《工程制图》虚拟实验室的构建与实现

来源:用户上传      作者: 彭霞

　　摘 要： 虚拟现实建模语言VRM因具有实时交互性的特点，现已广泛用于虚拟实验室的构建。本文介绍了虚拟实验室的概念、特点和类型，并对虚拟实验室的基本体系结构和制作过程进行了阐述。《工程制图》虚拟实验室的构建与实现，为制图课程的教学提供了良好的实践空间。
　　关键词： 《工程制图》教学 “机械部件测绘” VRML虚拟实验室
　　
　　一、引言
　　《工程制图》是理工科各专业特别是机械类专业的重要技术基础课，在《工程制图》教学中，实践教学是提高学生读图能力的重要工具。“机械部件测绘”就是一门将理论知识转变为实践知识的课程。多年的教学经验及毕业生的反馈信息表明，“机械部件测绘”不仅进一步提高了学生绘制机械图样的能力，而且对培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力和独立工作的能力起到了重要作用。
　　二、工程制图实体测绘现状分析
　　在实际测绘过程中出现了很多问题，例如测绘部件缺乏完整性。由于测绘部件历经多届学生测绘后会有一些零件丢失、损坏，因此后来测绘的学生会有一定的困难，对部件测绘知识的了解应用缺乏全面性。在测绘实训中，由于时间原因，往往是3―4人为一组测绘同一个部件。这样他们往往只会关注自己测绘的部件，对其他常见测绘部件掌握较少，大部分学生对部件测绘知识的了解应用缺乏全面性。这种现象在目前高校招生人数大幅度增加，制图课时削减，教师课后的辅导答疑，批改作业的压力急剧增加的情况下显得更为突出。
　　三、解决思路
　　虚拟现实建模语言VRML（Virtual Reality Modeling Language）是一种用于在Internet上构筑3D多媒体和共享虚拟世界的开放式语言标准。由于有强大的实时交互性，现已广泛用于虚拟实验室的构建，因此我们构建《工程图学》虚拟实验室，使学生能够预先通过网络了解、完成部分实践教学任务，了解实践教学过程，培养空间想象能力、空间思维能力、创新能力和工程意识。采用虚拟现实技术，将零部件模型与机构运动的动画演示以网页形式给出，学生可全方位地人机互动式地进行图像浏览，还可生成标准的基本视图。学习者通过网络足不出户，便可轻松地浏览立体互动的机构、零部件展示。这具有很强的实用性和经济性。正是基于这种理念，我们建立了工程制图网络虚拟实验室，并将其应用于实际的教学中。
　　四、虚拟实验室的构建与实现
　　1.实验室平台的搭建
　　目前网络课件开发工具很多，本次《工程制图》虚拟实验室开发采用以下思路方法:
　　首先是框架设计。网络课件的框架一般用FrontPage、DreamWeaver等网页设计软件编制。本课件框架设计采用FrontPage，因为它简单易上手。然后是图像处理。用PhotoShop等图像处理软件可进行界面及艺术字的美观设计。接下来是动画制作。Flash是Macromedia公司的一个网页交互动画制作工具，与其他工具相比，它具有矢量描述、播放流畅、数据量小、色彩鲜明等特点。3DS Max是Autodesk公司著名的三维造型及动画制作软件，用3DS Max制作.avi及.flc动画，再用Flix软件将.avi文件转换成小巧的.swf文件，便于低带宽网传送，这样就可以在低带宽情况下实现视频点播。
　　2.交互式虚拟测绘模型库的构建与实现
　　工程制图网络虚拟实验室主要由虚拟模型库、虚拟操作平台组成。虚拟模型库主要针对课堂教学和课后习题的模型所建立，主要有基本形体库、组合形体库和装配体库，模型采用Solidworks建立，模型库通过Access软件构建网络数据库管理，可完成模型的查找、添加、删除和修改等功能，既方便日常的使用，又便于经常对虚拟模型库进行补充和更新。
　　虚拟操作平台由模型浏览单元、动态仿真单元和解题引导单元三个部分组成。模型浏览单元和动态仿真单元采用eDrawings软件作为支撑软体，不仅能够实现三维模型在网络上共享，可以实现模型任意方向、任意位置的拖曳、放大和旋转操作，操作者可从主、后、俯、仰、左、右及轴测方向观测模型，而且可以应用水平、正垂、侧垂平面截切模型，模型会随截切平面动态拖动而实时发生变化，以便详细了解模型的内部结构。动态仿真单元主要针对装配体而设计，可以实现装配体的拆装过程和工作原理的展示。该单元利用SolidWorks的装配功能和动画仿真功能制作，并利用eDrawing进行爆炸和动画演示。
　　经过三维构建的模型，尤其机械零部件，其图形格式存贮量大，并且由于网络传输速度的限制，难以实现在线浏览的交互操作。通过网络浏览器eDrawings压缩三维软件绘制出来的实体模型，可生成.eprt或.html格式文件，这两种格式的文件大小只有几kb，可以克服网络传输上的问题。此外，由于它带有Built-in-Viewer内嵌的浏览器，任何有微机的人都可快速地浏览eDrawings，无需附加CAD软件或特殊的浏览器。同时它的浏览功能强大，可以方便地进行浏览对象的放大、旋转，以及进行装配体的爆炸及动画演示等操作。这样工程制图虚拟实验室就有了可靠的造型环境和运行环境。
　　本次开发出的实践平台在2009―2010年农机专业学生的测绘实习中进行了试用，反映较好，但同时也存在学生过于依赖样图，画出的图与实物有差别的现象，这一现象随着网络的发达愈显突出，因为测绘的零件，在网络上基本都能找到完整图样。虽然部件一样，但是我们的实物和网络上的图样多多少少还是有些差异的，仍有部分学生盲目抄袭，这也是在测绘教学值得我们探讨的又一新的课题。
　　五、结语
　　通过实践证明，工程制图虚拟实验室的设计与应用是成功的。此外，虚拟实验系统的网络化和多层次化可使学生不受空间和时间的影响，根据自己的学习方式和学习能力，在第一时间找到他们在课上和习题中所学的制图知识所对应的三维模型和工程图，进行课前课后自主学习，充分体现了以学生为主体的教学观念。开发虚拟测绘教学平台是为了改进测绘方法，提高测绘效率。需要注意的是，虚拟仿真实验不能完全替代实物实验，但可以探索将其作为实物实验及课堂理论教学的补充。
　　
　　参考文献:
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　　［4］余胜泉，何克抗.基于Internet的教学系统［J］.中国远程教育，1999，06：19-23.
　　［5］彭霞.基于VRML的工程图学实践教学的改革与实践［J］.考试周刊，2011，（10）.

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