基于AutoCAD三维功能进行相贯投影的教学研究与实践

田福润，李力强

(长春工程学院机电学院，长春130012)

基于AutoCAD三维功能进行相贯投影的教学研究与实践

田福润，李力强

(长春工程学院机电学院，长春130012)

运用AutoCAD绘图软件的三维功能对制图课程重点内容相贯投影教学进行探索，充分利用AutoCAD软件提供的各种辅助工具，结合计算机辅助设计技术与传统的制图课程真枪实练的方式进行研究，提高了制图课程的教学效果。

AutoCAD;机械制图;相贯投影;计算机辅助设计;教学

一、引言

《工程制图》作为高等工科院校中一门重要的专业基础课，其主要任务是培养学生绘图、读图和图解能力，提高他们的空间想象力和空间分析能力。大学一年级学生在学习工程制图时，遇到的一个最大的困难是没有接触过生产实际，对于机械零件、机床设备以及机加工过程一无所知，教学难度较大。特别是一些形象思维相对较弱的学生，在面对一些结构比较复杂的制图习题时，往往消耗很长时间苦思冥想，不得其解，令教师亦要花费相当多的时间来批改作业。学生们特别渴望看到这些机件的实际形状，希望教师能安排更多时间答疑解惑。如何帮助学生由平面图形想象出机件的三维结构，一直是教学过程中的一个难题。在传统教学中采用的大多是实物模型、挂图、幻灯、录像等辅助教学用具，来帮助学生理解图形，这些方式繁琐、费时，效果也不佳。目前，这种教学模式已逐渐被CAI所替代。但从整体上看，目前各大院校所普及使用的多媒体课件大多还比较简单，只能生成静态图，缺乏生动性，特别是无法将整个思考、解决问题的过程动态地演示出来，对于学生创造性思维的能力、想象构形和设计能力的培养不利。随着CAD技术的发展，为工程制图教学提供了又一次变革的机会，特别是CAD软件系统中三维功能的提高，可使我们的教学再上一个台阶。

工程制图教学目前不外乎采用传统的教学方法和现代多媒体教学方法。对于传统教学方法，其弊端是教师教学手段单一;一般情况下挂图及教学模型不全，不宜调动学生学习的积极性;教师在黑板画图演示费时、费力、效果差。并且复杂图形很难表达，学生很难看清楚;课堂提供给学生的信息量较少等。而现存的教学演示式多媒体教学软件，交互内容有限，学生只能看到教师的讲课，而看不到教师做题的步骤和过程，没有体会到真枪实练的感觉，不利于学生接受等。

对制图课程的学习，需要真枪实练的方式才能收到较好的效果，而目前的多媒体教学研究还没有往这方面进行。

基于这样的认识，本文试图找到一种能将传统教学方法和现代多媒体教学方法联合起来，取其优势的教学方式和手段。为此，提出了《基于Auto-CAD三维功能进行相贯投影的教学研究与实践》的研究内容，针对普遍认为的教学难点相贯投影问题进行教学研究与实践。

二、AutoCAD功能特点与研究内容的相关性

通过分析研究，AutoCAD具有如下与研究内容相关的有效功能:

AutoCAD的图形绘制界面及图形绘制功能和图形编辑功能，代替教师上课时绘图的黑板、粉笔及黑板擦等;AutoCAD绘图的有效工具利用，如正交、捕捉、追踪等保证作图时的三等规律，代替绘图时的丁字尺和三角板等，这些工具有过之而无不及的作用;图层、线型、颜色，提高图形的视觉效果和控制显示内容等;三维造型功能，用以建立立体模型;三维实体编辑功能如:对实体的切割功能，代替我们需要的辅助截切平面;实体的渲染和着色功能，使建立的模型色彩丰富，利于观察和分析;立体图型的动态观察、轴测观察等，可以有将模型拿到手里的感觉;软件的视图显示功能，如局部放大功能等，使我们能够观察到模型的每一个细节;六个基本的方位投影，反映其实体的六视图等;多视口功能，如采用四个视口，分别显示三个方面的观测图和轴测图;从Auto-CAD开始提供的多文档环境，用户可以同时编辑多幅图形。利用多文档功能，平铺其立体和平面作图界面，进行参照绘图等;样条曲线绘制，可以方便地替代我们采用曲线板连接的相贯线。

三、三维CAD环境下的相贯线投影研究

相贯线是两立体表面的交线，包括:平面立体与平面立体相交、平面立体与回转体以及两回转体相交。其中，两回转体相交产生的相贯线通常是空间曲线，特殊情况时是平面曲线或直线，学生对这点较难理解与掌握。为解决这个问题，可以利用Auto-CAD2000的三维功能动态地演示两回转体相交相贯线的形成与变化。

下面以圆柱与圆锥相贯为例，说明问题的解决方法。

首先利用AutoCAD提供的三维造型功能，建立三维的圆柱圆锥相贯立体模型，然后采用3DMAX引入模型制作辅助截平面的截切动画，以电影文件的格式保存，课件的一页如图1。

图1 圆柱圆锥相贯立体模型

图1中左侧的图形为利用辅助截平面的截切动画;右侧图形为圆柱圆锥相贯立体模型的三个方面的观测图和轴测投影图。所有这些可以启发同学思路，利于分析问题。

利用AutoCAD作图及链接到AutoCAD作图界面，并调用三维的圆柱圆锥相贯立体模型，可以采用动态的三维观察器对模型进行动态观察。

采用软件的多视口功能将圆柱圆锥相贯立体模型的三个方面的观测图和轴测投影图平铺，对应于平面的三视图。

采用软件的多文档功能，调用基本的平面视图，采用垂直平铺的方式，将两个文档并列显示。如图2所示。

可以随时在其中任一文档中工作，如动态观察立体模型、绘制图形等。本例较简单，对于复杂的图形分析动态观察很有用。

在分析本例时，采用的是辅助截平面方法，截平面的选择通过分析以采用水平辅助截平面为宜。在AutoCAD中，可以用平行于底面(XOY)的平面对立体进行截切。

图2 圆柱圆锥相贯平面视图

确定这样的空间截切平面位置，在AutoCAD中只需找到该平面上的一个点即可，然而空间上的点较难找到。为此，事先建立了辅助的空间点，在圆柱的端面上绘制一条垂直的辅助线，并用等分点的方式将其分成若干等份(如8份)，对应的我们在平面图的主视图上也将相应的线段分成同样的等份，这样的点在AutoCAD中可以利用节点捕捉的方式很容易找到，在完成这些辅助工作后，具体进行分析时就很方便。如图3，我们捕捉了一个这样的点，确定了一个辅助的截平面，并且将截切的上半部分移走，得到了希望的截切形体;其余工作可以参照普通制图方法。重复类似工作，完成辅助截平面法的辅助作图过程。在利用辅助截平面法完成了需要的共用点(见图3中的辅助点)后，可用样条曲线连接，得到相贯线。另外，在作图的过程中，如能充分利用辅助的工具，如正交、捕捉、实体捕捉、实体追踪、图层、线型等，做起图来会得心应手。

图3 圆柱圆锥相贯画法

四、结论

在三维CAD环境下，工程制图课程课堂教学综合了传统教学方法和现代多媒体教学方法的优势，取长补短，探索出比较符合教育规律的教学手段。在为同学进行示范教学中，同学们对这样的教学方法很感兴趣，课堂效果好，课堂内容掌握较扎实，课后的作业完成得好。

这样的随讲随做的多媒体教学方法，满足了学生学习的听觉、视觉习惯，并且在教师上课时随教师的讲解，学生能够开动思维，符合教学规律，但对上课教师的要求较高，要求其熟练掌握AutoCAD的使用方法;课程之前需要做的辅助工作较多，个别问题做起来还很费时;部分同学找不到丁字尺和三角板绘图的感觉等。

［1］ 东岳创作室.AutoCAD2000实用宝典［M］.北京:人民邮电出版社，1999.

［2］清华大学工程图学及计算机辅助设计教研室.机械制图［M］.北京:高等教育出版社，1999.

［3］徐健.在工程制图教学中应用CAD实施创新教育［J］.工程图学学报，2002，(1):51 －54.

Teaching research and practice of intersecting projection with AutoCAD

TIAn Fu-run，et al.
(School of Mechatronics Engineering，Changchun Institute of Technology，Changchun 130012，China)

Explorationof intersecting projection is done with AutoCAD in this paper，all kinds of auxiliary AutoCAD tools are utilized fully，CAD technique is combined with traditional drawing's content，and teaching result is improved by practicing.

mechanical drawing;intersecting projection;CAD;teaching

G64

A

1009-8976(2011)01-0135-03

2010－12－25

田福润(1955—)，男(汉)，吉林伊通，副教授主要研究工程图学及CAD、工程机械CAE及控制等。