3D交互式软件在车辆工程机械类专业基础课中的应用

汤勇

摘要：针对车辆工程机械类专业基础课中图纸结构复杂、直观性差、原理难理解等缺点，在教学中研究引入3D模型和交互式软件辅助教学。本文以变速器传动机构CAD模型为例，在Composer软件基础上制作互动式教学三维动画，在传统PPT课件中插入动画资源，实现对零件进行标注、总成的组装拆卸、视图的任意切换等功能。通过新型互动式教学课件的开发，可加深学生对机械结构和原理的直观性理解，避免教师枯燥的讲解，激发学生的学习兴趣，最终提升上课效率。

关键词：车辆工程；机械专业课；3D互动软件；Composer软件

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）44-0082-02

一、引言

车辆工程专业要求学生系统学习和掌握机械设计与制造的基础理论，具有机械和车辆产品设计、绘图等实践知识能力[1]。在目前车辆工程教学培养体系中，机械类专业基础课，如《机械原理》《汽车构造》《汽车设计》等都是各高校车辆工程专业课程中的必修课程，对提高学生对于机械以及车辆的了解和认知起到关键作用。在上述机械类基础课程学习过程中，教师在授课时难以通过板书、PPT以及语言描述去表达一些复杂零件和机械总成，这就会造成学生对机械构造和原理缺乏感性认识，课程显得抽象和枯燥，不利于调动学生学习的积极性[2]。当然，在该类课程中可以结合实物进行辅助教学，但是同时也面临以下问题：部分实物机械零件尺寸和重量太大，无法在课堂上进行展现；部分实物模型属于精密安装或不可拆卸，难以展示；实物模型成本偏高、实物更新换代速度较慢。因此，在机械类专业基础课程中如何运用新式教学手段提高教学质量、丰富教学过程一直是广大教师的研究课题[3]。

本文结合最新的计算机和信息技术，探讨3D模型以及互动式软件在车辆工程机械类专业课程中的应用，提升教学效率，激发学生学习兴趣。

二、开发平台简介

3DVIA Composer是由达索公司开发的互动式图形软件[4]，可用于帮助研究机构或者企业创建并维护其产品电子文档，如创建用户手册的数字化图解说明、制作培训资料、现场维护修理指导、装配指导说明、在线文档和客户服务，以及其他能够描述企业产品和流程的应用，可以方便地创建三维动画，并且可输出多种标准文件格式。Composer所用到的素材模型可以通过主流的CAD建模软件，如CATIA、Solidworks、ProE进行创建[5]。通过3DVIA Composer中的3D动画插件，可将制作好的交互式动画无缝插入融合到PPT，可以使其直接在教学过程中进行实时浏览和操作。

三、交互式3D课件制作流程

（一）开发流程

1.根据授课内容制定课件开发任务，明确授课内容和需求。

2.編写动画脚本，定义流程、镜头、动画内容、动作顺序和交互性事件等。

3.制作3D模型，用CAD建模软件根据工程图或实物创建机械产品的3D模型，然后导出为Composer支持的文件格式。

4.根据脚本在Composer中制作装配展示动画。为机械元件添加颜色、材质。对零件进行剖切或透明处理，并添加名称、尺寸标注、文字说明等。

5.导出动画，制作好的交互式动画课导出为多种格式，如可执行程序exe、PDF、网页、视频文件等。

（二）应用范例

本文以汽车变速器为例，构建互动式动画教学实例。

1.导入模型制作装配动画。首先在CAD软件中，如CATIA中建好机械总成装配模型，导出为对应Composer支持格式。打开3DVIA Composer，加载CAD模型。在Composer界面中可对模型各个元件的颜色及透明度进行设置，对各零件名称和尺寸进行标注。通过鼠标点击、拖动可以对视图进行变换，观察模型不同部位以及细节，如图1所示。在制作动画时，可以为同一装配模型制作多个视图动画，基本步骤如下：在软件左侧栏单击“视图”选项卡，再单击最左边的“创建视图”按钮，即可将每一次生成的爆炸图都保存为一个视图快照。根据脚本制作好动画后，可将创建好的3D动画文档保存为smg文件供插件加载调用。

2.注册控件，将动画资源插入PPT。首先在系统中注册控件，将Composer Player ActiveX.ocx 拷贝到 c：＼Windows＼system32，执行命令“regsvr32 c：＼Windows＼system32＼Composer Player ActiveX.ocx”。打开PPT，单击菜单栏中的“开发工具”，点击“其他控件”按钮，在“其他控件”对话框中选择“Composer Player ActiveX”，并单击“确定”，当前幻灯片中会出现矩形框容器，在矩形框上右键点击，在菜单中选择“Composer Player ActiveX”对象，再选择“Properties”菜单。在弹出的对话框中，在“File”一栏中选择需要加载的smg文件，保持默认设置后单击“确定”，完成动画文件导入。

3.3D模型动画的交互与互动。授课时放映上面创建好的PPT就可以演示3D模型动画。通过交互式操作可以观察模型细节，如通过右键旋转模型，滚动滚轮进行放大缩小，按住中键拖动平移模型。通过窗口上面的工具栏可以实现更多功能。比如，选中其中的单个零件（齿轮或者拨叉轴），如果想要重点显示模型的某一部位，可以使用Digger工具来剥落（隐藏）上面的角色以显示被遮挡的对象，形成“透视图”效果。还可以点击三角形播放按钮，播放事先定义好的运动动画，如齿轮的旋转等。

四、结语

充分利用3D模型和交互软件进行辅助教学，具有直观性强、互动性好、成本低、学生容易理解等特点，可有效避免传统车辆工程专业中机械类课程学习的抽象性、枯燥性，激发学生兴趣，大大提高课堂效率和教学效果[6]。但是任何事物都具有两面性，虽然应用3D模型比纯二维图纸教学更加生动、直观和方便，但其毕竟不是实物模型，因此在真实感、认知性等方面还是明显不如实物。因此，3D模型和互动软件可以作为教学辅助和补充，而并不是有了3D模型和数字化手段，就可以完全不用依赖于实物进行教学。教学过程中只有将3D数字化模型与实物模型融合使用，才能充分发挥各自特长，优势互补，最终提高教学质量。

参考文献：

[1]张新，李岳林，雷正保.车辆工程本科专业人才培养体系探索[J].科技创新导报，2009，（26）：164-164.

[2]席平，杨洋，王春洁.机械类课程实验教学改革与实践[J].实验技术与管理，2010，27（7）：14-18.

[3]朱银锋.充分利用3D软件提高机械设计教学质量[J].科技信息，2010，（1）：87-87.

[4]张志利，褚识广，龙勇等.基于CATIA和3DVIA Composer的液压元件虚拟装配仿真[C]全国先进制造技术高层论坛暨制造业自动化与信息化技术研讨会，2010.

[5]李大磊.3DVIA Composer工程应用基础与实例[M].北京：化学工业出版社，2012.

[6]单鸿波，王晓红，金怡等.3D模型库在机械基础课程教学实践中的应用[J].东华大学学报自然科学版，2011，37（4）：535-540.endprint