工程制圖虛擬實(shí)驗室的構建與實(shí)現

　　虛擬現實(shí)建模語(yǔ)言VRM因具有實(shí)時(shí)交互性的特點(diǎn)，現已廣泛用于虛擬實(shí)驗室的構建。下面是小編分享的工程制圖虛擬實(shí)驗室的構建與實(shí)現，歡迎大家閱讀！

　　一、引言

　　《工程制圖》是理工科各專(zhuān)業(yè)特別是機械類(lèi)專(zhuān)業(yè)的重要技術(shù)基礎課，在《工程制圖》教學(xué)中，實(shí)踐教學(xué)是提高學(xué)生讀圖能力的重要工具�！皺C械部件測繪”就是一門(mén)將理論知識轉變?yōu)閷?shí)踐知識的課程。多年的教學(xué)經(jīng)驗及畢業(yè)生的反饋信息表明，“機械部件測繪”不僅進(jìn)一步提高了學(xué)生繪制機械圖樣的能力，而且對培養學(xué)生綜合運用所學(xué)知識解決實(shí)際問(wèn)題的能力和獨立工作的能力起到了重要作用。

　　二、工程制圖實(shí)體測繪現狀分析

　　在實(shí)際測繪過(guò)程中出現了很多問(wèn)題，例如測繪部件缺乏完整性。由于測繪部件歷經(jīng)多屆學(xué)生測繪后會(huì )有一些零件丟失、損壞，因此后來(lái)測繪的學(xué)生會(huì )有一定的困難，對部件測繪知識的了解應用缺乏全面性。在測繪實(shí)訓中，由于時(shí)間原因，往往是3―4人為一組測繪同一個(gè)部件。這樣他們往往只會(huì )關(guān)注自己測繪的部件，對其他常見(jiàn)測繪部件掌握較少，大部分學(xué)生對部件測繪知識的了解應用缺乏全面性。這種現象在目前高校招生人數大幅度增加，制圖課時(shí)削減，教師課后的輔導答疑，批改作業(yè)的壓力急劇增加的情況下顯得更為突出。

　　三、解決思路

　　虛擬現實(shí)建模語(yǔ)言VRML（Virtual Reality Modeling Language）是一種用于在Internet上構筑3D多媒體和共享虛擬世界的開(kāi)放式語(yǔ)言標準。由于有強大的實(shí)時(shí)交互性，現已廣泛用于虛擬實(shí)驗室的構建，因此我們構建《工程圖學(xué)》虛擬實(shí)驗室，使學(xué)生能夠預先通過(guò)網(wǎng)絡(luò )了解、完成部分實(shí)踐教學(xué)任務(wù)，了解實(shí)踐教學(xué)過(guò)程，培養空間想象能力、空間思維能力、創(chuàng )新能力和工程意識。采用虛擬現實(shí)技術(shù)，將零部件模型與機構運動(dòng)的動(dòng)畫(huà)演示以網(wǎng)頁(yè)形式給出，學(xué)生可全方位地人機互動(dòng)式地進(jìn)行圖像瀏覽，還可生成標準的基本視圖。學(xué)習者通過(guò)網(wǎng)絡(luò )足不出戶(hù)，便可輕松地瀏覽立體互動(dòng)的機構、零部件展示。這具有很強的實(shí)用性和經(jīng)濟性。正是基于這種理念，我們建立了工程制圖網(wǎng)絡(luò )虛擬實(shí)驗室，并將其應用于實(shí)際的教學(xué)中。

　　四、虛擬實(shí)驗室的構建與實(shí)現

　　1.實(shí)驗室平臺的搭建

　　目前網(wǎng)絡(luò )課件開(kāi)發(fā)工具很多，本次《工程制圖》虛擬實(shí)驗室開(kāi)發(fā)采用以下思路方法:

　　首先是框架設計。網(wǎng)絡(luò )課件的框架一般用FrontPage、DreamWeaver等網(wǎng)頁(yè)設計軟件編制。本課件框架設計采用FrontPage，因為它簡(jiǎn)單易上手。然后是圖像處理。用PhotoShop等圖像處理軟件可進(jìn)行界面及藝術(shù)字的美觀(guān)設計。接下來(lái)是動(dòng)畫(huà)制作。Flash是Macromedia公司的一個(gè)網(wǎng)頁(yè)交互動(dòng)畫(huà)制作工具，與其他工具相比，它具有矢量描述、播放流暢、數據量小、色彩鮮明等特點(diǎn)。3DS Max是Autodesk公司著(zhù)名的三維造型及動(dòng)畫(huà)制作軟件，用3DS Max制作.avi及.flc動(dòng)畫(huà)，再用Flix軟件將.avi文件轉換成小巧的.swf文件，便于低帶寬網(wǎng)傳送，這樣就可以在低帶寬情況下實(shí)現視頻點(diǎn)播。

　　2.交互式虛擬測繪模型庫的構建與實(shí)現

　　工程制圖網(wǎng)絡(luò )虛擬實(shí)驗室主要由虛擬模型庫、虛擬操作平臺組成。虛擬模型庫主要針對課堂教學(xué)和課后習題的模型所建立，主要有基本形體庫、組合形體庫和裝配體庫，模型采用Solidworks建立，模型庫通過(guò)Access軟件構建網(wǎng)絡(luò )數據庫管理，可完成模型的查找、添加、刪除和修改等功能，既方便日常的使用，又便于經(jīng)常對虛擬模型庫進(jìn)行補充和更新。

　　虛擬操作平臺由模型瀏覽單元、動(dòng)態(tài)仿真單元和解題引導單元三個(gè)部分組成。模型瀏覽單元和動(dòng)態(tài)仿真單元采用eDrawings軟件作為支撐軟體，不僅能夠實(shí)現三維模型在網(wǎng)絡(luò )上共享，可以實(shí)現模型任意方向、任意位置的拖曳、放大和旋轉操作，操作者可從主、后、俯、仰、左、右及軸測方向觀(guān)測模型，而且可以應用水平、正垂、側垂平面截切模型，模型會(huì )隨截切平面動(dòng)態(tài)拖動(dòng)而實(shí)時(shí)發(fā)生變化，以便詳細了解模型的內部結構。動(dòng)態(tài)仿真單元主要針對裝配體而設計，可以實(shí)現裝配體的拆裝過(guò)程和工作原理的展示。該單元利用SolidWorks的裝配功能和動(dòng)畫(huà)仿真功能制作，并利用eDrawing進(jìn)行爆炸和動(dòng)畫(huà)演示。

　　經(jīng)過(guò)三維構建的模型，尤其機械零部件，其圖形格式存貯量大，并且由于網(wǎng)絡(luò )傳輸速度的限制，難以實(shí)現在線(xiàn)瀏覽的交互操作。通過(guò)網(wǎng)絡(luò )瀏覽器eDrawings壓縮三維軟件繪制出來(lái)的實(shí)體模型，可生成.eprt或.html格式文件，這兩種格式的文件大小只有幾kb，可以克服網(wǎng)絡(luò )傳輸上的問(wèn)題。此外，由于它帶有Built-in-Viewer內嵌的瀏覽器，任何有微機的人都可快速地瀏覽eDrawings，無(wú)需附加CAD軟件或特殊的瀏覽器。同時(shí)它的瀏覽功能強大，可以方便地進(jìn)行瀏覽對象的放大、旋轉，以及進(jìn)行裝配體的爆炸及動(dòng)畫(huà)演示等操作。這樣工程制圖虛擬實(shí)驗室就有了可靠的造型環(huán)境和運行環(huán)境。

　　本次開(kāi)發(fā)出的實(shí)踐平臺在2009―2010年農機專(zhuān)業(yè)學(xué)生的測繪實(shí)習中進(jìn)行了試用，反映較好，但同時(shí)也存在學(xué)生過(guò)于依賴(lài)樣圖，畫(huà)出的圖與實(shí)物有差別的現象，這一現象隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )的發(fā)達愈顯突出，因為測繪的零件，在網(wǎng)絡(luò )上基本都能找到完整圖樣。雖然部件一樣，但是我們的實(shí)物和網(wǎng)絡(luò )上的圖樣多多少少還是有些差異的，仍有部分學(xué)生盲目抄襲，這也是在測繪教學(xué)值得我們探討的又一新的課題。

　　五、結語(yǔ)

　　通過(guò)實(shí)踐證明，工程制圖虛擬實(shí)驗室的設計與應用是成功的。此外，虛擬實(shí)驗系統的網(wǎng)絡(luò )化和多層次化可使學(xué)生不受空間和時(shí)間的影響，根據自己的學(xué)習方式和學(xué)習能力，在第一時(shí)間找到他們在課上和習題中所學(xué)的制圖知識所對應的三維模型和工程圖，進(jìn)行課前課后自主學(xué)習，充分體現了以學(xué)生為主體的教學(xué)觀(guān)念。開(kāi)發(fā)虛擬測繪教學(xué)平臺是為了改進(jìn)測繪方法，提高測繪效率。需要注意的是，虛擬仿真實(shí)驗不能完全替代實(shí)物實(shí)驗，但可以探索將其作為實(shí)物實(shí)驗及課堂理論教學(xué)的補充。

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