机械制图课程教学模型三维立体动画库的开发与应用

蒋信宝

摘 要：本文介绍利用Creo Parametric软件强大的三维造型功能以及eDrawings实时动态观察、标注评述、截切等功能来实现机械制图课程教学模型三维立体动画库的开发与应用，为机械制图课程任课教师提供一种快速制作三维动画教学课件，并能随心所欲地运用到实际教学中，从而增强学生的空间想象力和思维能力。

关键词：机械制图 教学模型 三维立体动画库 开发 应用

一、背景

机械制图是工程技术人员必须掌握的一门重要专业基础课。课程的主要任务是培养学生具有一定的空间想象力和思维能力及绘制和识读机械图样的能力。之所以把空间想象力放在首位，是因为它决定了学生能否绘制和识读工程技术图样。那么如何提高学生的空间想象能力和思维能力？传统的教学模式是教师根据所讲内容事先准备好教学模型和挂图，上课时带到教室讲解。且不说对学生有多大吸引力，就机械制图教材、习题中图形多，教学模型重，挂图容易损坏，更何况教材又经常改变，模型和挂图也要随之改变等诸多因素带来不便，就让教师疲于应付。另外多媒体教学在国内应用已有很长时间，许多学校都先后开发了机械制图多媒体教学课件。这些教学课件在内容、形式上是相当不错的，并在一定范围内进行了推广，但也存在一些不足：第一，难以适应多层次听课对象的要求。因为专业不同，要求学生掌握的深浅程度也就不一样，再加上学生之间的基础和学校之间也存在着差异，采用同一种多媒体教学课件不可能满足各类学生的需要。第二，目前已有的多媒体教学课件限于某一种模式，使任课教师的课堂教学受到阻碍，从而教师受课件的制约，使教师根据学生对象进行自我发挥的能力受到了严重的限制。任课教师多年积累的教学经验也受课件的制约而得不到充分发挥。机械制图课程教学模型三维动画库的开发和应用，实际上是利用Creo Parametric软件强大的三维建模功能和eDrawings方便的实时动态观察、标注评述、截切等功能为机械制图课程任课教师提供了一种根据所教专业开发自己的教学模型三维立体动画库，并根据学生现有基础等具体情况，结合笔者已积累的教学经验运用具有自己特色的多媒体教学课件。

二、总体分析

1.资源配置

（1）教学硬件要求。多媒体教室一间或多媒体演示厅一间。

（2）教师知识要求。能熟练操作电脑，熟练运用eDrawings软件，能用Creo Parametric完成一般三维建模及相关操作，熟悉机械制图教学及Camtasia软件等。

（3）Creo Parametric、eDrawings、Camtasia系统配置和要求。

最低硬件要求：显存1GB以上，CPU 64位双核以上，主频3.2GHz，缓存6M，内存1GB以上，硬盘空间50G以上。标准软件要求：WindowsXP/Windows8/Windows10。

2.基本工作原理框图（见图1）

3.点、线、面、体在Creo Parametric中的实现

（1）用小圆球抽象为点。

（2）用长圆柱体抽象为线。

（3）用薄片抽象为面。

（4）几何体（含装配体）直接创建。

（5）对具体某线条、某个面，可用着色、渲染加以突出。

4.Creo Parametric主要特点及功能

Creo Parametric是整合了PTC公司的三个软件（Pro/Engineer的参数化技术、Co Create的直接建模技术和Product View的三维可视化技术）的新型CAD设计软件包，针对不同的任务应用将采用更为简单化子应用的方式，所有子应用采用统一的文件格式。目的在于解决CAD系统难用及多CAD系统数据共用等问题。其方便快捷的实体造型（简单灵活多渠道的造型方法，显得更为自然，更为直观，如同小孩堆砌积木一样）、组装造型（在完成全部三维零件创建后，通过相互约束进行零件组合，完成三维机器的装配图和分解图）、三维实体的渲染和着色（可对零件进行着色和渲染及对轮廓线、面进行着色，以区分不同的线、面特征，且富有感官效果）等功能赢得用户的一致好评。

5.eDrawings主要特点及功能

eDrawings可提供点击式动画等独特功能，使任何拥有计算机及智能手机的用户均可以轻松打开和操作2D和3D设计数据，以方便交流、沟通。

eDrawings除了与Windows一般软件有一样的特点和功能外，它还有其他几个特殊功能，如插入横断面、移动零部件、爆炸视图、添加标注、视图查看、添加密码等功能，对机械制图教学极为有用。

三、设计与实现

1.机械制图教学模型分类设计（见图2）

2.安装Creo Parametric软件及eDrawings Publisher for Pro/Engineer

先安装Creo Parametric，再安装外挂eDrawings Publisher for Pro/ Engineer。eDrawings Publisher for Pro/ Engineer在Creo Parametric应用程序中以eDrawings菜单出现，如果不需要自己创建三维立体模型，仅使用已有的三维立体模型时，只需安装eDrawings应用程序即可。

3.创建三维立体机械制图教学模型

由于机械制图中的教学模型比较简单，绝大多数立体模型只需拉伸、旋转、扫描、布尔运算、倒角、圆角、渲染等几个指令即可完成三维立体的创建，对教师的要求不高。复杂的零件则利用叠加和切割反复创建 ，如同小孩堆砌积木一样。所以较复杂的零件和装配体均可利用Creo Parametric创建实体。

（1）图3～图11所示的模型创建步骤。

①创建文件名。依次点击文件→新建→零件（类型）→实体（子类型），输入01（文件名）→确定。

②创建底板。点击拉伸→放置→定义→选取草绘面（RIGHT/TOP/FRONT）→草绘→草绘视图→矩形（在窗口绘制矩形，修改尺寸至200*150）→确定→输入厚度50→勾选，完成底板的创建（见图4）。

③竖板创建。鼠标拾取底板后面作为草绘平面，点击拉伸→草绘视图→梯形（在窗口上绘制梯形，修改尺寸至要求）→确定→输入厚度50→勾选，完成竖板的创建（见图5）。

④倒圆角创建。点击倒圆角→输入圆角大小30→选择倒圆角棱边→勾选完成（见图6）。

⑤渲染着色。点击渲染→外观库→选色（我的外观）→红色→选上色面→鼠标中键确定（见图7）。图9、图10所示的模型创建方法类似。图11所示则先创建零件，再进行装配、爆炸操作。

（2）立体教学模型。在Creo Parametric下拉菜单中单击eDrawings，然后选择：

①出版：以eDrawings文件显示打开eDrawings Viewer（浏览器）。根据文件类型的不同而从这些选项选择：a.随工程图输出上色数据（仅对于工程图）。在出版的eDrawings文件中保存工程图文件中的上色数据。b.面片化品质。控制面片化量，低设定量小但不太准确，而高设定更精确，但文件量较大。c.允许收件者测量。激活此模型，则可允许其他eDrawings Professional用户测量。

②保存：显示eDrawings保存对话框。若想以密码保护eDrawings文件，选择打开文档要求密码，然后输入并确认密码，即可使用eDrawings Viewer（浏览器）来观阅eDrawings文件。

③批量发布。将多个CAD文件转换成eDrawings文件。显示eDrawings Batch Publisher（批量出版程序）对话框。对生成的三维立体教学模型按照模型库要求分门别类，便于今后使用。

务必注意，从Creo Parametric零件、装配体、或工程图文件生成eDrawings零件（*.eprt）、装配体（*.easm）、及工程图（*.edrw）文件，后缀名一定要正确，否则无法打开。

4.应用三维立体动画教学模型

通过eDrawings打开零件（*.eprt）、装配体（*.easm）。

视图功能：

（1）插入横断面。可以生成XY平面、YZ平面、XZ平面及面平面等各种横断面平面来观零件和装配体文件的横断面。同时可以进行反转、正视于平面、显示平面、显示顶盖等操作。

（2）移动零部件。可在装配体文件中，或在装配体的工程图文件中移动单个零部件。eDrawings浏览器忽视配合，允许完全自由度。还可移动整个子装配体。

（3）标注文件。可根据需要在零件、装配体、工程图上标注相关注解，然后保存文件即可。

（4）爆炸视图。使用零部件标签上的爆炸/解除爆炸工具在爆炸和解除爆炸状态之间切换。当模型爆炸时，可使用所有的eDrawings Professional工具，如移动零部件、测量、插入横断面，以及eDrawings动画、缩放、旋转、平移工具等。

（5）添加密码。当Creo Parametric应用程序发布eDrawings文件时，可指派一密码保护eDrawings文件。

当然，如果把对三维立体教学模型的操作用录屏软件Camtasia录制下来制作微课或者插入PowerPoint中也未尝不可。

四、小结

本文介绍利用Creo Parametric软件和eDrawings软件创建机械制图三维立体教学模型库的方法，并以一个典型的机械零件作为研究对象，用Creo Parametric功能实现建模、渲染、发布，再用eDrawings软件操作机械制图三维立体教学模型，以提高学生对机械制图学习的积极性、趣味性和直观性，构建其空间想象力和思维能力。本方法同样适合冶金、采矿、土建、电子、水利、航空、汽车、造船、化工、轻工等专业的制图课程。Creo Parametric对机械加工、模具专业的学生尤为重要，因为Creo Parametric本身就是一个功能非常强大的机械模具设计与制造为一体的软件。

参考文献：

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[6]陈光霞.eDrawings在《工程制图》多媒体课件中的应用[J].现代机械，2010（1）.

（作者单位：桂林电子中等专业学校）