基于应用能力培养的组合体读图方法研究与实践

唐 燕

（青海民族大学 交通学院，青海 西宁 810007）

基于应用能力培养的组合体读图方法研究与实践

唐 燕

（青海民族大学 交通学院，青海 西宁 810007）

阐述了在读组合体的视图中应用AutoCAD将静止的二维草图向三维实体动态过渡，提出了基于形状、位置等特征的形体分析法的人工思维过程通过三维造型形象地表现出来，从而提高学生的图形表达能力和工程实践能力。

特征；思维；三维造型；应用能力

工程制图作为工程教育中实践性非常强的专业基础课，不但要以培养学生的绘制和阅读工程图样能力为目标，更重要是要培养学生图形表达能力，工程实践能力，创新能力［1］。读图的主要任务是通过看已知的视图，进行投影分析想象出物体的实际形状。读组合体的视图历来是工程制图课教学的重点和难点，也更能训练学生的空间想象力和形象思维能力。

随着计算机三维造型技术的飞速发展，三维实体设计软件以其形象直观、简便易学、快捷精确的特点，越来越受到广大师生的欢迎。因此，教学中应用学生接触最早、使用最熟练的AutoCAD软件，从二维草图到三维实体建模，将组合体读图中运用形体分析法的人工思维过程通过三维造型形象地表现出来，以提高教学效率和效果。

一、阅读组合体三视图的方法

阅读组合体视图常用的两种方法是：形体分析法和线面分析法。

（一）形体分析法读组合体的视图

绘图是将空间物体用一组视图表示出来，即由“物”到“图”的过程；而读图则是由“图”到“物”的过程，即需要根据一组视图想象出空间物体的结构形状。用形体分析法读图时，一般先从反映组合体特征最明显的视图着手，把一个视图分解为几个封闭的线框，并按照投影关系联系其他视图，逐个找出每个基本几何体在其它视图中对应的投影，初步想象出每一部分所代表的形体的几何形状、相对位置及其组合形式，最后再按照组合体的组合方式综合、归纳想象出该组合体的整体结构和形状。

（二）线面分析法读组合体的视图

在用形体分析法读组合体三视图时，对较复杂的组合体（尤其是切割体）或局部结构，要在形体分析的基础上，配合线面分析法。即将难读懂的结构分解为若干线、面，明确视图中一些图线及封闭线框的含义，分析并确定其在组合体表面的形状、表面之间的相对位置、表面与表面之间的交线等特征，来帮助读懂这些局部的结构形状，从而想象出组合体的形状。将这两种方法概括为：看视图、找特征；分线框、对投影；识形体（识线面）、定位置；综合起来想形状。

（三）组合体视图上图线与线框的含义

组合体各个视图上的各种图线或封闭线框可能表示立体的：棱线、素线、积聚线；单一面、复合面、穿孔结构。

相邻的封闭线框可能表示立体的：相邻两个面前后错位；相邻两个面相交。

视图中线框中的线框可能表示立体的：凸台；凹台；最内（小）线框通常极可能是穿孔结构。

明确组合体视图上的各种图线或封闭线框的含义，可以帮助我们分析和了解组合体的形状特征，再结合位置特征，“拼装”组合体的形状。

二、阅读组合体三视图的要点及步骤

空间任意一个三维形体都具有三个坐标方向上的形体信息。而每一个二维的视图上却只能反映两个方向的信息，即在投影的过程中，与投影方向平行的那个方向上的信息丢失掉了。读图就是根据已知的视图，在头脑中还原投影时所丢失掉的信息，从而想象出物体的三维形状的过程。

（一）读图时的注意点

1.注意层次。读图时应借助投影关系，利用其他视图，判断它们的空间状况。

2.注意倾斜平面的相仿性。即利用其投影的边数相同，凹凸性相同这一性质帮助读图。

3.注意线段的平行关系。在某视图上的两平行线段，一般在另外的视图上应当平行。

4.注意线段的有效点。一个视图上线段的有效交点一定可以按照投影关系在其他视图上找到下落。

5.注意圆的象限点。圆的象限分界点所在的位置在另外的视图上一般应有界限素线的投影存在［2］。

因此，在阅读组合体三视图时，要时刻注意和运用三个关系，分清层次。一是投影规律，即“长对正、高平齐、宽相等”；二是各组合体中各几何要素之间的相对位置关系，即前后、左右、上下位置关系；三是组合体中各几何要素与三视图中各图形要素之间的对应关系。

（二）读图的步骤

1.看视图抓特征。

以主视图为主，配合其他视图，进行初步的投影分析和空间分析；找出反映物体特征较多的视图，在较短的时间里，对物体有个大概了解。

2.分线框对投影。

参照特征视图，分解形体；利用“三等”关系，找出每个部分的三个投影，分别想象出它们的形状。

3.线面分析攻难点。

对于一些较复杂的组合体，特别是由切割体组成的形体，在用形体分析法完成以上读图过程后，需要采用线面分析法进一步分析视图中的难点，分清层次错落，即“形体分析看大概，线面分析看细节”。

4.综合、归纳想整体。

在看懂每一部分形体的基础上，进一步分析它们之间的组合方式和相对位置关系，在各形体的相对位置和各线框表达的结构确定后，判断它们的组合方式（叠加或切割）和相对位置（上下、左右、前后），最后，把各基本形体的形状、位置、组合形式等读图信息综合、归纳，从而想象出组合体整体的结构形状［3］。

这一读图的过程与人的大脑对形体的形成认识过程的思维模式完全相同，直观而自然，可轻易完成从平面图形到三维实体的构建转换，直观形象地展示人脑对形体逐步构建的过程。

三、应用AutoCAD读组合体视图实例

（一）AutoCAD的三维建模方法

所有组合体都是由简单的基本几何体通过一定方式组合而成，无论哪一类组合方式的对象都是基本几何体。因此三维模型的建立通常可通过两种方式实现：一种是在基本形体的基础上进行叠加、切割；另一种是先绘制平面图形，然后将此平面图形构成面域，再将其沿高度方向拉伸成型，或旋转成型；经布尔运算，即交、差、并运算完成构型［4］。

下面以图1所示组合体三视图为例，详述以AutoCAD为工具，围绕特征视图分析及构建其空间结构的过程。

图1 组合体的三视图

图2 形体的分解图

（二）围绕特征视图，遵循层次分析的思维方式

反映形体或某一部分结构特点的视图称为特征视图。一般来说，主视图是反映组合体的整体形状特征的视图，但对于某个局部结构来说它的形状特征并不一定在主视图上，如图1中线框1、2的特征视图为主视图，而线框3、4的特征视图为左视图。

读图1主、左视图可将组合体分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个形体。形体Ⅰ在下；形体Ⅱ在形体Ⅰ上靠后；形体Ⅲ在形体Ⅰ上、形体Ⅱ前中位置；形体Ⅳ在形体Ⅰ的左前位置。形体的分解图如图2所示。依据主视图上的两个同心圆及投影关系，在左视图上找出与之对应的投影，即可

看出形体下部是一轴线水平放置的圆筒，如图2（a）；从主视图上与大圆相切的线框，可在左视图上找到与之对应的投影，由此可知圆筒的上部是一四棱柱形支承板，如图2（b）。从左视图上的三角线框，可在主视图上找到与之对应的投影，由此可知在圆筒的上面支承板的前面有一三棱柱形肋板，如图2（c）。从左视图上的半圆线框，可在主视图上找到与之对应的投影，由此可知形体的左边是半圆柱形凸台，里面有圆孔，如图2（d）。

通过以上分析，即可确定各部分的形状。再依据三视图给出的位置特征，如形体Ⅳ和形体Ⅰ的轴线正交，故两形体表面有相贯；形体Ⅱ左、右两侧面和形体Ⅰ的外表面相切，平滑过渡相切处不画线，形体Ⅱ的后表面和形体Ⅰ的后端面平齐，分界处也不画线；形体Ⅲ左、右两侧面与形体Ⅰ的外表面相交，其交线为直线，形体Ⅲ上的斜面也与形体Ⅰ的外表面相交，其交线为椭圆。综合上述关系即可想象出完整组合体的形状。

（三）在AutoCAD中具体化、形象化读图思维过程

在AutoCAD中由二维图形生成三维模型，应先从反映形状特征的视图入手进行建模，建模过程同读组合体视图的思维过程一致。在教学中讲解建模方法，可使抽象的问题具体化，建立空间感，促进学生对所学知识的理解和掌握，更能激发学生学习更多AutoCAD软件的新功能、新技巧。

组合体创建的具体过程如下：

步骤2：按§4.2中分析的特征视图依次建模。一般遵循先大后小，先外后内，先上后下；先实后虚，先“并”、“交”后“差”等构型原则。主视图中虚线代表不可见的部分，它们可能在实体的内部，也可能在实体的背面，建模时应先将实线框表示的部分建模后，再建虚线框表示的部分。对于视图中虚线部分表示的内部结构，如孔、槽等特征，应在孔、槽所依附的形体建立完成后，再在同一基准下创建，如图4中的形体Ⅳ上圆柱孔。

步骤4：按组合体的组合方式、表面连接关系进行实体操作（即布尔运算，使用工具：外外相并，再内内相并。如图5中的形体Ⅰ、形体Ⅱ、形体Ⅲ外外相并，再形体Ⅰ与形体Ⅳ中的小圆柱相并；然后使用工具：外形体差掉内形体。组合体的实体结构形状如图6所示。

图3 三维空间的组合体视图

图4 三维模型的创建

图5 各形体及共位置

图6 组合体的三维形状

在AutoCAD中读图，即想即所得，除在三维空间组合体三视图上直接创建，还可按图2中分解出的各特征视图创建每一个形体的特征；再按三视图中的其他信息：相对位置特征、组合方式，表面连接关系，使用移动、旋转、对齐等操作，进行三维组合，将各形体拼接起来，也可迅速获得组合体的三维结构形状。上述将人工读图的思维方式引入到建模过程中，加速了学生对空间概念的理解和消化，也训练了学生的空间思维能力和组合体的构形能力。

四、结束语

教学实践表明，在组合体读图教学中采用Auto CAD绘图软件，将静止的二维图形向三维模型动态过渡，实时演示形体分析和读图的过程及方法，引导学生逐步深入，将空间想象具体化、直观化，不但使教学形式生动活泼，教学内容形象直观，易于理解投影理论，还能将二维图形和三维模型相互转换联系起来，训练学生空间构形能力，培养学生分析问题和解决问题的能力，全面提升学生的工程素质。

［1］李迎春，李华，刘万强.融入三维建模的工程图学教学改革与实践［J］.现代教育技术，2007，17（8）：38-41.

［2］焦永和，张京英，徐昌贵.工程制图［M］.北京：高等教育出版社，2008.

［3］马希表，刘春玲，王晓敏.组合体三视图的读图方法和教学方法探析［J］.河北工业大学学报，2010，27（4）：88-89.

［4］于翠芳，于春战.三维CAD建模技术在工程图学中的应用［J］.煤炭技术，2012，31（1）：36-37.

This paper describes how to transfer motionless 2D sketch to the 3D entity with the application of Auto CAD in the view of the reading combined view.This paper puts forward the human thinking process which is based on body analysis method with characteristics of shape and location，and can be expressed vividly through three-dimensional model.In that way can we improve students' ability of graphic expression and engineering practice.

features；thinking；3D modeling；application ability

G640

A

2096-000X（2016）20-0254-03

唐燕（1968-），女，江苏，青海民族大学交通学院副教授，主要从事机械制图、机械设计方面的教学和研究工作。