基于特征分析的组合体读图方法探讨*

王小军

(河西学院物理与机电工程学院，甘肃张掖 73400)

0 引言

组合体是由多个简单基本几何形体通过叠加、挖切等方式构成的复杂形体。它简化了工程物体的工艺结构等次要结构，是具有工程物体主要形状特征的复杂几何形体，是对工程物体的抽象，是理想化的工程形体模型［1］。

组合体读图就是根据组合体二维平面视图想象出它的空间形状。由平面二维图形想出三维空间形体是制图学习者的重点和难点，也是培养空间思维能力最主要的途径。读图时应根据组合体的投影，结合正确的读图方法读懂视图。读图的基本方法是形体分析法，同时辅助以线面分析法等其它方法。工程物体一般都具有一些通用的和自身特有的工艺结构，从物体的结构特征入手，读图时抓住工程物体结构特征视图，读出组合体空间形状也是一种很有效的方法。

1 影响组合体读图的因素分析

1．1 投影理论知识的熟练程度

读图是在投影理论基础上的空间构思过程，是画图的逆过程，因此读图必须有扎实的投影理论知识，有投影理论做基础，才能正确的读组合体视图。主要的投影理论知识有:①三视图的形成及其投影规律;②各种位置直线和平面的投影特性;③基本几何体的投影特点;④截交线和相贯线的作图和投影性质。

1．2 读图方法的选择和合理应用

组合体组合方式多样，形体有简单有复杂，读图时根据具体的形体选择合理的分析方法往往可使读图变得思路清晰，简单快捷。读组合体视图的方法主要有形体分析法和线面分析法。形体分析法主要适合于叠加式组合体的读图，线面分析法主要适合于切割式组合体的读图。当然方法的选择不是唯一和确定的，在读图时往往以形体分析法为主，以其他方法为辅进行。有学者提出恢复原形法、辅助读图法、逆向思维法等［2］。

1．3 读图思维能力的差异

读图思维是人们认识视图与立体之间本质的内在联系，是从感性具体到思维抽象再到思维具体辩证的运动过程［3］。每个人都有自己独特的思维方式，个体间存在空间思维能力差异是必然的。当然人的思维如同人的认识一样，是一个不断丰富、完善和发展的复杂过程，通过不断的反复读图可以达到培养空间想象能力，提高读图思维能力的目的。

1．4 常见主要形体特征的熟练程度

掌握组合体上的曲面结构、孔、槽、缺口、连接板、支撑板、凸台、投影面垂直面、截交线、相贯线等结构的特征视图，会使组合体的读图变得更加快捷。

1．5 形体结构的繁简

形体结构的繁简并非以视图的线段多少来划分，其繁简以构成组合体的简单体多少以及他们之间的构成方式、相互位置来影响［4］。对复杂形体的读图就需要结合多个视图、多种方法来分析。

2 组合体读图的主要方法

2．1 形体分析法

形体分析法是假想把一个组合体分解为由多个简单基本形体组合而成，并分清各简单形体之间的位置关系和组合形式的一种分析方法［5］。是一种化繁为简、化难为易的分析思维方法。是组合体画图，读图、尺寸标注的最基本的方法。

应用形体分析法读图的基本步骤可概括为以下口诀:看视图，分线框;对投影，定形体;综合起来想整体。如图1所示，根据组合体三视图，想出组合体的空间结构。利用形体分析法可将主视图分为4个线框Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，用“三等关系”对各线框的投影视图进行分析，想象出各部分的形状，最后根据视图中各形体的位置关系，想象出组合体的空间形状。

图1 组合体形体分析法读图

2．2 线面分析法

线面分析法是指分析投影图上线、面的投影特性和相对位置，进而确定组合体形状的方法［6］。

应用线面分析法读图也可概括为:看视图，分线面;对投影，定形体;综合起来想整体的读图步骤。如图2所示，利用组合体的三视图确定组合体的空间形状。利用线面的投影特性，如类似性，实行性可在视图上找到主要的4个线框1、2、3、4，通过对投影分别应用特殊位置面的投影规律，得到侧垂面1，正平面2，铅垂面3和水平面4，再通过四棱柱的截切关系可以想出立体形状。

图2 组合体线面分析法读图

利用线面分析法虽然可以分析清楚各面的位置，但对于截切面较多，截交线多而复杂的形体用线面分析法清晰的想象出各面之间的空间位置关系，正确构思出空间形体也还是有一定困难。

3 基于特征分析的读图方法

3．1 形体特征

所谓特征是指可以作为描述事物构成特点的征象、标志等［7］。组合体的结构特征是组合体上的主要形体结构，也是区别于其它形体的重要特征。如曲面结构、孔、槽、缺口、连接板、支撑板、凸台、特殊位置的立体表面、截交线、相贯线等。这些结构特征有些是组合体的常见结构，也有些是区别于其它形体的特殊结构。抓住这些特征结构的视图，结合形体分析法读图，会使读图更快捷、容易。

3．2 形体特征分析思想

无论是简单还是复杂组合体都会有一些区别于其它形体的主要结构和重要特征。工程物体上这些特征主要有交线，特殊位置面和特征组合体特有的结构特征，在视图中这些特征会很清楚的得以表达，同时也是区别于其它形体视图的主要内容。在组合体读图时应从组合体结构特征入手，抓住这些特征视图进行辅助读图，使读图变得更有针对性。

特征分析思想的形成可基于三个方面。

(1)三维建模中的特征造型。创建草图建立了二维平面轮廓，通过添加特征创建形体三维模型，利用三维编辑修改实现复杂形体的建模［8］。利用特征造型的逆向思维可实现组合体的读图。如图3所示，通过两个视图分线框，存在线框分解不唯一和不合理的问题，若从三维特征造型逆向思维分析，以俯视图的正方形和圆为特征，对照主视图是通过拉伸特征形成，使读图变得简单。

图4中由于主视图完全一样，应从俯视图的特征入手，基于特征造型可以很容易的构思出立体的形状。同时还可以通过特征变换构思出方形缺口、半圆形凸台等组合体形状。

图3 组合体特征造型

图4 组合体特征造型对比

(2)视图中的特征轮廓线是组合体的重要特征结构。

如图5所示，在左视图中的斜线和三角形很有特殊性，这样对三视图可先不进行分线框，利用三等关系对投影可分析出立体表面的侧垂面和突出的三棱柱结构。

图5 组合体特殊位置面读图

图2 中利用特征分析法对左视图的特征斜线1"，通过对投影可得到斜线是平面1和平面3的交线。根据平面立体上斜的交线一定是两个投影面垂直面的交线，可得到平面1为侧垂面，平面3为铅垂面，从而可不进行线框的划分。

(3)工程物体的结构设计。在工程物体的结构中往往会有曲面(回转体)结构，孔(阶梯孔、通孔、盲孔、半圆孔等)，槽(通槽、燕尾槽、U形槽、V形槽、退刀槽、键槽等)、缺口(U形缺口、半圆缺口、方形缺口等)、连接板、支撑板、肋板，凸台、凹坑、倒角等。这些结构在视图中都有很明显和清楚的线框图形，不断积累很容易读出这些结构特征。

3．3 形体特征分析举例

根据图6所示三视图，构思组合体形状。根据特征分析法，可抓左视图中斜线、主视图水平U形缺口、俯视图中半圆形轮廓为主要特征，通过对投影可分析出侧垂面，前后贯通的水平U形缺口，上半部分半圆形缺口三个主要特征。同时对左视图的直角三角形虚线特征，对投影可得到斜坡面上向下挖出的方形缺口。组合整体的方形结构可得到图7所示的组合体形状。

图6 组合体特征分析法读图

图7 组合体模型结构

4 结语

形体特征分析法从工程物体的结构入手，抓住最能反映形体特征的视图，根据视图中的主要特征线，特征面以及组合体的结构特征读图，再结合形体分析法等其它读图方法，使组合体的读图变得更加清晰容易。形体特征法读图是在本人多年教学的基础上结合计算机三维建模方法总结提出的，在特征结构的分析上还要得到不断的完善，在实际的应用中还要得到不断的检验。

［1］ 邵世禄．形体分析法在组合体视图中的应用研究［J］．机械研究与应用，2008，21(4):54－56．

［2］ 韩丽艳，张孟政，丁 乔．复杂形体读图方法的研究与实践［J］．教学研究，2013，36(3):75－76．

［3］ 唐储建，龙 宇．读图思维的探析［J］．工程图学学报，2011(6):71－76．

［4］ 朱春耕．视图线框的构型方法在读图中的运用［J］．工程图学学报，2007(2):159－164．

［5］ 唐克中，朱同均．画法几何与工程制图［M］．第四版．北京:高等教育出版社，2009．

［6］ 许睦旬，徐凤仙，温伯平．画法几何与工程制图习题集［M］．第四版．北京:高等教育出版社，2009．

［7］ 续 丹．3D机械制图［M］．第2版．北京:机械工业出版社，2009．

［8］ 许睦旬．Inventor2009三维机械设计应用基础［M］．北京:高等教育出版社，2009．