利用Visio繪制物理矢量圖形

鄧 楠 田時(shí)開 任 淦 羅 億

(中國民用航空飛行學(xué)院物理教研室 四川 德陽 618307)

1 引言

在物理教學(xué)中，如制作課件、出試卷、撰寫教研論文，常涉及大量物理圖形的使用，這些物理圖形以圖助文，以圖助教，彌補(bǔ)了語言文字表述的不足，如何高效快速地繪制物理圖形是廣大一線物理教師所關(guān)注的問題.在日常的教學(xué)工作中，Word中的繪圖工具被教師們廣泛使用[1,2]，還有教師擅長使用Windows自帶的畫圖工具或幾何畫板.利用上述軟件作圖，既有優(yōu)點(diǎn)，又有不足，總體上來說效果仍是差強(qiáng)人意.Visio是由微軟公司推出的一款專業(yè)繪圖軟件，出圖質(zhì)量高，且非常便于學(xué)習(xí)與使用.本文將結(jié)合實(shí)例，介紹如何利用Visio2003繪制物理矢量圖形.

2 Visio的主要特點(diǎn)及常用命令

Visio是由微軟公司推出的商業(yè)繪圖軟件，廣泛應(yīng)用于繪制流程圖、組織結(jié)構(gòu)圖等.它主要具有如下特點(diǎn)：

(1)作為Office中的一個(gè)組件，其工作界面與Word,PowerPoint等其他組件大體相同，操作相似，容易上手.

(2)有良好的兼容性，能夠較好地集成于Office其他組件中，如可直接在Word或PowerPoint中對圖形進(jìn)行修改.

(3)繪制出來的圖形是矢量圖，任意放大不會導(dǎo)致圖像失真，清晰度與分辨率無關(guān).

(4)拖放式的繪圖方式，用戶只需用鼠標(biāo)將選取的主控形狀從模具中拖放到繪圖區(qū)稍加處理即可完成大多數(shù)復(fù)雜圖形的繪制工作，方便快捷.

(5)Visio包含豐富的模具和主控形狀，涉及數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、機(jī)械等諸多領(lǐng)域，且如有需要，可自行創(chuàng)建新的模具和主控形狀.

(6)利用Visio圖形本身的透明填充，在PowerPoint里進(jìn)行疊加，可以實(shí)現(xiàn)如教室黑板上所類似的步進(jìn)方式教學(xué).

3 Visio2003的工作界面

Visio2003的工作界面如圖1所示，主要由“菜單欄”“工具欄”“包含形狀的模具”“繪圖頁”和“任務(wù)窗格”等構(gòu)成.應(yīng)用Visio2003繪制物理圖形，主要涉及以下工具和選項(xiàng).

圖1 Visio2003的工作界面

(1)“工具欄”中的“指針工具”“繪圖工具”“文本工具”.“指針工具”用于選擇、移動對象和調(diào)整對象大小.“繪圖工具”用于繪制各種形狀，單擊“繪圖工具”按鈕，則會顯示出“繪圖”工具欄，再單擊要繪制的形狀的類型對應(yīng)的工具，在繪圖頁上拖動鼠標(biāo)以繪制所需的各類形狀.若要停止繪圖，單擊“指針工具”即可.通過“繪圖工具”，可繪制出長方形、橢圓、線條、任意多邊形、弧形等各類形狀.“文本”用于添加文本形狀和選擇現(xiàn)有文本.

(2)“工具欄”中的“字體”“字號”“文字顏色”“線條顏色”“填充顏色”“線條粗細(xì)”“線型”“線端”等選項(xiàng).這些選項(xiàng)與Word中的繪圖工具相對應(yīng)的選項(xiàng)作用相同，這里就不做贅述了.

(3)“格式”菜單下的“填充”選項(xiàng).“填充”是對所選閉合形狀使用純色、漸變或圖案進(jìn)行填充.

(4)“形狀”菜單下的“組合”選項(xiàng)和“順序”選項(xiàng).“組合”是將多個(gè)對象結(jié)合起來作為單個(gè)對象移動并設(shè)置其格式.“順序”則是改變所選對象的疊放次序.

(5)“視圖”菜單下的“大小和位置窗口”選項(xiàng).選中該選項(xiàng)后，選擇一個(gè)形狀以查看和編輯有關(guān)該形狀的大小和位置信息，通過這個(gè)選項(xiàng)可精確控制所選形狀的大小和位置，在這一點(diǎn)上，Visio較Word中的繪圖工具有絕對的優(yōu)勢.

(6)“視圖”菜單下的“標(biāo)尺”“網(wǎng)格”選項(xiàng).選中這兩個(gè)選項(xiàng)后，繪圖區(qū)將顯示標(biāo)尺和網(wǎng)格，有助于更準(zhǔn)確地繪圖.

4 物理矢量圖形的Visio繪制

物理圖形被廣泛使用在物理教學(xué)中，這些圖形主要有以下特點(diǎn)：

(1)以二維平面圖形為主，較少涉及三維圖形.

(2)部分圖形雖然比較復(fù)雜，但往往是由長方形、圓形、線條等簡單圖形或小物塊、斜面、滑輪、導(dǎo)線、透鏡等常用圖元構(gòu)成，這些特點(diǎn)都有利于使用Visio快速高效地作圖.

4.1 簡單物理圖形的繪制

圖2是由Visio2013繪制的阻值為R的電阻，該圖由一個(gè)矩形、一條水平直線段、一個(gè)文本構(gòu)成.

圖2 阻值為R的電阻

其繪制步驟如下：

(1)由“繪圖工具”在繪圖頁上分別繪制出一個(gè)矩形和一條水平直線段.

(2)使用“指針工具”，分別以上述兩形狀為對象，粗略調(diào)整所選形狀的大小及位置；在“大小和位置”選項(xiàng)中，再對所選形狀的大小和位置進(jìn)行精確的調(diào)整.

(3)設(shè)置矩形和水平直線段的格式，調(diào)整“線條粗細(xì)”，設(shè)置疊放次序，將矩形“置于頂層”.

(4)使用“繪圖工具”錄入文本，并設(shè)置好文本的位置及格式.

(5)點(diǎn)擊“保存”，命名并保存為擴(kuò)展名為.vsd的文件，簡圖繪制完成.

綜上所述，用Visio2003繪制較簡單的物理圖形，大致經(jīng)歷“繪制幾何形狀”“調(diào)整各幾何形狀的大小和位置”“設(shè)置幾何形狀的格式并調(diào)整好疊放次序”“錄入文本，并設(shè)置好文本的格式和位置”“命名并保存”5個(gè)步驟.物理教學(xué)中常用的簡圖都可按上述方法繪制.

4.2 主控形狀和模具的創(chuàng)建

一些簡單的物理圖形，在繪制較復(fù)雜圖形時(shí)常常被多次使用，如圖2所示的電阻簡圖，在繪制電路圖時(shí)會反復(fù)出現(xiàn)，因此可創(chuàng)建一新的模具，并將該簡圖作為主控形狀保存在該模具中.Visio中的模具是指包含一類形狀的集合，模具中的形狀都具有一些共同特征，這些形狀可以是創(chuàng)建特定種類圖表所需的形狀的集合，也可以是同一形狀的幾個(gè)不同的版本.比如可將“電阻”“電流表”“電壓表”“開關(guān)”“電源”等物理元件的簡圖集合在一起，就構(gòu)成了“電路”模具,如圖3所示.又如可將“小物塊”“斜面”“彈簧”等簡圖組合在一起，就構(gòu)成了“力學(xué)”模具，如圖4所示.

圖3 電路模具

圖4 力學(xué)模具

所謂主控形狀，是指模具上可以用來反復(fù)創(chuàng)建繪圖的形狀[3]，比如“電路”模具中的電阻等原件的簡圖就是主控形狀.當(dāng)將某個(gè)形狀從模具拖到繪圖頁上時(shí)，該形狀就會成為該主控形狀的實(shí)例.創(chuàng)建主控形狀和模具的具體步驟如下：

(1)在“文件”菜單上，指向“形狀”，然后單擊“新建模具”.

(2)在繪圖區(qū)用“指針工具”框選整個(gè)簡圖，并拖入左邊新建的模具中，這樣就建立了主控形狀，單擊鼠標(biāo)右鍵，將主控形狀重命名.

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(3)單擊模具標(biāo)題欄上的“保存模具”圖標(biāo)，命名并保存為擴(kuò)展名為.vss的文件，模具創(chuàng)建完成.

除了創(chuàng)建主控形狀和模具外，還可以從微軟官網(wǎng)下載Visio科學(xué)圖形包，圖形包提供了數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)3個(gè)學(xué)科的近600多個(gè)常用的主控圖形，其中物理圖形包中有“測量工具”“磁學(xué)”“電路圖”“電氣實(shí)驗(yàn)設(shè)備”“光源和光波”“滑輪和杠桿” “平面鏡、透鏡和棱鏡”“實(shí)驗(yàn)裝置”“運(yùn)動運(yùn)輸工具”等9個(gè)模具.

4.3 主控形狀疊加法對較復(fù)雜物理圖形的繪制

圖5和圖6是由Visio2003繪制的較復(fù)雜的物理圖形，圖5中的圖元，如“小物塊”“彈簧”和“地面”的簡圖已包含于如圖4所示的力學(xué)模塊中，圖6中的圖元也包含于已創(chuàng)建的模塊里，其中“手”的簡圖調(diào)用的是微軟科學(xué)圖形包內(nèi)的物理學(xué)科“運(yùn)動”模塊中的主控形狀，這樣利用主控形狀的疊加可方便快捷地繪制出較復(fù)雜的物理矢量圖.

圖5 較復(fù)雜的力學(xué)部分物理圖形

圖6 較復(fù)雜的電磁學(xué)部分物理圖形

具體步驟如下：

(1)用鼠標(biāo)將相關(guān)模塊里相應(yīng)的主控形狀從左側(cè)的形狀窗口拖入繪圖區(qū).

(2)用“繪圖工具”繪制其他缺失的圖形.

(3)用“指針工具”和“大小和位置”選項(xiàng)，調(diào)整各圖形的大小和位置.

(5)命名并保存為擴(kuò)展名為.vsd的文件，較復(fù)雜的插圖繪制完成.

利用模具中主控形狀的疊加方法，即使面對比較復(fù)雜的物理圖形，也可在3～5 min內(nèi)繪制完成.因此在繪制物理圖形時(shí)，可有意識地考慮某些會多次復(fù)用的圖形，將這些高頻復(fù)用圖形在模具中添加主控形狀，這樣隨著模具中主控形狀的增多，繪圖的效率也會大大提高.

5 Visio制圖中的注意事項(xiàng)

5.1 軟件使用版本問題

Visio現(xiàn)已有6個(gè)版本，其中2003版和2007版為傳統(tǒng)的下拉式菜單用戶界面，自2010版起，Visio采用了Ribbon界面(即Microsoft Office Fluent界面)，由新的功能區(qū)取代了以往版本的命令工具欄，并以選項(xiàng)卡的方式將各項(xiàng)命令進(jìn)行分組.就繪制物理矢量圖形而言，各個(gè)版本在功能上差異不大，皆可滿足繪制要求.2003版和2007版的用戶界面對于繪制物理圖形更加便利，且微軟只針對這兩個(gè)版本推出了科學(xué)圖形包，因此繪制物理矢量圖形首選2003版和2007版.

5.2 物理圖形在Word或PPT中的嵌入及修改

教學(xué)插圖繪制完成后，可將其插入到Word或PowerPoint中使用.用指針工具框選整個(gè)圖形或按鍵盤“Ctrl+A”鍵全選圖形，然后按“Ctrl+C”鍵復(fù)制圖形，粘貼時(shí)使用“選擇性粘貼”，在彈出的對話框中點(diǎn)選“Microsoft Visio 繪圖對象”，以確保粘貼插圖后的文檔在打印時(shí)“所見即所得”，切勿直接粘貼.嵌入至Word或PowerPoint的圖形需要修改時(shí)，可直接右鍵點(diǎn)擊圖片，點(diǎn)選 “Visio對象”，再點(diǎn)擊“編輯”即可.

5.3 Visio2016版無法輸入中文的問題

Visio2016(64位)存在在Win10部分版本下無法輸入中文的問題.解決方案一是將文字輸在Word或記事本中，再復(fù)制粘貼到Visio的文本框里；另一種解決方法是采用微軟必應(yīng)輸入法.

5.4 物理量和單位的規(guī)范使用問題

“量和單位”的規(guī)范使用有強(qiáng)制性系列國家標(biāo)準(zhǔn)(GB3100-3102-93).比如計(jì)量單位用外文字母正體，又如切向加速度at(不用at或a)，再如輪A(這里指整個(gè)輪子的名稱不代表輪上的特定點(diǎn)；但是如果要借用輪心C命名該輪子，則要用斜體C，因?yàn)檫@里C有雙重功能，既表示名稱，又表示特定位置，位置是變化量，用斜體)[4]，這些都是在繪制物理圖形時(shí)，容易忽略的問題.關(guān)于“物理量和單位”的規(guī)范使用，須參照國家標(biāo)準(zhǔn)或參考相關(guān)文獻(xiàn).

6 結(jié)束語

綜合上述實(shí)例可以看出，利用Visio繪制物理矢量圖形，較Word中的繪圖工具，不僅具有更好的出圖質(zhì)量,而且更加高效快捷，特別是利用模具中主控形狀疊加的這一方法，可推廣至如化學(xué)、電路等課程中存在大量復(fù)用圖元的教學(xué)插圖繪制中去，值得向教師們推薦.