3D交互式軟件在車輛工程機械類專業基礎課中的應用

湯勇

摘要：針對車輛工程機械類專業基礎課中圖紙結構復雜、直觀性差、原理難理解等缺點，在教學中研究引入3D模型和交互式軟件輔助教學。本文以變速器傳動機構CAD模型為例，在Composer軟件基礎上制作互動式教學三維動畫，在傳統PPT課件中插入動畫資源，實現對零件進行標注、總成的組裝拆卸、視圖的任意切換等功能。通過新型互動式教學課件的開發，可加深學生對機械結構和原理的直觀性理解，避免教師枯燥的講解，激發學生的學習興趣，最終提升上課效率。

關鍵詞：車輛工程；機械專業課；3D互動軟件；Composer軟件

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）44-0082-02

一、引言

車輛工程專業要求學生系統學習和掌握機械設計與制造的基礎理論，具有機械和車輛產品設計、繪圖等實踐知識能力[1]。在目前車輛工程教學培養體系中，機械類專業基礎課，如《機械原理》《汽車構造》《汽車設計》等都是各高校車輛工程專業課程中的必修課程，對提高學生對于機械以及車輛的了解和認知起到關鍵作用。在上述機械類基礎課程學習過程中，教師在授課時難以通過板書、PPT以及語言描述去表達一些復雜零件和機械總成，這就會造成學生對機械構造和原理缺乏感性認識，課程顯得抽象和枯燥，不利于調動學生學習的積極性[2]。當然，在該類課程中可以結合實物進行輔助教學，但是同時也面臨以下問題：部分實物機械零件尺寸和重量太大，無法在課堂上進行展現；部分實物模型屬于精密安裝或不可拆卸，難以展示；實物模型成本偏高、實物更新換代速度較慢。因此，在機械類專業基礎課程中如何運用新式教學手段提高教學質量、豐富教學過程一直是廣大教師的研究課題[3]。

本文結合最新的計算機和信息技術，探討3D模型以及互動式軟件在車輛工程機械類專業課程中的應用，提升教學效率，激發學生學習興趣。

二、開發平臺簡介

3DVIA Composer是由達索公司開發的互動式圖形軟件[4]，可用于幫助研究機構或者企業創建并維護其產品電子文檔，如創建用戶手冊的數字化圖解說明、制作培訓資料、現場維護修理指導、裝配指導說明、在線文檔和客戶服務，以及其他能夠描述企業產品和流程的應用，可以方便地創建三維動畫，并且可輸出多種標準文件格式。Composer所用到的素材模型可以通過主流的CAD建模軟件，如CATIA、Solidworks、ProE進行創建[5]。通過3DVIA Composer中的3D動畫插件，可將制作好的交互式動畫無縫插入融合到PPT，可以使其直接在教學過程中進行實時瀏覽和操作。

三、交互式3D課件制作流程

（一）開發流程

1.根據授課內容制定課件開發任務，明確授課內容和需求。

2.編寫動畫腳本，定義流程、鏡頭、動畫內容、動作順序和交互性事件等。

3.制作3D模型，用CAD建模軟件根據工程圖或實物創建機械產品的3D模型，然后導出為Composer支持的文件格式。

4.根據腳本在Composer中制作裝配展示動畫。為機械元件添加顏色、材質。對零件進行剖切或透明處理，并添加名稱、尺寸標注、文字說明等。

5.導出動畫，制作好的交互式動畫課導出為多種格式，如可執行程序exe、PDF、網頁、視頻文件等。

（二）應用范例

本文以汽車變速器為例，構建互動式動畫教學實例。

1.導入模型制作裝配動畫。首先在CAD軟件中，如CATIA中建好機械總成裝配模型，導出為對應Composer支持格式。打開3DVIA Composer，加載CAD模型。在Composer界面中可對模型各個元件的顏色及透明度進行設置，對各零件名稱和尺寸進行標注。通過鼠標點擊、拖動可以對視圖進行變換，觀察模型不同部位以及細節，如圖1所示。在制作動畫時，可以為同一裝配模型制作多個視圖動畫，基本步驟如下：在軟件左側欄單擊“視圖”選項卡，再單擊最左邊的“創建視圖”按鈕，即可將每一次生成的爆炸圖都保存為一個視圖快照。根據腳本制作好動畫后，可將創建好的3D動畫文檔保存為smg文件供插件加載調用。

2.注冊控件，將動畫資源插入PPT。首先在系統中注冊控件，將Composer Player ActiveX.ocx 拷貝到 c：＼Windows＼system32，執行命令“regsvr32 c：＼Windows＼system32＼Composer Player ActiveX.ocx”。打開PPT，單擊菜單欄中的“開發工具”，點擊“其他控件”按鈕，在“其他控件”對話框中選擇“Composer Player ActiveX”，并單擊“確定”，當前幻燈片中會出現矩形框容器，在矩形框上右鍵點擊，在菜單中選擇“Composer Player ActiveX”對象，再選擇“Properties”菜單。在彈出的對話框中，在“File”一欄中選擇需要加載的smg文件，保持默認設置后單擊“確定”，完成動畫文件導入。

3.3D模型動畫的交互與互動。授課時放映上面創建好的PPT就可以演示3D模型動畫。通過交互式操作可以觀察模型細節，如通過右鍵旋轉模型，滾動滾輪進行放大縮小，按住中鍵拖動平移模型。通過窗口上面的工具欄可以實現更多功能。比如，選中其中的單個零件（齒輪或者撥叉軸），如果想要重點顯示模型的某一部位，可以使用Digger工具來剝落（隱藏）上面的角色以顯示被遮擋的對象，形成“透視圖”效果。還可以點擊三角形播放按鈕，播放事先定義好的運動動畫，如齒輪的旋轉等。

四、結語

充分利用3D模型和交互軟件進行輔助教學，具有直觀性強、互動性好、成本低、學生容易理解等特點，可有效避免傳統車輛工程專業中機械類課程學習的抽象性、枯燥性，激發學生興趣，大大提高課堂效率和教學效果[6]。但是任何事物都具有兩面性，雖然應用3D模型比純二維圖紙教學更加生動、直觀和方便，但其畢竟不是實物模型，因此在真實感、認知性等方面還是明顯不如實物。因此，3D模型和互動軟件可以作為教學輔助和補充，而并不是有了3D模型和數字化手段，就可以完全不用依賴于實物進行教學。教學過程中只有將3D數字化模型與實物模型融合使用，才能充分發揮各自特長，優勢互補，最終提高教學質量。

參考文獻：

[1]張新，李岳林，雷正保.車輛工程本科專業人才培養體系探索[J].科技創新導報，2009，（26）：164-164.

[2]席平，楊洋，王春潔.機械類課程實驗教學改革與實踐[J].實驗技術與管理，2010，27（7）：14-18.

[3]朱銀鋒.充分利用3D軟件提高機械設計教學質量[J].科技信息，2010，（1）：87-87.

[4]張志利，褚識廣，龍勇等.基于CATIA和3DVIA Composer的液壓元件虛擬裝配仿真[C]全國先進制造技術高層論壇暨制造業自動化與信息化技術研討會，2010.

[5]李大磊.3DVIA Composer工程應用基礎與實例[M].北京：化學工業出版社，2012.

[6]單鴻波，王曉紅，金怡等.3D模型庫在機械基礎課程教學實踐中的應用[J].東華大學學報自然科學版，2011，37（4）：535-540.endprint