《工程制图》虚拟模型库的开发和应用

周海迎，　史冬敏，　汤蒂莲

(1.东华理工大学 机械与电子工程学院，江西 南昌 330013；2.东华理工大学 建筑工程学院，江西 南昌 330013)



《工程制图》虚拟模型库的开发和应用

周海迎1，史冬敏1，汤蒂莲2

(1.东华理工大学 机械与电子工程学院，江西 南昌 330013；2.东华理工大学 建筑工程学院，江西 南昌 330013)

摘要：简述了虚拟模型库的设计思想和内容，介绍了应用参数化设计软件建立三维实体模型并导出二维视图的方法，利用eDrawing进行动态仿真，分析了虚拟模型库在工程制图教学中的优势与不足。

关键词：工程制图；虚拟模型库；SolidWorks；Dreanweaver

周海迎，史冬敏，汤蒂莲.《工程制图》虚拟模型库的开发和应用[J].东华理工大学学报：社会科学版，2016，35(1)：79-81.

Zhou Hai-ying，Shi Dong-min，Tang Di-lian.The development and application of virtual model library of engineering drawing [J].Journal of East China University of Technology(Social Science)，2016，35(1)：79-81.

工程制图是工科专业学生必须要掌握的一门课程，它对后续专业课程学习有着直接的影响[1-3]。随着社会不断发展，我国的大学普及率日益增长，然而大学生整体素质却在逐渐降低。对于工程制图这门课程，很多同学在学习中感觉很吃力。为了增强学生的空间想象和形象思维能力，教师在上课时采取了很多办法，比如向学生展示挂图，或者直接给学生展示实物模型，等等，这些方法在一定程度上增强了学生的感性认识，有助于学生掌握好工程制图这门课程。但同时这种教学方法存在一定的不足。首先，挂图信息的有限性往往不能满足教学内容的要求，教师每堂课向学生传达的信息量非常大，挂图无法全部表现出来；其次，挂图多次使用后会受到磨损，使挂图的信息变得不够清晰；最后，教师每次上课都要带着挂图，显然不是很方便[4]。

随着科学技术的发展，计算机技术和网络技术已经普遍应用于教学，结合现代的软件编程技术，很多教学突破了时间和空间的限制，变得更加有效和方便[4]。工程制图虚拟模型库是现代计算机技术和网络技术在教学中的典型应用，丰富了多媒体教学手段[5-7]。它信息量大、立体感足、携带方便，已然成为工程制图这门课程教学改革的重要方向之一。本课题利用了参数化三维造型软件及网页开发制作软件，设计和开发了针对工程制图教学的虚拟模型库。

1虚拟模型库的设计思想及内容组成

本文所设计的工程制图虚拟模型库中基本包含了工程制图教学内容中所需的所有模型。根据教学内容的重点和难点，将教学模型分为六大类，即三视图、截切体、相贯体、组合体、典型零件和装配体。利用计算机软件及多媒体技术制作形象逼真的虚拟实体模型，取代传统实物模型的制作、管理和使用。工程制图虚拟模型库中每个教学模块实现三维显示、二维表达及动态仿真功能。该软件能适应教师课堂教学、学生课前预习和课后复习等功能，并可辅助实践教学。模型库组织结构如图1所示。

图1　模型库的组成

2虚拟模型库的建立

2.1利用SolidWorks 2013软件建立模型库

现在主流的三维参数化设计软件包括SolidWorks、Pro/E、UG等，这些软件的特点是功能强大、简单易学，设计过程中易于修改。本课题选用SolidWorks进行三维实体建模，主要应用该软件的拉伸、旋转、镜像等功能绘制出基本实体，然后运用倒角、挖孔、切槽、布尔运算等功能，建立各种复杂结构的实体模型。运用该参数化软件建立的实体模型，只要在草图中修改各个驱动尺寸，就能生成新的实体模型。建立的三维实体模式如图2所示。

图2　三维实体模型

2.2虚拟模型二维视图的建立

应用SolidWorks软件可以将建立好的三维实体模型直接转换成二维视图。在新建文件时，在工具栏选择“2D工程制图，通常属于零件或装配体”，然后载入事先准备好的三维实体模型，根据需要可以生成各种二维视图，包括基本视图、局部视图、斜视图、轴测图等，并且可以对二维视图进行尺寸标注。参数化三维设计软件中，三维视图和二维视图具有关联性，可以很方便地修改模型形状和尺寸。不论是修改三维模型还是二维视图的尺寸，都可以使二维视图和三维模型得以重新生成。

2.3模型的动态仿真

将建立好的三维模型保存为*.eprt格式文件。eDrawings可以在不需要安装其他CAD软件的情况下直接打开*.eprt格式模型和*.dwg格式二维视图。模型在该软件中打开后，可以像操作真实物体一样对模型进行移动、旋转、放大和缩小，让操作者从各个方位观察模型的外部结构和特征；也可以设置动画路径，使虚拟模型按照一定的顺序进行播放；还能应用“横断面”观察模型的剖视图，移动“横断面”亦可观察到不同位置的剖面和内部结构。eDarwings工作界面如图3所示。

图3　eDrawings工作界面

2.4利用Dreamweaver搭建网络学习平台

Dreanweaver是用来制作网页和进行网站管理的专业软件。工程制图模型库网络学习平台采用Dreamweaver软件来搭建。主界面根据教材内容设置六大模块，界面简单，学生操作方便。每个模块包含二维视图、实体模型及动态仿真。考虑到学生会利用网络平台进行课后练习，还专门设置了“习题解答”模块。虚拟模型库的主网页界面如图4所示。

图4　虚拟模型库主网页

3工程制图虚拟模型库应用于教学的主要优势

3.1模型丰富多样，更新方便

针对教学所选的教材，制作了配套模型。这些虚拟模型采用不同的材质显示，只要布置好场景，就能如实物一样向学生展示。应用简单操作，这些虚拟模型可以平移、转动、放大和缩小。对于外形和内腔复杂的模型，可以采用三维局部剖或者全剖的方式展现出来，加上一些动画效果，使原本抽象难懂的模型结构变得简单、形象、易理解。教学内容进行修订后，可以对模型形状和数量进行调整。对不同的教学对象调用不同的模型，使教学内容和方法更具有针对性。

3.2便于学生提前预习和课后复习

发布到局域网的虚拟模型库信息量大，各种视图表现手法多样，改变了传统教学方法的单调模式。学生可以通过网络远程操作虚拟模型库，做好课前预习和课后复习。在练习课后习题遇到疑难点时，学生可以在模型库中找到与之相对应的模型，通过对模型的认真观察，增强感官认识，加深理解，从而解决问题。工程制图教学中，把虚拟模型库与网络技术结合起来，拉近了教与学两个重要环节的距离，突破了传统教学方法在时间和空间上的限制，是网络时代优越性的完美体现。

3.3方便携带，降低教学成本

可以把信息量庞大的虚拟模型库保存到U盘，方便教师携带。传统的实物模型库需要有储藏地，需要专人进行管理，教学投入较大，在教学中常常存在损坏和丢失的现象。虚拟模型库内容丰富，不再需要专门场地和专人管理，当教学内容发生变化，只要对其进行简单更新即可。从某种意义上来说，虚拟模型库既方便了教学又降低了教学投入。如此便可以将有限的教学资源应用于更加需要的地方。

3.4有助于实践教学

现代社会用人单位普遍反映毕业生的动手能力较差，其中一个主要原因就是专业教学中实践与理论存在一定的脱节。目前，实践教学已然成为现代高校教育改革的重点之一。对于大部分工科学生需要参与的拆装和测量实践，传统教学过程往往受到模型品种不全及数量不足的限制，很大程度上影响了实践的教学效果。应用虚拟模型库，教师可以在机房指导学生利用三维软件提供的功能对模型进行拆装和测量，再利用二维绘图软件完成零件图和装配图的绘制。学生回到宿舍后还能通过网络继续进行虚拟练习，待学生掌握基本技能和测量方法后，再引导学生进行实物拆装和测量。小范围的试验教学表明，这种模式灵活方便，能提高教学效率及教学效果[8]，充分调动学生积极性，使学生对这门课程产生浓厚的兴趣，变被动接受为主动学习。

4结论

把虚拟模型库应用于工程制图的授课中，丰富了现代教学方法。逼真的虚拟模型提高了学生的空间想象力，使原本让学生难以理解的截交线、相贯线等内容变得清晰易懂，教学效果明显。当然，虚拟模型库也还存在很多不足的地方，比如文件较大，网上传输较慢等，这些需要在后续的工作中逐步改善。最后，希望虚拟模型库能够得到推广，为广大师生服务。

[参考文献]

[1] 刘颖.基于SolidWorks的机械制图虚拟模型库的建立[J].装备制造技术，2014(12):189-191.

[2] 边巍.基于SolidWorks机械制图虚拟模型库的开发[J].机电技术，2011(5):164-165+168.

[3] 孙小燕,汪列隆.三维虚拟模型库对机械制图教学的有效性研究[J].池州学院报，2015,29(2):152-153.

[4] 张建文.Proteus在电子类实验教学中的应用[J].东华理工大学学报：社会科学版，2013(4):481-484.

[5] 王成刚，赵奇平，游险峰.对虚拟模型尺寸测量方法的探究[J].图学学报，2014,35(2):290-295.

[6] 周艳华,史佩,高华军.工程制图课程教学方式方法浅谈[J].教学研究，2015,38(4):83-86.

[7] 王炳达,许琪,姚文亮,等.工程制图虚拟模型库研究与设计[J].机电信息，2014(15):140-141.

[8] 江霞.数字媒体专业教学模式优化设计与实践[J].东华理工大学学报：社会科学版，2015(1):82-84.

收稿日期：2015-09-16

基金项目：江西省省教改项目“工程制图虚拟模型库的开发与应用”(JXJG-13-35-4)。

作者简介：周海迎(1977—)，男，湖南邵阳人，讲师，博士研究生，主要从事聚合物成型机械设计及原理相关研究。

中图分类号：G642

文献标识码：A

文章编号：1674-3512(2016)01-0079-03

The Development and Application of Virtual Model Library of Engineering Drawing

ZHOU Hai-ying1，SHI Dong-min1，TANG Di-lian2

(1.SchoolofMechanicalandElectronicEngineering，EastChinaUniversityofTechnology，Nanchang330013,China；2.SchoolofCivil&ArchitectureEngineering，EastChinaUniversityofTechnology，Nanchang330013,China)

Abstract:This paper briefly introduces the design idea and content of the virtual model library, and introduces the application of parametric design software to build 3D solid model and the method of deriving 2D view, with dynamic simulation by using eDrawing. It analyzes the advantages and disadvantages of virtual model library in engineering drawing teaching.

Key Words:engineering drawing; virtual model library; SolidWorks; Dreanweaver