投影面，右鍵選擇“智能渲染”命令，在彈出的“智能渲染屬性”對(duì)話框中作“貼圖”操作的設(shè)置，如圖5所示，最后單擊“確定”按鈕完成空間主視圖投影。

圖5 “智能渲染屬性”對(duì)話框中貼圖

圖6 三面投影效果圖

用同樣的方法完成其他兩投影面上的投影，效果如圖6所示。

4）創(chuàng)建及輸出動(dòng)畫。利用CAXA智能動(dòng)畫功能，為3個(gè)投影面的復(fù)制面添加移動(dòng)動(dòng)作路徑，創(chuàng)建用于表達(dá)投影形成的遮罩動(dòng)畫；接下來為3個(gè)投影面添加旋轉(zhuǎn)動(dòng)作路徑創(chuàng)建三視圖的展開動(dòng)畫，同時(shí)為投影物、投影箭頭、文字添加相關(guān)的動(dòng)作路徑；然后通過智能動(dòng)畫編輯器調(diào)整各元素動(dòng)畫的時(shí)間長度、播放次序等；最后對(duì)動(dòng)畫進(jìn)行渲染，并以AVI的格式保存。

3 結(jié)論

多媒體課件的研制是當(dāng)前許多圖學(xué)教育工作者的主要研究方向之一，利用多媒體教學(xué)，使原來在黑板講授時(shí)靜態(tài)的圖形及文字變成動(dòng)態(tài)，加大課堂上信息的傳播。上述用CAXA軟件制作三視圖動(dòng)畫的方法不僅簡單實(shí)用，而且容易掌握。用該方法制作的動(dòng)畫素材，可以將三視圖形成過程以動(dòng)畫的形式形象地展示在學(xué)生面前。實(shí)踐證明，使用該課件教學(xué)大大地提高了教學(xué)效率，培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和空間思維能力，收到良好的教學(xué)效果。此外，該課件的制作方法也可用于工程制圖中其他內(nèi)容的動(dòng)畫制作，并且特別適合課件中圖形案例的實(shí)時(shí)更新，以及制作出融合教師個(gè)人教學(xué)經(jīng)驗(yàn)、教研成果與特色的課件。

[1]錢可強(qiáng).機(jī)械制圖[M].北京：高等教育出版社,2007.

[2]呂志杰,丁明峰,等.CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)2011實(shí)例教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2012.